Как уменьшить нагрузку на фундамент

Обновлено: 17.05.2024

Влияние от нагрузок фундамента

Нагрузки и воздействия на фундаменты требования к ним.

Нагрузки от сооружения фундаментов передаются на основание. Однако они не в одинаковой степени воздействуют на различные грунты, поэтому важно возможное основное сочетание нагрузок, под действием которых развивается рассматриваемый Вид перемещений основания, приводящий к деформации элементов конструкции.

Фундамент

Не нужно быть строителем в третьем поколении, чтобы оценить важность темы которая будет раскрыта далее, ведь речь пойдет о фундаментах. Для понимания вопроса не требуется серьезных знаний в строительстве, достаточно познакомиться с ключевыми моментами.

Цель статьи — ликвидировать заблуждения и донести простую истину: конструкцию фундамента рекомендуется подбирать исходя из механических свойств грунта на основании результатов геологических изысканий, рельефа участка, веса здания и эксплуатационных нагрузок .

Не существует готового «рецепта» конструкции фундамента, который можно применять повсеместно — это всегда баланс между затратами, прочностью и условиями в которых предстоит строить.

Если в результате строительства ваш дом всё же стоит, а вы не делали геологию и понадеялись на типовой проект или совет знакомого «строителя» то, скорее всего:

в фундамент заложены бо́льшие чем необходимо риски и/или значительная переплата за работу и метериалы
возможно, как вариант, «час икс» еще просто не наступил

Сразу оговорюсь, что мы не будем рассматривать экзотические виды фундаментов, типа: свай из лиственницы, бутовые фундаменты и прочую экзотику; не будем рассматривать строительство на скальных склонах и в вечной мерзлоте, также не будем рассматривать бетон без армирования, хотя в некоторых случаях это вполне годный вариант. Нас интересуют окрестности Тюмени, с суглинистыми, торфяными, песчаными почвами с разной степенью водонасыщенности.

Матчасть

Фундамент — строительная несущая конструкция, часть здания или сооружения, принимающая на себя нагрузки от вышестоящих конструкций и распределяющая их по основанию. Иными словами фундамент распределяет и передаёт нагрузки от всего здания на грунт.

Если окончательно утрировать — дом стоит на грунте, а не на фундаменте

В зависимости от материалов дома и грунтов к фундаменту предъявляются разнообразные требования прочности и жесткости, но чтобы начать разговаривать предметно, нам нужно иметь представление о сборных нагрузках и воздействиях:

нагрузка от конструкций дома
эксплуатационные нагрузки
геология грунтов
снеговая нагрузка на кровлю
прочие воздействия

Что подразумевается под нагрузками от конструкций. Суммарный вес всех материалов и конструкций, используемых в строительстве дома, включая собственный вес фундамента.

Снеговая нагрузка, относится к временным нагрузкам, но пренебрегать ей чревато, поэтому настоятельно рекомендую ее учитывать. Эту нагрузку считают исходя из типа и угла наклона кровли, величины снежного покрова, который, в свою очередь можно получить из СНиП . Для юга Тюменской области 126 -180 килограмм на 1 квадратный метр.

Подробнее о том какие еще нагрузки могут возникать в здании можно почитать в СНиП –85* Нагрузки и воздействия.

Грунты

Опуская целый раздел инженерной геологии, мы с вами должны понять следующее: любая горная порода, почва, осадок и техногенные минеральные образования, рассматриваются как многокомпонентные динамичные системы и часть геологической среды. Грунты используют в качестве оснований зданий и сооружений, а следовательно, должна быть величина которая отвечает за неизменную структуру грунта при различных внешних воздействиях.

Несущая способность грунта — это важнейшая характеристика, от которой вы будете отталкиваться при принятии решения в выборе конструкции фундамента. Получить значение этой величины можно только лабораторным путём в результате бурения скважин на участке. Всё остальное — это компромис.

Таблица № 1. Средние расчетные сопротивления грунтов

Как читать эту таблицу? Всё предельно просто, считаете общую площадь опирания фундамента в квадратных метрах или сантиметрах и перемножаете на соответствующий столбец.

Например, площадь опирания фундамента 40 м², а почва суглинок: 40 * 15 = 600 тонн .

Вывод: дом должен весить не более 600 тонн и на каждый квадратный метр опоры фундамента здания не должно приходиться больше 15 тонн. Всё что меньше этой величины, создает вам гарантированный запас прочности.

Это очень примитивный пример с идеальными условиями, ваш случай может сильно отличаться.

Опирание на грунт

Чуть ранее упоминалась основная функция фундамента — перенос нагрузок на грунт. На рисунке ниже показаны различные виды фундаментов и схемы их опирания в порядке увеличения площади.

Как мы видим из картинок, плита имеет наибольшую площадь опирания и, как следствие, наименьший распределенный вес на единицу площади. Но является ли при этом плита наиболее универсальным и надёжным типом фундамента? — Нет, не является.

На водонасыщенных грунтах без проведения работ по понижению уровня грунтовых вод или «слабых» грунтах без проведения выемки и замены несущего слоя, плита, как и другие виды фундамента может давать трещины. Также плита может давать трещины при неравномерном подтоплении и промораживании одного из углов или в случае, когда фундамент попадает своими сторонами на границы разных пластов грунта с разной несущей способностью. Что возвращает нас к необходимости проведения геологических изысканий.

