Проектирование фундаментов назначение глубины заложения фундамента

Содержание

SGround.ru
Выбор глубины заложения фундаментов
Оглавление
1. Введение
2. Критерии выбора глубины заложения фундамента
3. Требования норм проектирования к глубине заложения фундаментов
Назначение глубины заложения фундаментов

SGround.ru

Сайт о фундаментах, их основаниях и морозном пучении грунтов

Выбор глубины заложения фундаментов

Основные принципы выбора глубины заложения фундамента

1. Введение

Тема статьи очень важная – выбор глубины заложения фундамента не менее важен чем его способность без разрушения воспринимать нагрузки от надземной части сооружения без разрушения, осадок и деформаций.

Почему так? В первую очередь потому, что слишком маленькая глубина заложения фундамента ведет к воздействию на него труднопреодолимых лобовых сил морозного пучения грунтов. А слишком большая глубина до подошвы фундамента – это неоправданные большие финансовые затраты. Поэтому важно определить минимально необходимую и достаточную для обеспечения надежности и долговечности здания (или сооружения) глубину заложения фундамента.

2. Критерии выбора глубины заложения фундамента

Существуют несколько параметров которые влияют на глубину заложения фундамента. Приведу список параметров в порядке уменьшения значимости:

Тип грунта в пределах сезонно-промерзающего слоя;
Глубина промерзания грунта (расчетная);
Уровень грунтовых вод (максимальный прогнозный);
Прочность грунтов основания (как правило повышается с глубиной) и нагрузка на фундамент;
Стоимость возведения фундамента.

В статье далее речь пойдет преимущественно о столбчатых, ленточных, плитных и других видах несвайных фундаментов. Т.к. глубина погружения сваи обычно составляет не менее 4,0 м., то в подавляющем большинстве случаев нижний конец сваи находится ниже глубины промерзания грунта. Для свай глубина погружения назначается из расчета по прочности и деформациям и рассматривается в отдельной статье.

Отдельной строкой следует выделить незаглубленные и малозаглубленные фундаменты. Чуть подробнее о них в конце этой статьи, а совсем подробно в этой статье.

Подробнее остановимся на каждом из параметров в списке:

Тип грунта в пределах сезоннопромерзающего слоя;

Для определения глубины заложения фундамента важен тип грунта, т.к. это определяет пучинистый грунт или нет. Степень пучинистости зависит и от других факторов, например от влажности (см. статью физика процесса пучения), но влажность меняется – сегодня грунт сухой, а завтра началась аномально-дождливая погода и он стал водонасыщенным. А вот некоторые типы грунтов, такие как пески средние и крупные, крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем, щебенистые и галечниковые грунты непучинисты всегда, при любых условиях. Для таких гарантированно непучинистых грунтов глубину заложения фундамента можно выбирать без учета глубины промерзания грунта – только из конструктивных соображений.

Зависимость глубины заложения фундамента от глубины промерзания грунта

Если же грунты в зоне промерзания не относятся к гарантированно непучинистым, то в первую очередь следует выбрать глубину до подошвы фундамента так, чтобы она была больше максимальной расчетной глубины промерзания грунта. Если это условие не выполнить, то на фундамент будут воздействовать лобовые силы морозного пучения, а это будет означать почти гарантированный перекос фундаментов (в той или иной степени) в зимний период со всеми вытекающими последствиями.

Глубина промерзания при этом определяется с учетом тепловыделений от отапливаемого здания – чем выше температура в помещении зимой, тем меньше расчетная глубина промерзания. Если же здание/сооружение не отапливаемое тогда расчётная глубина промерзания больше нормативной в 1,1 раза за счет того, что холодные фундаменты лучше проводит тепло, а это ускоряет отток тепла из грунта и его промерзание.

Зависимость глубины заложения фундамента от уровня грунтовых вод

Грунтовые воды сами по себе не являются такой уж проблемой для железобетонной конструкции – если опустить ее в чистую воду, то бетон и арматура будет чувствовать себя даже лучше чем на открытом воздухе.

Опасность грунтовых вод заключается в том, что они делают большинство грунтов сильнопучинистыми. При чем не только ниже уровня грунтовых вод (УГВ) грунты приобретают такие свойства, но и в некоторой толще над УГВ – в пределах капиллярной (морозоопасной) каймы толщиной до 3-3,5 м (подробно см. статью). Помимо этого, бетон, впитывая в себя воду, зимой в последующем быстро разрушается из-за того, что вода внутри пор бетона увеличивается в объеме при замерзании и разрывает бетон изнутри.