на рисунке схема утепленной шведской плиты

Стоит также развеять миф относительно опирания столбчатого, а в простонародии , фундамента. Он передает нагрузку на грунт только сваями, отсюда очень маленькая площадь. Если такой фундамент опирается, помимо свай, еще и ростверком, то он превращается в обычный ленточный мелкозаглубленный фундамент, а сваи — в бесполезно закопанный материал.

Также важно отметить тотальную ошибку, допускаемую неквалифицированными работниками при строительстве столбчатого фундамента. Она описана в пункте 8 методического пособия «Проектирование оснований и фундаментов на пучинистых грунтах»:

При устройстве столбчатых фундаментов на пучинистых грунтах необходимо предусматривать зазор между нижней гранью фундаментных балок и планировочной поверхностью грунта, величина которого должна быть не менее расчетной деформации пучения (подъема) ненагруженного основания.

Иными словами, между ростверком и грунтом должно быть расcтояние, которое компенсирует деформации грунта при морозном пучении. Величину этих деформаций, а также на сколько грунт пучинистый и/или водонасыщенный, может определить геология.

Морозное пучение

Все что нужно знать о силе морозного пучения, что противостоять ей бесполезно и нужно учиться с ней сосуществовать. Если вы любите цифры, их есть немного:

Один кубический дециметр воды при замерзании расширяется и создает усилие 40 тонн

Для сравнения: один прут арматуры ∅ 10 мм в зависимости от марки стали выдерживает 1,6 -2,8 тонн до момента разрушения.

Возвращаясь к столбчатому фундаменту с ростверком. Если под домом водонасыщенный грунт, для того чтобы оторвать сваю от ростверка, нужны крепкий мороз и порядка 10 тонн усилий. Сваи либо подымутся вместе с ростверком и будут в подвешенном положении до весны, либо оторвутся и будут работать отдельно.

На сколько это чревато? — Покажет весна. При достаточном армировании и высоте ростверка более 400 мм с определенной долей вероятности можно говорить что ничего не произойдет.

Чтобы избежать проблемы водонасыщения грунта как от осадков, так и от грунтовых вод нужно сделать:

подушку из непучинистых грунтов
дренирование и отвод дождевой воды
утепленную отмостку

Все эти решения требуют отдельного рассмотрения, поэтому о них в следующей статье.

Заключение

Если заказываете разработку проекта, а в нем не указаны: несущая способность грунта, вес здания, эксплуатационные и снеговая нагрузки — не принимайте такой проект. Если покупаете проект, его однозначно нужно адаптировать под текущие условия. Если строите самостоятельно, изучите вопрос досконально, все необходимые нормативные документы приведены в статье.

Всё описанное выше не является частной рекомендацией к строительству или проектированию. Не руководствуйтесь форумами или роликами в социальных сетях, а уж тем более рекомендациями соседей. Пользуйтесь только достоверными строительными документами, например: Основания зданий и сооружений или воспользуйтесь услугами профессиональных проектировщиков.

Глава 17 фундаменты при динамических воздействиях

Особенности динамических воздействий на сооружении и грунты основании

Динамические нагрузки. Динамические воздействия на сооружения и грунты основания могут быть вызваны различными причинами: технологией ведения строительных работ (уплотнение грунта трамбовками, вибраторами; забивка свай и шпунта и т. п.); технологическими или эксплуатационными условиями (движение неуравновешенных масс стационарно установленных машин и оборудования; движение наземного и подземного транспорта и т. д.); локальными природными или инженерно-геологическими процессами, включая последствия хозяйственной деятельности человека (порывы ветра; удары волн; карстовые провалы; обвалы; откачка больших масс воды или нагнетание иод большим давлением масс воды в глубокие скважины; создание крупных водохранилищ в горно-сейсмических районах, мощные взрывы и т. д. и т. п.); современными тектоническими д вижениями, происходящими в верхней части земной коры н проявляющимися на ее поверхности (землетрясения).

Эти воздействия проявляются в виде динамических нагрузок, быстро изменяющихся во времени но величине, направлению, а иногда и по положению. Следствием динамических нагрузок являются волновые колебания, возникающие в сооружении и грунтах основания. При этом сооружение может быть как источником колебаний (например, фундаменты машин и оборудования с динамическими нагрузками), так и воспринимать колебания, передающиеся от других источников. Общая картина распространения колебаний может быть крайне сложной (рас. 17.1).

Различаются вибрационные нагрузки, при которых силы, их вызывающие, изменяются по гармоническому закону (например, вращение частей машин с неуравновешенными массами); ударные (импульсные) нагрузки, характеризуемые однократными и многократными кратковременными импульсами (взрывы, кузнечные молоты, забивка свай и др.); сейсмические нагрузки, возникающие при землетрясении. При работе некоторых машин возникает сочета- 496

ние вибрационных и удар- ных нагрузок. Локальные инженерно-геологические процессы вызывают на- грузки, которые часто на- зывают микросейсми- ческими.

Динамические нагрузки могут различаться по инте- нсивности (слабые, силь- ные и сверхсильные) и по времени действия (кратко- временные и длительные).

Они по-разному будут воз- действовать на сооружение и грунты основания.

Виды и характеристики колебаний. Если к сооруже-

нию приложить кратковременную нагрузку, вызывающую его ко- лебания, то колебательные движения сооружения будут продо- лжаться и после ее устранения. Такие колебания называют сво- бодными или собственными. Характеристики собственных ко- лебаний определяются параметрами сооружения (массой и же- сткостью конструкции, видом фундамента). С течением времени из-за вязкого сопротивления воздуха и особенно грунтов основания произойдет рассеивание (диссипация) энергии первоначального импульса, поэтому свободные колебания будут затухающими.

Если же сооружение или основание в процессе колебания будет все время находиться под действием возмущающих сил, то такие колебания называют вынужденными. Они не затухают в течение всего времени действия сил. Характеристики вынужденных колебаний зависят как от параметров колеблющейся системы, так и от закона изменения возмущающих сил.

Поскольку в расчетах фундаментов на динамические воздействия большое значение имеют характеристики колебаний, приведем основные понятия, подробно рассматриваемые в курсе физики. Периодическими называют незатухающие колебания, описываемые функцией Z(t)=Z(t+KT) (рис. 17.2, а, б). Если периодические колебания могут быть записаны по закону синуса или косинуса, например Z(f) = asin(wf+y), то их называют гармоническими (рис. 17.2, а). Периодом колебания Т называют интервал времения, за который система совершает один цикл колебаний, возвращаясь в исходное состояние; частотой колебаний /— количество циклов колебаний за единицу времени. За единицу частоты гармонических колебаний принимается герц (Гц), равный одному циклу колебаний в секунду. Величину отклонения колеблющейся

Рис. 17.1. Динамическое воздействие источников колебаний на сооружение:

1 — транспортный тоннель; 2 — наземный транспорт; 3 — забивка свай; 4 — соо~~ружени~~е; 5 — установка с динамической нагрузкой; б — напластование грунтов

точки от ее положения равно- весия называют амплитудой колебания а, а ее удвоенную ве- личину (2а) — размахом коле- баний.

Непериодические затуха- ющие колебания (рис. 172, в) характеризуются логарифми- ческим декрементом затухания 8=In (Z„/Z_n+О или коэффициен- том затухания е=8/Т. Чем бо- льше коэффициент затухания б, тем быстрее затухают колеба- ния.

Важно отметить, что очень сложные графики колебаний, регистрируемые при наблюде- нии за реальными процессами, могут быть представлены как сочетания нескольких графиков простых колебаний.

Если собственная частота колебаний системы совпадает с частотой вынужденных коле- баний, наступает явление ре- зонанса, сопроводающееся воз- растанием амплитуды колеба-

ний точек системы. Известный из курса физики случай разрушения моста, по которому строевым шагом проходил полк солдат, связан именно с возникновением резонанса.

Явления, происходящие в грунтах при динамических воздействиях. Влияние динамических воздействий на изменение свойств грунтов зависит как от интенсивности нагрузок, частоты и продолжительности их действия, так и от вида грунта, его состояния по плотности и влажности.

Исследованиям этих сложных проблем посвящены работы Д. Д. Баркана, О. А. Савинова, Н. Н. Маслова, П. JI. Иванова, Н. Д. Красникова и др.

В практике строительства известны случаи, когда длительная работа машин или оборудования с динамическими нагрузками вызывала значительные осадки расположенных на некотором удалении конструкций, приводящие к их авариям и даже разрушению. Известны также случаи возникновения в настоящее время дополнительных осадок старинных зданий, построенных на слабых грунтах, из-за динамического влияния городского транспорта при воз- 498

Рис. 17.2. Графики колебаний;

а—гармонические незатухающие; б—иери- одическае с несимметричным циклом; в — гармонические затухающие

росшей интенсивности его движения. Эти процессы связаны с явлением виброкомпрессии — дополнительным уплотнением рыхлых несвязных грунтов даже при слабых и умеренных вибрационных или часто повторяющихся ударных нагрузках.

Механизм виброкомпрессии заключается в том, что динамическое воздействие на грунт приводит к разрушению структуры и возникновению вследствие этого взаимного перемещения частиц. При увеличении частоты вибрации перемещение частиц приобретает характер длительного накопления деформаций во времени, названного П. JI. Ивановым виброползучестью. Он приводит следующий характерный пример виброползучести. В Нижнем Новгороде было построено на песчаном основании здание кузнечного цеха. Известно, что стабилизация осадок песчаных оснований при действии статических нагрузок происходит очень быстро, а величина их относительно невелика. В рассмотренном же случае осадки, достигшие 30 см, развивались в течение семи лет без существенного затухания деформаций. Такой характер деформаций можно объяснить только длительным развитием процесса ползучести песков при действии повторяющихся динамических нагрузок.