Кроме того, грунтовые воды зачастую содержат в себе загрязняющие вещества, которые агрессивно воздействуют на бетон, сталь и арматуру ж/б конструкций – обладают агрессивными свойствами.

Зависимость глубины заложения фундамента от прочности грунтов основания и нагрузки на фундамент

При внимательном изучении формулы по которой определяется расчетное сопротивление грунта видно, что этот показатель значительно увеличивается с увеличением глубины заложения фундамента. Так происходит из-за того, что если слои грунта под подошвой фундамента находятся глубже, то они сильнее обжаты выше расположенными слоями и, следовательно, они более плотные и их сложнее вывести из состояния устойчивости (потеря устойчивости грунта связана с выпором части грунтового массива из-под подошвы фундамента вбок и вверх, см. схему).

Схема потери устойчивости грунта от вертикальной нагрузки

Поэтому при больших нагрузках на фундамент можно либо увеличить площадь подошвы, либо увеличить глубину его заложения. Решение в каждом случае принимается индивидуально с учетом экономики и характеристик слоев грунта и характера их напластования.

Зависимость глубины заложения фундамента от экономики и финансов собственника

Здесь все понятно – чем глубже зарывать фундамент, тем больше потребуется материалов и земляных работа, тем выше будет стоимость строительства. Поэтому всегда важно не делать огромный запас, а определять минимально необходимое заглубление.

3. Требования норм проектирования к глубине заложения фундаментов

Обратимся к главному действующему нормативу в области проектирования фундаментов – СП 22.13330.2016 раздел 5.5 «Глубина заложения фундаментов» п.5.5.1 гласит:

«Глубину заложения фундаментов следует принимать с учетом:

назначения и конструктивных особенностей проектируемого сооружения, нагрузок и воздействий на его фундаменты;
глубины заложения фундаментов примыкающих сооружений, а также глубины прокладки инженерных коммуникаций;
существующего и проектируемого рельефа застраиваемой территории;
инженерно-геологических условий площадки строительства (физико-механических свойств грунтов, характера напластований, наличия слоев, склонных к скольжению, карманов выветривания, карстовых полостей и пр.);
гидрогеологических условий площадки и возможных их изменений в процессе строительства и эксплуатации сооружения;
возможного размыва грунта у опор сооружений, возводимых в руслах рек (мостов, переходов трубопроводов и т.п.);
глубины сезонного промерзания грунтов.

Выбор оптимальной глубины заложения фундаментов в зависимости от указанных условий необходимо выполнять на основе технико-экономического сравнения различных вариантов.»

То есть почти то же самое, о чем говорилось выше только другими словами. Далее в п. 5.5.2-5.5.4 СП идет методика определения расчетной и нормативной глубины промерзания – это вопрос рассмотрен в другой статье.

Далее п 5.5.5 однозначно определяет правила выбора глубины заложения фундамента:

Глубину заложения фундаментов отапливаемых сооружений по условиям недопущения морозного пучения грунтов основания следует назначать:

для наружных фундаментов (от уровня планировки) по таблице 5.3;
для внутренних фундаментов — независимо от расчетной глубины промерзания грунтов.

Глубину заложения наружных фундаментов допускается назначать независимо от расчетной глубины промерзания, если:

специальными исследованиями на данной площадке установлено, что грунты не имеют пучинистых свойств;
специальными исследованиями и расчетами установлено, что деформации грунтов основания при их промерзании и оттаивании не нарушают эксплуатационную надежность сооружения и не превышают предельно допустимых деформаций (см. 5.6);
предусмотрены специальные теплотехнические мероприятия, исключающие промерзание грунтов выполнена замена грунта непучинистым материалом на глубину промерзания.

Грунты под подошвой фундамента

Глубина заложения фундаментов в зависимости от глубины расположения уровня подземных вод d w , м, при

d_w ≤ d_f +2

d_w > d_f +2

Скальные, крупнообломочные с песчаным заполнителем, пески гравелистые, крупные и средней крупности

Не зависит от d_f

Пески мелкие и пылеватые

Не менее d_f

То же

Супеси с показателем текучести J_L

Фото: незаглубленный ленточный фундамент

Имею личный опыт применения ленточного незаглубленного фундамента под 2хэтажным срубом – в зимний период каждый раз происходит одинаковый перекос порядка 10-15 см, грунты сильнопучинистые. Эти деформации вызывает перекосы крыльца и наружной лестницы, поэтому они были сделаны с возможностью свободной деформации относительно сруба. В остальном все работает нормально, летом приходит в исходное положение.