Длительные вибрационные и ударные нагрузки могут приводить к снижению сопротивления сдвигу как песчаных, так и глинистых грунтов, особенно в водонасыщенном состоянии. Это вызывает уменьшение несущей способности оснований при динамической нагрузке на фундамент по сравнению с ее величиной при статической нагрузке. В глинистых грунтах, особенно пластичной и текучей консистенции, при динамических воздействиях отмечается разжижение (тиксотропия) грунта. Разжижение свойственно и водонасыщенным песчаным грунтам различной крупности, особенно пылеватым и мелким. В зависимости от интенсивности и продолжительности динамического воздействия разжижение может сопровождаться последующим уплотнением песчаного грунта под действием массовых сил.

Влияние разжижения грунта может иметь как положительный характер (уменьшение сопротивления при забивке свай с последующим его восстановлением), так и отрицательный. Б. И. Далматов приводит пример, когда в долине р. Ганг во время землетрясения в грунте «тонули» одноэтажные здания, получавшие осадку 1. 2 м. Осадка сопровождалась фонтанированием разжиженного песка в местах разрыва поверхностного слоя грунта.

Описанные явления свидетельствуют о том, что проектирование фундаментов сооружений при действии динамических нагрузок всегда должно проводиться с учетом возможного уменьшения несущей способности грунтов основания. Для ответственных сооружений, чувствительных к неравномерным деформациям, особенно располагаемых на водонасыщенных мелких и пылеватых песках и глинах, необходимо учитывать дополнительные осадки,

Расчет нагрузки на фундамент

Расчет нагрузки на фундамент необходим для правильного выбора его геометрических размеров и площади подошвы фундамента. В конечном итоге, от правильного расчета фундамента зависит прочность и долговечность всего здания. Расчет сводится к определению нагрузки на квадратный метр грунта и сравнению его с допустимыми значениями.

Для расчета необходимо знать:

Регион, в котором строится здание;
Тип почвы и глубину залегания грунтовых вод;
Материал, из которого будут выполнены конструктивные элементы здания;
Планировку здания, этажность, тип кровли.

Исходя из требуемых данных, расчет фундамента или его окончательная проверка производится после проектирования строения.

Попробуем рассчитать нагрузку на фундамент для одноэтажного дома, выполненного из полнотелого кирпича сплошной кладки, с толщиной стен 40 см. Габариты дома – 10х8 метров. Перекрытие подвального помещения – железобетонные плиты, перекрытие 1 этажа – деревянное по стальным балкам. Крыша двускатная, покрытая металлочерепицей, с уклоном 25 градусов. Регион – Подмосковье, тип грунта – влажные суглинки с коэффициентом пористости 0,5. Фундамент выполняется из мелкозернистого бетона, толщина стенки фундамента для расчета равна толщине стены.

Определение глубины заложения фундамента

Глубина заложения зависит от глубины промерзания и типа грунта. В таблице приведены справочные величины глубины промерзания грунта в различных регионах.

Таблица 1 – Справочные данные о глубине промерзания грунта

Справочная таблица для определения глубины заложения фундамента по регионам

Глубина заложения фундамента в общем случае должна быть больше глубины промерзания, но есть исключения, обусловленные типом грунта, они указаны в таблице 2.

Таблица 2 – Зависимость глубины заложения фундамента от типа грунта

Зависимость глубины заложения фундамента от типа грунта

Глубина заложения фундамента необходима для последующего расчета нагрузки на почву и определения его размеров.

Определяем глубину промерзания грунта по таблице 1. Для Москвы она составляет 140 см. По таблице 2 находим тип почвы – суглинки. Глубина заложения должна быть не менее расчетной глубины промерзания. Исходя из этого глубина заложения фундамента для дома выбирается 1,4 метра.

Расчет нагрузки кровли

Нагрузка кровли распределяется между теми сторонами фундамента, на которые через стены опирается стропильная система. Для обычной двускатной крыши это обычно две противоположные стороны фундамента, для четырехскатной – все четыре стороны. Распределенная нагрузка кровли определяется по площади проекции крыши, отнесенной к площади нагруженных сторон фундамента, и умноженной на удельный вес материала.

Таблица 3 – Удельный вес разных видов кровли

Определяем площадь проекции кровли. Габариты дома – 10х8 метров, площадь проекции двускатной крыши равна площади дома: 10·8=80 м 2 .
Длина фундамента равна сумме двух длинных его сторон, так как двускатная крыша опирается на две длинные противоположные стороны. Поэтому длину нагруженного фундамента определяем как 10·2=20 м.
Площадь нагруженного кровлей фундамента толщиной 0,4 м: 20·0,4=8 м 2 .
Тип покрытия – металлочерепица, угол уклона – 25 градусов, значит расчетная нагрузка по таблице 3 равна 30 кг/м 2 .
Нагрузка кровли на фундамент равна 80/8·30 = 300 кг/м 2 .

Расчет снеговой нагрузки

Снеговая нагрузка передается на фундамент через кровлю и стены, поэтому нагружены оказываются те же стороны фундамента, что и при расчете крыши. Вычисляется площадь снежного покрова, равная площади крыши. Полученное значение делят на площадь нагруженных сторон фундамента и умножают на удельную снеговую нагрузку, определенную по карте.

Длина ската для крыши с уклоном в 25 градусов равна (8/2)/cos25° = 4,4 м.
Площадь крыши равна длине конька умноженной на длину ската (4,4·10)·2=88 м 2 .
Снеговая нагрузка для Подмосковья по карте равна 126 кг/м 2 . Умножаем ее на площадь крыши и делим на площадь нагруженной части фундамента 88·126/8=1386 кг/м 2 .

Расчет нагрузки перекрытий

Перекрытия, как и крыша, опираются обычно на две противоположные стороны фундамента, поэтому расчет ведется с учетом площади этих сторон. Площадь перекрытий равна площади здания. Для расчета нагрузки перекрытий нужно учитывать количество этажей и перекрытие подвала, то есть пол первого этажа.

Площадь каждого перекрытия умножают на удельный вес материала из таблицы 4 и делят на площадь нагруженной части фундамента.

Таблица 4 – Удельный вес перекрытий

Таблица расчет веса перекрытий и их нагрузка на фундамент

Площадь перекрытий равна площади дома – 80 м 2 . В доме два перекрытия: одно из железобетона и одно – деревянное по стальным балкам.
Умножаем площадь железобетонного перекрытия на удельный вес из таблицы 4: 80·500=40000 кг.
Умножаем площадь деревянного перекрытия на удельный вес из таблицы 4: 80·200=16000 кг.
Суммируем их и находим нагрузку на 1 м 2 нагружаемой части фундамента: (40000+16000)/8=7000 кг/м 2 .

Расчет нагрузки стен

Нагрузка стен определяется как объем стен, умноженный на удельный вес из таблицы 5, полученный результат делят на длину всех сторон фундамента, умноженную на его толщину.

Таблица 5 – Удельный вес материалов стен

Площадь стен равна высоте здания, умноженной на периметр дома: 3·(10·2+8·2)=108 м 2 .
Объем стен – это площадь, умноженная на толщину, он равен 108·0,4=43,2 м 3 .
Находим вес стен, умножив объем на удельный вес материала из таблицы 5: 43,2·1800=77760 кг.
Площадь всех сторон фундамента равна периметру, умноженному на толщину: (10·2+8·2)·0,4=14,4 м 2 .
Удельная нагрузка стен на фундамент равна 77760/14,4=5400 кг.

Предварительный расчет нагрузки фундамента на грунт

Нагрузку фундамента на грунт расчитывают как произведение объема фундамента на удельную плотность материала, из которого он выполнен, разделенное на 1 м 2 площади его основания. Объем можно найти как произведение глубины заложения на толщину фундамента. Толщину фундамента принимают при предварительном расчете равной толщине стен.

Таблица 6 – Удельная плотность материалов фундамента

Площадь фундамента – 14,4 м 2 , глубина заложения – 1,4 м. Объем фундамента равен 14,4·1,4=20,2 м 3 .
Масса фундамента из мелкозернистого бетона равна: 20,2·1800=36360 кг.
Нагрузка на грунт: 36360/14,4=2525 кг/м 2 .

Расчет общей нагрузки на 1 м 2 грунта

Результаты предыдущих расчетов суммируются, при этом вычисляется максимальная нагрузка на фундамент, которая будет больше для тех его сторон, на которые опирается крыша.

Условное расчетное сопротивление грунта R₀ определяют по таблицам СНиП 2.02.01—83 «Основания зданий и сооружений».

Пучение грунта

Из данного материала вы узнаете, что такое морозное пучение грунта и какую опасность оно представляет для фундамента. Мы рассмотрим классификацию пучинистости грунтов согласно строительным нормативам и разберемся, какие меры необходимо принимать, чтобы уменьшить негативное воздействие пучения почвы на основание дома.

Виктор, 29 лет, г.Москва
"Здравствуйте! Нуждаюсь в совете квалифицированных специалистов - недавно мне удалось приобрести небольшой земельный участок в Подмосковье, на котором я планирую возвести одноэтажную дачу из сруба. Опыт в практических строительных работах у меня имеется, однако осуществляя проектирование фундамента я зашел в тупик. Новые соседи говорят, что в нашей местности очень сильно проявляется морозное пучение грунта - большинство из них потратило на укрепление фундаментов баснословные деньги, а некоторые дома стоят перекошенные с трещинами. Подскажите пожалуйста, чем грозит морозное пучение легкому дому из сруба и существуют ли какие-либо способы уменьшения воздействия сил пучения на фундамент здания?"

Оглавление:

Мы решили ответить Виктору полноценной статьей, посвященной проблеме морозного пучения и способами борьбы с ней.

Что такое пучение грунта

Перекошенные дверные коробы, трещины на стенах и щели в оконных коробах - следствие деформационных влияний, оказываемых грунтом на основание дома.

Деформационные нагрузки почвы на основание происходят в результате сезонного промерзания грунта - так называемого морозного пучения.

Рис 1.1: Трещины в цоколе - характерный признак воздействия сил пучения на фундамент дома

Пучение - это изменение объема почвы, происходящее в следствии замерзания грунтовых вод, которыми она пропитана.

Совет эксперта! Расширение объема почвы обуславливается тем, что номинальная плотность воды в жидком состоянии составляет 1000 килограмм на кубометр, тогда как плотность льда - 917 кг/м3.