В общем вариант имеет право на жизнь в дачном строительстве, для капитального жилого дом – не рекомендую.

Источник

Назначение глубины заложения фундаментов

Выбор типа основания (естественного или искусственного), фундамента (мелкого или глубокого заложения) производится на основе анализа инженерно-геологических условий, конструктивных особенностей здания, технико-экономического сравнения вариантов.

Разрабатываются следующие типы фундаментов: фундамент мелкого заложения на естественном основании, свайный фундамент.

Сравнение производится по наиболее загруженному сечению.

Глубина заложения фундамента назначается в результате совместного рассмотрения инженерно-геологических условий строительной площадки, конструктивных и эксплуатационных особенностей зданий и сооружений, величины и характера нагрузки на основание.

По инженерно-геологическим условиям глубина заложения фундаментов назначается в соответствии с особенностями напластования и свойствами отдельных пластов грунта строительной площадки, глубиной сезонного промерзания и оттаивания грунтов, уровнем подземных вод и его колебанием, рельефом строительной площадки.

Поматериалам изысканий следует установить залегание и мощность отдельных пластов грунта; их строительные свойства; уточнить, какие грунты могут быть рабочим слоем, а какие будут подстилающими слоями проектируемого основания; наличие подземных вод, их уровень, дебит и возможные колебания.

Расчёт ленточного фундамента начинается с выбора глубины заложения фундаментов, определяемых из следующих условий:

— существующего и проектируемого рельефа застраиваемой территории;

— инженерно-геологических условий площадки строительства;

— глубины сезонного промерзания;

— назначения и конструктивных особенностей зданий, нагрузок и воздействий на его фундаменты.

Расчётная глубина сезонного промерзания:

где k_h – коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения; d_fn – нормативная глубина сезонного промерзания грунта.

За нормативную глубину сезонного промерзания грунта принимается средняя из десятилетних наблюдений ежегодных максимальных глубин сезонного промерзания грунта на открытой, очищенной от снега горизонтальной площадке при уровне подземных вод, расположенном ниже глубины сезонного промерзания грунта.

Приведенные в табл. 3.1 значения коэффициента k_h относятся к фундаментам, у которых расстояние от внешней грани стены до края фундамента меньше 0,5 м; если расстояние больше 1,5 м, значение коэффициента k_h повышается на 0,1, но не более, чем до значения k_h = 1; при промежуточном размере расстояния значение коэффициента интерполируется.

Значение коэффициента, учитывающего влияние

теплового режима сооружения

Особенности сооружения	Коэффициент k_h при расчетной среднесуточной температуре воздуха в помещении, примыкающем к наружным фундаментам, С о
20 и более
Без подвала с полами, устраиваемыми: — по грунту — на лагах по грунту — по утепленному цокольному перекрытию	0,9	0,8 0,9	0,7 0,8 0,9	0,6 0,7 0,8	0,5 0,6 0,7
С подвалом или техническим подпольем	0,8	0,7	0,6	0,5	0,4

Размеры фундамента рассчитываем путем приближений. Расчетные схемы фундаментов приведены на рис. 3.1.

а б

Рис. 3.1. Схемы расчета площади подошвы фундаментов:

а — под отдельно стоящие фундаменты;

б — под ленточные фундаменты:

N_II и Q_II — продольная и поперечные силы; M_II — изгибающий момент; d – глубина заложения; b – ширина фундаментов; d_b — высота подвала; h_cf – мощность бетонного пола подвала; d_s – расстояние от подошвы фундамента до бетонного подвала; h_ст — высота стакана; h_пл-высота плиты.

Определяем площадь подошвы фундамента в первом приближении:

, (3.2)

где N_II – расчетная вертикальная нагрузка на верхний обрез фундамента, собранная по второму предельному состоянию; R_о– условное расчетное сопротивление грунта, принимаемое по данным главы 2; γ_ср – средний удельный вес тела фундамента и грунта на его обрезах, равный 17 кН/м 3 при наличии и 20 кН/м 3 при отсутствии подвала; d_п — глубина заложения фундамента от природного рельефа.