При наступлении сезонных морозов происходит следующее: согласно законам физики масса жидкости после замерзания остается неизменной, однако ее объем расширяется почти на 9%, в результате это расширения влага оказывает давление на почву - поскольку движение почвы вниз невозможно, из-за высокой плотности нижерасположенных слоев грунта, грунт движется вверх и поднимает фундамент здания.

Рис. 1.2: Почва, увеличившаяся в объеме в результате морозного пучения

Выделяют два характера воздействий морозного пучения на основание дома:

Вертикальное выталкивающее воздействие - происходит вследствие пучения слоев почвы, расположенных под основанием здания;
Касательное пучение - это выталкивающее воздействие, которое происходит вследствие пучения грунта, контактирующего с боковыми стенками фундамента.

Какие виды почвы подвергаются пучению

Пучение характерно для большинства видов почвы, особенно данной проблеме подвергаются следующие типы грунта:

Песчаная почва;
Суглинок;
Супесь;
Глиняный грунт.

Вышеуказанные виды почвы обладают одной общей чертой - в их составе содержатся мельчайшие пыльные частицы. Та же песчаная почва, не содержащая пылеватых частиц (гравелистая либо песок крупных фракций) практически не подвергается воздействиям сезонного пучения.

Совет эксперта! Наличие пылеватых частиц в грунте способствует тому, что почва приобретает свойство связывать и удерживать контактирующую с ней воду (это могут быть как впитавшиеся в землю атмосферные осадки, так и грунтовая влага).

Пропитанный водой пласт почвы, в процессе замерзания расширяется в объемах (до 9-12% от первоначального объема) и давит на основания зданий и построек, оказывая на них выталкивающую нагрузку.

Рис 1.3: Воздействие пучения грунта на плитный фундамент

Силы пучения почвы могут быть увеличены разнообразными сопутствующими факторами, основной из них - постоянные атмосферные осадки. Если осенью регулярно будут идти дожди, то пропитавшаяся осадками почва будет оказывать более сильную деформационную нагрузку на фундамент. Также к усиливающим пучение факторам можно отнести повышение уровня залегания грунтовых вод и их капиллярное поднятие.

Совет эксперта! Свыше 82% всех видов грунтов В Москве и области классифицируются как пучинистые.

При возведении построек на пучинистых грунтах нужно предпринимать дополнительные меры защиты фундамента от выталкивающих воздействий почвы, о которых более детально мы поговорим в соответствующем разделе статьи.

С классификацией пучинистости разных видов грунтов согласно ГОСТ № 25100 вы можете ознакомится в таблице 1.1.

Твердая глинистая почва;
Гравелистые грунты не насыщенные водой;
Пески крупных и средние;
Грунты с большим содержанием горных пород.

Глинистая почва средней плотности;
Мелко-песчаные грунты;
Пылеватая глинистая почва с вкраплением горных пород в пределах 10-30% от массы глины.

Пластичная глинистая почва;
Глинистая почва, суглинок и супесь с вкраплением горных пород свыше 30% от массы.

Грунты с высокой склонностью к пучению;

Расширение объема от 7%

Мягкопластичная глининистая почва;
Мелкие и пылеватые песчаные грунты с высоким уровнем грунтовых вод.

Таблица 1.1: Классификация пучинистости грунтов

Узнай почему свайный фундамент помогает избежать проблем с морозным пучением: узнать

Чем пучение почвы опасно для фундамента

Для оснований любого вида - ленточных, плитных и свайных, опасным является не только сам процесс вспучивания почвы, но и последствия ее оттаивания.

При наступлении зимы, когда температура понижается ниже нуля и грунт промерзает на глубину одного-двух метров, почва расширяет и начинает выталкивать фундамент здания. Происходит вертикальная деформация основания. При наступлении оттепели, замершие грунтовые воды оттаивают, почва теряет свою плотность и под давлением массы здания уменьшается до объемов, на несколько процентов меньших ее первоначальных размеров - в результате этого происходит дополнительная усадка фундамента.

Совет эксперта! Наиболее опасным для фундаментов является неравномерное пучение грунта, которое может наблюдаться при разной толщине снежного покрова - чем он толще, тем выше поднимается граница промерзания почвы и тем больший ее пласт подвергается пучению.

Рис. 1.4: Результат морозного пучения грунта

Строительная практика показывает, что конкретный земельный участок может иметь крайне сложную схему промерзания и пучинистого поднятия почвы.

К примеру: грунт вокруг здания, расположенного на среднепучинистой почве, по внешнему периметру постройки может иметь глубину промерзания до полутора метров и при сезонном пучении подниматься до 10 см. вверх, тогда как грунт, расположенный под домом всегда будет более теплым и сухим, и пучению может не подвергаться вообще.

Только так можно решить проблему и не допустить разрушения здания в результате пучения: посмотреть

Неравномерное пучение также может стать следствием оттаиванием снежного покрова на южной стороне здания - почва, пропитанная влагой из оттаявшего снега, при наступлении следующих заморозков будет подвергаться увеличенным силам пучения, в сравнении с силами на северной стороне здания.

Совет эксперта! В результате неравномерного пучения почвы фундамент здания перекашивается, это же происходит и со стенами постройки - в результате перекоса по ним идут трещины, конструкция деформируется, теряет прочность и приходит в аварийное состояние.

Рис. 1.5: Недостроенное здание, пришедшее в аварийное состояние из-за пучения грунта

Самую высокую опасность сезонное пучение представляет для легких домов, возведенных из пенобетона, дерева либо каркасных панелей. Обуславливается это неспособностью компенсации давлением массы здания оказываемых на фундамент выталкивающих нагрузок.

Строение обладающее достаточно большой массой (к примеру, дом из кирпича), будет давить на фундамент, и если давление от тяжести конструкции превысит выталкивающее давление грунта, почва из-за невозможности расширения будет уплотняться и воздействия пучения ослабятся к минимуму.

Способы уменьшения влияния пучения грунта на фундамент

Строительство ленточных и плитных фундаментов на пучинистых грунтах должно обязательно сопровождаться обустройством уплотняющей подсыпки.

Такая подсыпка состоит двух слоев - крупного песка и гравия либо щебня. Толщина слоев подсыпки должна быть одинаковой, при этом общая толщина уплотнения начинается с 20 сантиметров для слабопучинистых грунтов, и увеличивается до 35-40 сантиметров для сильнопучинистой почвы.

Рис. 1.6: Схема уплотняющей подсыпки под ленточный фундамент

Совет эксперта! Подсыпка для уменьшения вертикальных выталкивающих воздействий выполняется под основанием фундаментной ленты, на дне выкопанной под фундамент траншеи. Для уменьшения касательных сил пучения подсыпка делается по внешнему периметру стенок уже возведенного фундамента.

Однако данная мера является недолговечной ввиду того, что подсыпка, в период повышения уровня грунтовых вод, которое происходит осенью и во время оттаивания снежного покрова, полностью окружается водой. При пропитывании влагой в песок и гравий из грунта проникают пылеватые частицы. В результате этого со временем непучинистые материалы подсыпки приобретают склонность к пучению и теряют свою защитную функцию.

Уменьшить данный негативный фактор позволяет использование специальных противозаиливающих рулонных материалов, которыми покрываются стенки подсыпки. Такие материалы (оптимальный вариант - Стеклохолст) пропускают воду, однако фильтруют все находящиеся в ней мельчайшие частицы ила и пыли.

Рис. 1.7: Комплексная защита фундамента от пучения грунта

Также высокую эффективность демонстрирует практика обустройства дренажа. Такая система представлена дренажными трубами, расположенными по периметру фундамента в подсыпанном слое гравия, выполняющего функцию фильтра. Трубы располагаются под уклоном, что позволяет скопившимся в них грунтовым водам самотеком стекать в специально отведенный накопительный резервуар.

Наши услуги

Мы предоставляем следующие услуги: забивка свай и лидерное бурение. У нас есть собственный автопарк бурильно-сваебойной техники и мы готовы поставлять сваи на объект с дальнейшим их погружением на строительной площадке. Цены на забивку свай представлены на странице: цены на забивку свай. Для заказа работ по забивке железобетонных свай, оставьте заявочку.

Расчёт нагрузки на фундамент

Оглавление:

А ведь всего этого можно было избежать, если бы изначально расчету нагрузки на фундамент было уделено достаточно внимания.Ознакомьтесь с материалом о том зачем это делается, а также как грамотно и верно выполнять расчёт нагрузки на фундамент.

Как выполняется расчет

Что включается в такой расчет, и что нужно учитывать? Рассмотрим некоторые параметры.

У различных видов грунта отличная друг от друга несущая способность, поэтому нельзя опираться на тот факт, что у друга дом на мелкозаглубленном ленточном фундаменте стоит уже несколько лет, и ничего.
Учитывая вес строительных материалов, проводится вычисление массы строения.
Какая снеговая нагрузка на кровлю в регионе. Тип, и форма крыши играют огромную роль в таком подсчете.
Ветровая нагрузка. Любой дом, особенно высокий, испытывает ощутимые нагрузки в ветреную погоду, а если ветер постоянно дует в одну и ту же сторону, то фундамент будет подвержен дополнительной нагрузке. Особенно это ощутимо в легких домах, с не очень прочным фундаментом.
Вес мебели, сантехники и отделочных материалов.

Полученные данные и собранная информация служит для учета несущей характеристики, размера и опорной площади возводимого фундамента. Пренебрежение этими требованиями приводит к ситуациям, описанным в начале статьи.

Расчет нагрузки для ленточного фундамента

При расчете нагрузки на ленточный фундамент, нужно определить количество заливаемого бетона, для чего нужно узнать общую площадь с учетом установленной опалубки. Полученную цифру (в м 3 ) нужно умножить на массу 1 м 3 , которая колеблется в пределах 2000–2500 кг. При расчете фундамента лучше перестраховаться, поэтому за основу возьмем 2500 кг.

Потребуется узнать полную массу дома, снеговую нагрузку на крышу и давление ветра. Эти 4 показателя слаживаются и делятся на площадь основания. Выглядит это так:

(масса фундамента + масса дома + снеговая + ветровая нагрузка) / площадь основания = искомая цифра.

Поскольку расчет получается приблизительным, нужно иметь запас прочности около 25%.