После определения подошвы фундамента выбираем его ширину:

а) для ленточных фундаментов ширина численно равна площади подошвы фундамента, т. е. b = А /1= 1 м;

б) для отдельно стоящих фундаментов ширина подошвы зависит от соотношений размеров колонн:

1) для квадратных колонн – ;

2) для прямоугольных колонн — , где h – соотношение длины колонны к ее ширине.

Рассчитывается во втором приближении площадь подошвы фундамента. Для этого используем формулу (3.2), но вместо R_о подставляем значение расчетного сопротивления R, вычисленного из выражения

, (3.3)

где k – коэффициент, принимаемый равным 1,1, если jи с приняты по таблицам и 1,0, если прочностные характеристики определены непосредственными испытаниями;g_c₁ и g_c₂— коэффициенты условий, принимаемые по табл. 3.2; M_g , M_q , M_c — безразмерные коэффициенты, принимаемые по прил. 1; g_II и g¢_II– усредненные расчетные значения удельных весов грунтов, залегающих соответственно ниже и выше подошвы фундамента (кН/м 3 ); c_II – расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента (кПа); d_b — глубина подвала, отсчитываемая от пола подвала до дневной поверхности; d₁— глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки, или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле

, (3.4)

где h_s — толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала; h_sf – толщина конструкции пола подвала; γ_sf — расчетное значение удельного веса материала пола подвала, равное 24 кН/м 3 .

После определения подошвы по расчетному сопротивлению R назначается ширина фундамента по вышеизложенному принципу. Значения размеров подошвы фундаментов должны соответствовать:

а) данным табл. 3.3 для отдельно стоящих фундаментов;

б) данным прил. 2 и 3 для ленточных фундаментов.

Грунты	Коэффициент, γ_с₁	Коэффициент γ_с₂для сооружений с жесткой конструктивной схемой при отношении длины сооружения или его отсека к высоте, равной
4 и более	1,5 и менее
Крупнообломочные грунты	1,4	1,2	1,4
Пески мелкие	1,3	1,1	1,3
Пески пылеватые: маловлажные и влажные насыщенные водой	1,25 1,1	1,0 1,0	1,2 1,2
Пылевато-глинистые с: J_L≤ 0,25 0,25 0,5	1,25 1,2 1,1	1,0 1,0 1,0	1,1 1,1 1,0

Размеры подколонников, мм

Сечение колонны	Размеры стакана в плане	Размеры стакана
глубина	в плане (верха)
400×400	900×900	550×550
500×500	650×650
400×600	1200×1200	550×750
500×600	650×750
400×800	1200×1500	550×950
500×800	1200×1500	650×950

Высоту отдельно стоящих монолитных фундаментов принимают в зависимости от глубины заложения фундаментов. Она может изменяться в пределах 1500, 1800, 2400, 3000, 3600 и 4200 мм. Верхний обрез фундамента должен быть на 150 мм ниже планировочной отметки поверхности земли. Соотношение сторон прямоугольных фундаментов назначается в зависимости от размеров базы железобетонных и металлических колонн.

При определении R необходимо учесть влияние уровня грунтовых вод на взвешивающее действие вод на расчетное значение удельных весов грунта.

По полученным значениям b и d конструируется фундамент (рис. 3.1).

Для окончательного назначения размеров фундамента проверяют следующие условия:

а) для ленточных фундаментов:

б) для отдельно стоящих фундаментов:

Среднее давление по подошве фундамента

, (3.7)

где N_сум– суммарная вертикальная нагрузка на подошву фундамента; А — площадь подошвы фундамента.

где N_II — вертикальная продольная сила на обрезе фундамента, определенная при сборе нагрузок; N_ф– вес фундамента; G_гр – вес грунта на обрезах фундамента.

Максимальное и минимальное значения давления по подошве фундамента вычисляются по формуле

, (3.9)

где М_сум – суммарный изгибающий момент по подошве фундамента; W – момент сопротивления подошвы фундамента.

где М_II – изгибающий момент, действующий на верхнем обрезе фундамента и определенный при расчете рамы; Q_II — поперечная сила, определенная при расчете рамы; h_ф– высота фундамента.

Момент сопротивления площади подошвы фундамента определяют по формулам:

а) для столбчатых фундаментов:

; (3.11)

б) для ленточных фундаментов:

, (3.12)

где l и b – длина и ширина подошвы фундамента.

Если условия (3.5) и (3.6) не выполняются, то необходимо увеличить ширину подошвы ленточного фундамента и длину подошвы отдельно стоящего фундамента, добиваясь выполнения указанных выше условий.