Расчет нагрузки для столбчатого фундамента

Для того чтобы определить нагрузку на столбчатый фундамент, придется умножить площадь сечения столба на его высоту, в результате чего станет известен объем одной опоры. Полученные данные умножаются на цифру, обозначающей плотность материала, из которого сделаны столбы (q). Таким образом произведен расчет нагрузки для одного столба, а чтобы узнать расчетную нагрузку всего фундамента, результат перемножим на количество опор.

Если при расчете получилось, что фундамент не соответствует требованиям, то можно увеличить сечение столбов или увеличить число опор, сократив между ними расстояние.

Расчет нагрузки для свайного фундамента

Расчет нагрузки на свайный фундамент выполняется таким образом:

Полная масса будущего здания умножается на коэффициент запаса надежности.
Опорная площадь 1 квадратного сечения сваи определяется путем перемножения размеров двух сторон. При использовании круглых свай опорная площадь одной из них вычисляется по формуле: R2×3,14. Затем полученные данные умножаются на количество используемых свай, задействованных в фундаменте.
Теперь необходимо узнать нагрузку на 1 см 2 грунта, для чего масса здания делится на опорную площадь фундамента, и удостовериться, что нормативная допустимая нагрузка на грунт в норме.

Одной из особенностей свайного фундамента является правильный выбор сечения и длины свай, для чего нужно знать особенности грунта. Например, в некоторых районах, свая длиной в 3 м может не дойти до твердого основания, и приобретать опоры нужно только после предварительной геологической разведки.

В случае необходимости грунт можно уплотнить путем вбивания дополнительных, не предусмотренных проектом свай, но это приведет к дополнительным, незапланированным затратам.

Анализ грунта

Проектируя фундамент, можно самостоятельно выполнить геодезический анализ грунта, узнав:

Тип почвы.
Уровень расположения грунтовых вод.

Также необходимо узнать уровень промерзания грунта, в чем могут помочь карты с такими данными.

Рис. Уровень промерзания грунта в России

Используя ручной бур, по периметру площадки и в центре делается несколько скважин, глубиной до 2,5 м, в результате чего можно увидеть, какой тип почвы, а на следующий день можно увидеть, появилась ли в ней вода, и какой ее уровень.

Рис. Слои почвы в Московской области

Что касается типа почвы, то разобраться в этом непростом вопросе поможет дополнительная информация:

Если при извлечении бура почва рассыпается – это песчаный грунт.
Из извлеченного грунта можно скатать цилиндр, но при этом он весь покрывается трещинами – это супеси.
Получается скатать цилиндр, но при попытке согнуть он ломается – это легкий суглинок.
Скатанный цилиндр на изгибе покрывается многочисленными трещинами – это тяжелый суглинок, в составе которого много глины.
Цилиндр скатывается легко, на изгибе не ломается и не трескается – перед нами глинистый грунт.

Используя полученные данные, можно определить какой тип фундамента лучше всего сделать на этом участке и нужно ли делать для него дренажную систему.

Определение несущей способности грунта

Ниже приведена таблица, с помощью которой можно разобраться с несущей способность грунта. Зная, какой тип грунта вы извлекли при пробном бурении, не составит его найти в таблице, и получить больше информации.

Тип почвы	Несущая способность
Супесь	От 2 до 3 кгс/см 2
Щебенистая почва с пылевато -песчаным заполнителем	6 кгс/см 2
Плотная глина	От 4 до 3 кгс/см 2
Щебенистая почва с заполнителем из глины	От 4 до 4.5 кгс/см 2
Среднеплотная глина	От 3 до 5 кгс/см 2
Гравийная почва с песчаным заполнителем	5 кгс/см 2
Влагонасыщенная глина	От 1 до 2 кгс/см 2
Гравийная почва с заполнителем из глины	От 3.6 до 6 кгс/см 2
Пластичная глина	От 2 до 3 кгс/см 2
Крупный песок	Среднеплотный - 5, высокоплотный - 6 кгс/см 2
Суглинок	От 1.9 до 3 кгс/см 2
Средний песок	Среднеплотный - 4, высокоплотный - 5 кгс/см 2
Песок, супеси, глина, суглинок, зола	От 1.5 до 1.9 кгс/см 2
Мелкий песок	Среднеплотный - 3, высокоплотный - кгс/см 2
Сухая пылеватая почва	Среднеплотная - 2.5, высокоплотная - 3 кгс/см 2
Водонасыщенный песок	Среднеплотный - 2, высокоплотный - 3 кгс/см 2
Влажная пылеватая почва	Среднеплотная - 1.5, высокоплотная 2 кгс/см 2
Водонасыщенная пылеватая почва	Среднеплотная - 1, высокоплотная - 1.5 кгс/см 2

Таблица 1: Расчетное сопротивление разных видов грунтов

Наши услуги

Компания «Богатырь» предоставляет услуги по погружению железобетонных свай – мы забиваем сваи, выполняем лидерное бурение и привезем непосредственно на строительную площадку сваи, с помощью которых и соорудим свайный фундамент. Если вы заинтересованы в том, чтобы проектировка, гео разведка и монтаж свайного фундамента был выполнен высококвалифицированными специалистами, то отправьте запрос или позвоните нам, воспользовавшись формой и контактными данными, указанными внизу сайта.

Читайте также: