От чего зависит максимальная осадка фундамента

Обновлено: 16.05.2024

Расчет осадки монолитной фундаментной плиты

Расчет фундаментов и в частности осадки основания, возникающей при строительстве дома - занятие в принципе не сложное, когда известны характеристики ниже залегающих грунтов, уровень грунтовых вод и прочие данные. Но дело в том, что при строительстве одно - двухэтажного дома, так сказать для себя, геологоразведка, позволяющая узнать вышеуказанные характеристики - явление достаточно редкое.

Как правило люди в таких случаях делают фундамент на глаз, не сильно углубляясь в расчеты. Да и зачем заказывать инженерно-геологические изыскания, если почти все вокруг закладывают фундамент на глаз? Между тем стоимость бурения нескольких скважин на будущем участке строительства и анализ залегающих грунтов стоят не так уж и дорого по сравнению с общей стоимостью дома - 300-1500$ (в зависимости от размеров будущего дома, количества скважин и других факторов). К тому же знание геологии участка позволит принять наиболее оптимальный тип фундамента, что может дать значительно большую экономию.

Тем не менее я не могу запретить людям строить дома без проведения геологоразведки, а могу только предложить хотя бы упрощенно рассчитывать планируемый фундамент и в частности осадку основания.

Для расчета осадки основания (а значит и фундамента) нужно знать свойства залегающих ниже фундамента грунтов, но с геологоразведкой у нас туго, мы потому и монолитную фундаментную плиту планируем. Поэтому сначала выполним

Упрощенный расчет осадки фундамента

можно провести на основании следующих предположений:

1. Предположим, что ниже - на всю расчетную глубину - залегает все та же пористая глина, имеющая модуль упругости Е = 70 кг/см 2 (минимальное значение согласно "Методическим рекомендациям по сбору инженерно-геологической информации и использованию табличных геотехнических данных при проектировании земляного полотна автомобильных дорог, таблица 4) и удельный вес γ = 2.7 г/см 3 (там же, таблица 2). Соответственно давление от каждого метра вышележащего грунта составит σ_1γ = 2.7·100 = 270 г/см 2 или 0.27 кг/см 2 .

2. Дополнительное вертикальное нормальное напряжение в слое грунта σ_q (возникающее от фундамента) изменяется равномерно от максимального значения непосредственно под фундаментом, где это напряжение равно q, до минимального на нижней отметке сжимаемой толщи.

3. Как правило нижняя отметка сжимаемого грунта принимается там, где σ_г = 0.1σ_ф (при модуле упругости менее 100 кг/см 2 ).

Таким образом на глубине около 10.5 м давление от вышележащего грунта составит σ_10γ = 0.27·10 = 2.7 кг/см 2 , даже если давление от фундамента на этой глубине будет составлять σ_q = 0.5q = 0.362/2 = 0.181 кг/см 2 , то все равно разница будет более 10 раз и тогда при толщине сжимаемого слоя грунта 10 м осадка составит:

где β = 0.8 безразмерный коэффициент, принимаемый согласно приложения 2 СНиП 2.02.01-83 "Основания зданий и сооружений".

В действительности дополнительное напряжение в грунте от фундамента на отметке 10.5 м будет скорее всего меньше, соответственно и толщина сжимаемого слоя будет меньше. Да и характеристики грунта на рассматриваемой глубине будут другими с учетом того, что до начала строительства грунт на этом месте находился уже тысячи, а может и миллионы лет и за это время успел должным образом спрессоваться и изменить свои расчетные характеристики.

Тем не менее, даже с учетом всех вышеперечисленных и не перечисленных причин рассчитанная нами осадка фундамента значительно меньше допустимой средней осадки s_u, определяемой по приложению 4 СНиП 2.02.01-83, и составляющей для фундаментов бескаркасных многоэтажных гражданских зданий со стенами из крупных блоков или кирпича без армирования 10 см.

Тем не менее, если данный метод определения осадки основания кажется вам слишком простым и не точным, то есть

Более точный расчет осадки основания

Хотя физические характеристики ниже залегающих грунтов нам по-прежнему неизвестны, но мы, полагая физические свойства ниже залегающих грунтов неизменными, можем воспользоваться данными таблицы 391.1 для определения значений вертикальных напряжений от фундамента на различной глубине, чтобы более точно выяснить границу сжимаемой зоны.

Для рассматриваемой фундаментной плиты соотношение сторон составляет

η = l/b = 16.6/11.4 = 1.456 ≈ 1.4 (чтобы не возиться дополнительно с интерполяцией)

1. Тогда на глубине z₁ = 0.2·11.4 = 2.28 м вертикальное напряжение составит σ(_{z= 1.14)q} = aq_o = 0.972·0.362 = 0.351 кг/см 2 .

где 2z/b = 2z/11.4 = 0.4

Среднее значение вертикальных напряжений от фундамента составит

σ_1zq = (0.362 + 0.351)/2 = 0.3565 кг/см 2 .

В свою очередь вертикальное напряжение от собственного веса грунта составит σ_1zγ = 0.27·2.28 = 0.6156 кг/см 2 .

2. На глубине 4.56 м σ_(z=2.28)q = 0.848·0.362 = 0.307 кг/см 2 , σ_2zq = 0.329 кг/см 2 , σ_2γ = 4.56·0.27 = 1.23 кг/см 2 .

3. На глубине 6.84 м σ_{(z=3.42) q} = 0.682·0.362 = 0.247 кг/см 2 , σ_3zq = 0.277 кг/см2, σ_3γ =6.84·0.27 = 1.85 кг/см 2 .

4. На глубине 9.12 м σ_(z=4.56)q = 0.532·0.362 = 0.193 кг/см 2 , σ_4zq = 0.22 кг/см 2 , σ_4γ = 9.12·0.27 = 2.46 кг/см 2 .

Как видим, на глубине 9.12 м вертикальные напряжения от фундамента будут более чем в 10 раз меньше вертикальных напряжений от выше залегающих грунтов, тогда

Если отметка грунтовых вод будет на отметке низа фундаментной плиты, это приведет к уменьшению вертикальных напряжений от вышезалегающего грунта до σ_1γ = 2.7 - 1 = 1.7 г/см 3 . Это означает что следует рассматривать большую толщину грунта, чтобы выполнялось условие σ_q < 0.1σ_γ. Впрочем, толщина рассматриваемого грунта увеличится незначительно.

5. На глубине 11.4 м σ_(z=5.7)q = 0.414·0.362 = 0.15 кг/см 2 , σ_5zq = 0.17 кг/см 2 , σ_4γ = 11.4·0.17 = 1.94 кг/см 2 .

тогда максимальная осадка основания (а значит и фундамента) составит:

Как видим, даже при самых неблагоприятных обстоятельствах осадка основания все равно значительно меньше допустимой, впрочем для этого мы и принимали монолитную плиту в качестве фундамента.

Примечание: Для наглядности полученные данные расчетов для каждого слоя обычно сводятся к таблицу.

На этом пока все.

Доступ к полной версии этой статьи и всех остальных статей на данном сайте стоит всего 30 рублей. После успешного завершения перевода откроется страница с благодарностью, адресом электронной почты и продолжением статьи. Если вы хотите задать вопрос по расчету конструкций, пожалуйста, воспользуйтесь этим адресом. Зараннее большое спасибо.)). Если страница не открылась, то скорее всего вы осуществили перевод с другого Яндекс-кошелька, но в любом случае волноваться не надо. Главное, при оформлении перевода точно указать свой e-mail и я обязательно с вами свяжусь. К тому же вы всегда можете добавить свой комментарий. Больше подробностей в статье "Записаться на прием к доктору"

Для терминалов номер Яндекс Кошелька 410012390761783

Номер карты Ymoney 4048 4150 0452 9638 SERGEI GUTOV

Для Украины - номер гривневой карты (Приватбанк) 5168 7422 4128 9630

Примечание: Возможно ваш вопрос, особенно если он касается расчета конструкций, так и не появится в общем списке или останется без ответа, даже если вы задатите его 20 раз подряд. Почему, достаточно подробно объясняется в статье "Записаться на прием к доктору" (ссылка в шапке сайта).

От чего зависит максимальная осадка фундамента

При этом существенного изменения структуры грунтов не происходит и потому такую деформацию можно условно считать упругой. Это означает, что давление на основание (нагрузка от фундамента) должно быть меньше расчетного сопротивления грунта.

Если давление на грунт будет больше расчетного сопротивления грунта, то деформация грунтов будет уже пластической, т.е. не восстанавливаемой со временем даже после снятия нагрузки (например, сноса здания) и приведет к существенному изменению структуры грунтов (как минимум тех, которые находятся ближе всего к подошве фундамента). Такая деформация называется просадкой и будет она значительно больше чем осадка, вот только рассчитать просадку из-за пластической деформации даже приблизительно не возьмется никто (просадка при замачивании просадочных грунтов и по другим возможным причинам, здесь не рассматривается).

Методы уплотнения грунтов перед началом строительства здесь также не рассматриваются. Тем не менее уплотнение грунта перед началом устройства фундамента позволит уменьшить итоговую осадку основания, определить которую мы и собираемся.

Основные положения, принимаемые при расчете осадки основания:

Теоретически для расчета осадки основания достаточно просто знать закон Гука, согласно которому

σ = ЕΔh/h или Δh = σh/E (391.1)

Примечание: нормальные напряжения при рассмотрении оснований часто называются вертикальными нормальными, а потом и просто вертикальными. Сути дела это не меняет, однако позволяет лучше представить направление действия напряжений.

При расчете осадки основания используется модель линейно деформируемого полупространства под подошвой фундамента.

Примечание: в СНиПе 2.02.01-83 нагрузка на основание обозначается литерой р, в теоретической механике нагрузка чаще обозначается литерой q и мне такое обозначение ближе. Впрочем принципиального значения это не имеет.

Помимо давления от фундамента на нижележащие слои грунтов давят вышележащие слои грунтов. Это давление обозначается как σ_γ и определяется, как вертикальное напряжение от собственного веса грунта. Предполагается, что вертикальное напряжение от собственного веса грунта прямо пропорционально рассматриваемой глубине и объемному весу грунта

σ_γ = γh

Так как по мере заглубления вертикальные напряжения от фундамента уменьшаются, а от вышележащих слоев грунта увеличиваются, то соответственно и деформации, вызываемые этими напряжениями, изменяются. Т.е. чем глубже, тем меньше будет влияние нагрузки от фундамента на осадку основания, к тому же на больших глубинах основание и так уже осело под постоянно действующей нагрузкой от вышележащих грунтов, конечно в том случае, если эти грунты находятся в таком состоянии достаточно давно, желательно тысячи или даже миллионы лет. Таким образом нет необходимости рассматривать толщу грунтов бесконечно большой высоты. Нижняя граница сжимаемой толщи принимается на глубине z = H_c, где выполняется условие σ_zq = 0.2σ_zγ (см. рис. 391.1).

Примечание: если нижняя граница сжимаемой толщи находится в грунте с модулем деформации Е 2 ) или такой слой залегает непосредственно ниже определенной глубины z = H_c, то нижняя граница сжимаемого слоя определяется, исходя из условия σ_zq = 0.1σ_zγ.

При этом изменение значения вертикальных напряжений в зависимости от глубины принимается согласно следующей расчетной схеме:

Рисунок 391.1 Схема распределения вертикальных напряжений в линейно-деформируемом полупространстве

d и d_n глубина заложения фундамента соответственно от уровня планировки и от поверхности природного рельефа;

Так как на значение дополнительного вертикального напряжения кроме рассматриваемой в п.3 глубины также влияет ширина фундамента и рассматриваемая точка подошвы фундамента, то значение нагрузки от фундамента на рассматриваемой глубине z рекомендуется определять по следующим формулам:

σ zq = aq o (391.2.1)

Таблица 391.1

Примечания к таблице 391.1:

2. Для фундаментов, имеющих подошву в форме правильного многоугольника с площадью F, значения a принимаются как для круглых фундаментов радиусом r = √ F/п .

3. Для промежуточных значений x и η коэффициент a определяется по интерполяции.

Согласно вышеизложенному определение значения дополнительного вертикального напряжения в начале и конце рассматриваемого слоя грунта не представляет большой проблемы и в итоге определение осадки s выполняется методом послойного суммирования по следующей формуле:

(391.3)

Чтобы определить высоту сжимаемого слоя грунта Н_с, как правило составляется таблица, в которую вносятся значения дополнительного вертикального напряжения и напряжения от собственного веса грунта в начале и в конце рассматриваемого слоя (пример составления подобной таблицы приводится отдельно).

Суммарная осадка, определенная по формуле 391.3, не должна превышать предельных значений, приведенных в таблице 391.2, т.е s ≤ š_u:

Таблица 391.2

Вот в принципе и все основные положения, принимаемые при расчете осадки основания (и соответственно фундамента дома). Пример практического использования этих достаточно абстрактных формул и положений приводится отдельно.

На этом пока все.

Для терминалов номер Яндекс Кошелька 410012390761783

Номер карты Ymoney 4048 4150 0452 9638 SERGEI GUTOV

hi и Еi- соответственно толщина и модуль ДЕФОРМАЦИИ i-го слоя грунта;

Все верно, модуль деформации. Тем не менее, смысл я думаю, был и так понятен.

А если я рассчитываю одноэтажный дом 10х10, то какая у меня средняя осадка?

Это зависит от нагрузки на основание и физико-механических характеристик основания. В целом для одноэтажного дома осадка должна быть относительно небольшой.

Максимальное значение осадки фундамента

Осадка фундамента: особенности оснований и виды нагрузок

Дата публикации: 13 января 2019

Автор: Всеволод Рублев

СОДЕРЖАНИЕ

Основа здания или строения – это грунт. А фундамент выполняет функцию посредника, сообщая грунту сумму нагрузок. Поэтому крайне важно понимать какая почва расположена на месте возведения постройки и какие у нее свойства. Изучением типов, свойств и поведения почвы при нагрузках занимается инженерная наука – механика грунтов. Основным свойством поведения грунтов является осадка. Методики расчета осадки позволяют выполнять расчеты фунд-ов, подбирать для них материал, прогнозировать срок эксплуатации здания, учитывать внешние факторы и дополнительные воздействия на сооружение в процессе эксплуатации. Механика грунтов наука точная, и понятна для инженеров, строителей, геологов. Она изобилует формулами и узкоспециальными терминами, разобраться в которых любителю не просто. Поэтому в статье мы сделаем попытку объяснить правила, методики и принципы на которых основывается современное фундаментостроение. Простым и доступным для понимания языком. Дадим определение таким понятиям как: осадка, просадка, основание, предельное состояние, способ послойного суммирования, эквивалентный слой, полупространство, САПР-платформа, CAD система, и многим другим.

Особенности грунта оснований

Основание фундамента – это массив грунта, на который опирается фундамент. Через фундамент оно воспринимает нагрузки от здания. Со временем постоянно действующие нагрузки вызывают в нем напряженность. А при достижении некоторого критического значения напряженность в основ-ии приводит к его деформации. Взаимодействие основ-я с фунд-ом вызывает деформации уже в нем, а тот передает их остальным конструкциям здания. Таким образом, основание должно иметь необходимый запас прочности на весь период эксплуатации дома, давать равномерную осадку, быть устойчивым к дополнительным нагрузкам и воздействиям. Основания бывают естественными и искусственными. Они отличаются по структуре: слоистые или однородные. Естественные основания – это типы грунтов, обладающие достаточной несущей способностью без усиления. Искусственные грунты – слабые, они не способны в естественном состоянии нести требуемые нагрузки, обладают неравномерными и значительными осадками. Поэтому их необходимо искусственно укреплять.

Что такое осадка фундамента и что на нее влияет?

Грунт состоит из разных частиц, отличных по химическому составу, размеру и прочности – зёрен. Пространство между зернами заполнено воздухом и водой. Прослойка почвы между фунд-ом и основ-ем испытывает сильное давление на сжатие. В результате такого сжатия грунт равномерно уплотняется и здание дает «осадку».

Что такое осадка фундамента?

Осадкой называют процесс постепенного погружения здания в землю за счет уплотнения слоя почвы между подошвой фунд-та и основ-ем. Осадка здания не изменяет структуру грунта. И это отличает ее от процесса просадки.

На степень осадки влияет неоднородность грунта, различное содержание в нем воды и воздуха, наличие примесей, неравномерная деформация, глубина промерзания, химические процессы в почве. Если осадка происходит неравномерно с изменением структуры грунта, то ее называют – просадкой.

Просадка является разрушительным процессом и свидетельствует о серьезной ошибке, допущенной в процессе проектирования или строительства здания. Во избежание просадок необходимо придерживаться основных правил, определенных в СНиП.

Причины появления осадки

Главная причина появления осадки – это уплотнение грунта основания под весом здания. Уплотнение происходит за счет сокращения свободного пространства между частицами. Процесс уплотнения называется сжатием. Сжатие грунта возникает при некоторых условиях, оказывающих на него воздействие. Степень сжатия и деформации рассчитывается по специальным формулам, по принципу: деформации в грунте вызванные весом конструкции должны превышать деформации от собственного веса. Иными словами, напряжение, передаваемое от фундамента к основ-ю должно превышать собственное напряжение в самом основ-ии.

Методы расчета осадки

Расчет осадки начинают с определения предельных состояний. Для этого используют две группы характеристик. Первая группа предельных состояний решает задачу по обеспечению прочности и устойчивости оснований, предотвращению опрокидывания и сдвига фундамента по подошве. Первая группа определяет несущие способности фунд-ов и основ-ий. Вторая группа ограничивает перемещение фунд-ов предельными значениями деформаций. Обеспечивает зданию равномерную и контролируемую ос-ку. Исключает появление просадок, кренов и трещин в следствии неравномерной осадки.

Осадки могут быть равномерными и неравномерными. К причинам неравномерной осадки относят неоднородность напряжений в грунте от здания и неравномерную сжимаемость грунтов в основании. При расчете учитывают следующие виды деформаций: осадку, просадку, подъем, оседание, горизонтальное перемещение. Далее, мы рассмотрим методы расчета осадки способом послойного суммирования и способом эквивалентного слоя. И не сильно углубляясь в техническую часть с формулами сравним их возможности.

Предельное состояние – неудовлетворительное состояние конструкций здания, при котором невозможна его эксплуатация.

Способ послойного суммирования

Способ послойного суммирования применяется для расчета ос-ки слоистых оснований и считается основным расчетным методом СНиП по их определению. В основу способа положен принцип линейной деформации сплошной среды, основанной на законе Гука для одноосного сжатия.

Условия и допущения при использовании метода:

Грунт в основ-ии сплошное однородное тело

На тело действует линейная вертикальная нагрузка

Тело подвержено вертикальным напряжениям и деформациям

Боковое расширение и горизонтальные напряжения слишком малы

Деформация рассматривается только в пределах сжимаемой толщи

Деформация ниже уровня активных слоев не рассчитывается

Формула расчета осадки способом послойного суммирования:

Принцип способа послойного суммирования: толщу почвы подверженную сжатию разделяют на несколько слоев. Такие слои называются активными. Для каждого активного слоя определяется вертикальное напряжение от собственного веса. Результаты суммируются.

Метод послойного суммирования можно считать универсальным способом. Он достаточно прост и понятен, но обладает низкой точностью и основан на допущениях. Данный метод применяют для расчета сравнительно небольших фунд-ов малой площади. Не подходит для основ-ий, пласты которых образованы плотными слабо сжимаемыми грунтами.

Способ эквивалентного слоя

Способ эквивалентного слоя применяется для расчета осадки слоистых и однородных оснований. Впервые был сформулирован и применен русским советским ученым Николаем Александровичем Цытовичем. Его метод позволяет определять ос-ку с учетом ограниченного бокового расширения и рассчитывать ее протекание во времени. Эквивалентным слоем называют такую толщу почвы, ос-ка которой при сплошной и равномерной нагрузке на ее поверхность равна ос-ке грунтового полупространства.

Условия и допущения при использовании метода:

Основ-е в пределах полупространства однородно

Грунт является линейно деформируемым телом

Деформации в пределах полупространства определяют по теории упругости

Мощность эквивалентного слоя зависит от коэффициента бокового расширения, формы и размеров фунд-та

Формулы расчета осадки способом эквивалентного слоя:

для однородного основ-я –

для слоистого основ-я –

Принцип способа эквивалентного слоя: на основании теоремы о среднем коэффициенте фильтрации и относительной сжимаемости основ-я, привести сложную пространственную задачу к одномерной плоскости, к эквиваленту. Определить мощность эквивалентного слоя.

Для однородных грунтов способ является строгим решением, применяемым как теория упругости. Для слоистых метод приближенный. Способ эквивалентного слоя Цытовича находится между методом послойного суммирования и строгими аналитическими решениями. Он подходит для решения большинства стандартных задач при условии, что площадь подошвы менее 50 м 2

Полупространство – это геометрическая фигура, ограниченная гиперплоскостью в пространстве для которой выполняется ряд условий.

Допустимая величина осадки

Допустимую величину осадки рассчитывают в индивидуальном порядке по предельным состояниям оснований. Величина допустимой осадки – это совокупность следующих факторов:

коэффициентов надежности
характеристик грунтов
нагрузок, сопротивлений
напряжений, деформаций
геометрических параметров

Нормативная осадка фундамента – регламентируется проектными данными, на основ-ии инженерных расчетов и геологических изысканий. Максимальная осадка определяется предельным состоянием основания.

Государственные стандарты, нормы и правила СНиП 2.02.01-83 задают параметры и коэффициенты, которые необходимо использовать при расчетах. Не существует готовых решений, которые без требуемой компетенции можно с легкостью применять при самостоятельном проектировании и строительстве. Нормативные и расчетные значения характеристик грунтов определяются в СП 22.13330.2011 для сооружений различных классов и уровня ответственности. Один из трех классов сооружения: КС-1, КС-2, КС-3, устанавливает ГОСТ 27751-2014 .

Виды нагрузок на фундаменты

Нагрузки подразделяют на постоянные и временные. К постоянным нагрузкам относят вес конструкций, давление почвы, давление грунтовых вод. Временные нагрузки бывают длительного воздействия, кратковременного и особого. Длительными временными нагрузками принято считать вес оборудования и материалов внутри здания. К кратковременным нагрузкам относят климатические и сезонные воздействия (снег, дождь, ветер), а также прочие нагрузки, действующие непродолжительное время. Особое воздействие на здание и основание оказывают сейсмическая активность земной коры, геологические взрывы, просадка основания при затоплении, близость здания к объектам инфраструктуры (метро, железная дорога, аэропорт, завод и пр.).

Виды постоянных нагрузок на фундаменты могут быть нормативными и расчетными. Если для нагрузки имеется нормативное значение, то умножая его на коэффициент надежности получают расчетное значение. Коэффициенты надежности по нагрузке для различных предельных состояний и расчетных ситуаций отличаются. Временные нагрузки, зависящие от территориальных климатических условий, допускается определять по расчетному периоду их повторяемости. Значения кратковременных нагрузок устанавливают с учетом допустимого времени нарушения условий нормальной эксплуатации здания. Особые нагрузки устанавливают в соответствующих нормативных документах СНиП II-7-81* СП 14.13330.2014.

Согласно СНиП 2.02.01-83 проектирование фунд-ов и основ-ий без соответствующего инженерно-геологического обоснования не допускается.

Глубина заложения фундаментов

Условия, определяющие глубину заложения фундаментов:

конструктивные особенности и назначение проектируемого сооружения

нагрузки и воздействия на фунд-ты сооружения

глубина прокладки инженерных коммуникаций

рельеф территории и глубина заложения фунд-ов примыкающих строений

инженерно-геологические условия на участке строительства

гидрогеологические условия и прогнозируемые изменения на площадке строительства

глубина сезонного промерзания почвы

Для районов, на которых глубина сезонного промерзания менее 2,5 м нормативное значение определяют по формуле:

Отдельно стоит рассмотреть последний пункт перечисленных условий, а именно глубину сезонного промерзания почвы. Ее нормативную глубину устанавливают по среднему значению максимального ежегодного промерзания в течение 10 лет. Те почвы, для которых данные многолетних наблюдений по промерзанию отсутствуют, определяют на основ-ии теплотехнических расчетов.

Фундамент неглубокого заложения располагают выше уровня примерзания на глубине 0,5-0,7 м. Подходит для пучинистых грунтов и малоэтажного строительства. Для устройства мелко заглубленного фундамента обычно применяют ленточный тип из железобетона. Может быть монолитным, сборным, или сборно-монолитным. Также, для фундамента неглубокого заложения используют столбчатый тип с ростверком или монолитную железобетонную плиту.

При проектировании мелко заглубленных фунд-ов на пучинистых грунтах должен быть предусмотрен ряд мероприятий:

уменьшение влажности почвы

понижение уровня подземных вод

отвод поверхностных вод от здания

устройство дренажных конструкций

Для изготовления мелкозаглубленного фунд-та на сильнопучинистых грунтах следует применять тяжелый бетон класса В15. Марка бетона по морозостойкости и водонепроницаемости должна назначаться в соответствии с требованиями СНиП 2.03.01-84*.

Фундамент глубокого заложения располагают ниже уровня примерзания на глубине 0,7-2 м для ленточных и столбчатых типов, 2-15 и более метров для свайных. Глубоко заглубленные фундаменты способны решать практически любые по сложности задачи. Они сейсмически устойчивые, способны нести повышенные нагрузки, подходят для любых видов грунта. На фунд-ты глубокого заложения опираются многоэтажные конструкции. Благодаря тому, что опорная подошва фунд-ов глубокого заложения расположена ниже уровня промерзания она практически не испытывает вертикальное давление в процессе пучения грунта основания.

Применение фунд-ов глубокого заглубления оправдано в следующих условиях:

здание должно быть опущено на большую глубину

у конструкции здания слишком большой вес

слабые верхние слои и прочные подстилающие

высокое залегание грунтовых вод или большая глубина промерзания

здание передает основанию значительные нагрузки

Для изготовления мелкозаглубленного фундамента на сильнопучинистых грунтах следует применять тяжелый бетон класса В15. Марка бетона по морозостойкости и водонепроницаемости должна назначаться в соответствии с требованиями СНиП 2.03.01-84*.

Специальные фундаменты относятся к типу фунд-ов глубокого заложения. Применяют в особых условиях, в основном при строительстве тяжелых жилых или промышленных зданий. Специальные фунд-ты изготавливают одним из трех основных способов: методом погружения глубоких опор или опускных колодцев, заглублением стен в землю.

Глубокая опора – это готовая бетонная или металлическая свая диаметром от 1-го метра и длинной более 15-ти метров. Принцип устройства фундамента на глубоких опорах аналогичен свайному или столбчатому. Но отличается большим размером и диаметром опор. Погружение сваи в землю происходит постепенно, в процессе забивания ее мощным гидромолотом. Также, глубокие опоры изготавливают по принципу буронабивных свай, с армированием и бетонированием в скважине. При помощи низкочастотного вибропогружателя в скважину или в землю погружают тонкостенную трубчатую оболочку, затем заливают бетоном.

Опускной колодец – это железобетонное изделие в форме кольца или прямоугольника. На плоскости поверхности основ-я изготавливают первый такой элемент без заглубления. Затем начинают выемку грунта в его внутреннем пространстве. Под тяжестью собственного веса элемент фунд-та опускается в землю. После погружения на необходимую глубину, элемент наращивают сверху и продолжают выемку грунта. Этот процесс повторяется многократно, пока не будет достигнута расчетная глубина.

Заглубление стены в грунт – процесс создания железобетонной стены прямо в почве. Для этого по контуру будущего здания вырывается глубокая траншея высотой в несколько этажей. В траншею загружают арматурный каркас и заливают бетон. Далее во внутреннем пространстве производят выемку грунта, подготовку, уплотнение и заливку основания.

Расчет осадки фундамента

Начиная с 80-х годов, расчет ос-ки фунд-та вручную по формулам, заменили расчетом в специализированных программных комплексах – САПР. Такое программное обеспечение позволяет создавать объемно-планировочные архитектурные решения. Проектировать и рассчитывать основания, конструкции, материалы, стоимость строительства, уровень механизации, и многое другое. САПР-платформа (английский аналог CAD) – это компьютерная программа, состоящая из множества связанных программных модулей. Ее широкий инструментарий позволяет решать обширный круг задач: дизайн, конструирование, проектирование, производство, строительство.

САПР или CAD system – система автоматизированного проектирования, представляет собой программный комплекс (ПК). Наиболее популярные программные комплексы: ArchiCAD, AutoCAD, ПК Лира, Компас, nanoCAD. Применение автоматизированных систем проектирования повышает точность расчетов, сокращает трудоемкость процесса вычислений, уменьшает сроки и себестоимость работ. Методы математического моделирования в САПР заменяют полностью или частично необходимость проведения полевых испытаний. Позволяют рассчитать экономическую целесообразность и эффективность для процесса изготовления или строительства конечного изделия. Далее мы предлагаем вам рассмотреть принципы моделирования на примере наиболее популярного программного комплекса Лира.

Рассмотрим определение величины ос-ки ленточного фундамента на примере расчета плоской рамы. Плоская рама – это стержневая металлическая или железобетонная конструкция, состоящая из вертикальных и горизонтальных элементов: колонн и ригелей, соединенных между собой под прямым углом или посредством шарниров. Плоская рама является расчетной схемой конструкции, ее механической моделью, заменяющей при расчетах саму эту конструкцию. Пример использования плоской рамы и расчета совместной работы каркаса с основанием можно посмотреть в видеоролике, ниже.

Расчет осадки ленточного фундамента в ПК Лира:

Программный комплекс Лира появился в 1960-х годах в СССР и разрабатывался для расчета конструкций. На сегодняшний день ПК Лира состоит из нескольких продуктов:

Лира-САПР: проектирование и расчет строительных конструкций различного назначения

Мономах-САПР: проектирование и расчет железобетонных и армокаменных конструкций многоэтажных зданий

ЭСПРИ: электронный справочник инженера, набор справочных и расчетных программ

Сапфир-3D: система архитектурного проектирования, формообразования и расчетов

В ПК «Лира-САПР» расчет основания производится на основе трехмерной модели грунта методом численного моделирования. А его объемная модель создается в системе «ГРУНТ», на основ-ии инженерно-геологических исследований. При статическом расчете конструкции для неоднородного основания используют несколько видов приближения (аппроксимации) конечных элементов: одноузловые, пластичные, объемные. Пользователь программного комплекса может выбирать и применять любой из них к своей модели. Также, в ПК есть возможность выбрать метод расчета осадки основ-я. Сравнительный анализ получаемых данных при различных вариантах моделирования позволяет определять характеристики почвы, выбирать подходящий тип фунд-та, рассчитывать максимальные значения осадки.

Пример определения величины осадки ленточного фундамента содержит большое количество формул, коэффициентов, значений и терминов. А сам процесс расчета может занимать от 5 до 20 и более страниц печатного текста. Углубиться в данный вопрос помогут тематические учебники и методические пособия, которые имеются в большом количестве в сети Интернет. Без знания основ 90% информации об определении ос-ки в любом программном комплексе не доступно для понимания. Расчет величины ос-ки неразрывно связан с общим расчетом основания и всех конструкций: фундамент, колонны, ригеля, перекрытия.

Подробный пример того, как выполняется расчет конструкций дома, сбор нагрузок, определяется ос-ка, смотрите здесь .

Как избежать чрезмерной осадки фундамента?

Расчет ос-ки основывается на понимании принципов механики грунтов, квалифицированном проектировании несущих конструкций, знании стандартов, норм и правил. Эти и другие объективные факторы в совокупности с субъективным опытом в конструировании и проектировании помогут избежать чрезмерной осадки фундамента, появления кренов и просадок во время строительства и эксплуатации здания.

В заключение статьи хочется отметить тот факт, что за последние десятилетия мало что изменилось в сферах гражданского и промышленного проектирования и строительства. Теоретические методы и принципы, разработанные в прошлые эпохи, остаются неизменны. Новые материалы, инструменты и технологии позволяют решать те же задачи в гораздо меньшие сроки, повышать эффективность и точность. А главное, новые технологии повышают уровень безопасности и срок эксплуатации объекта строительства.

Понравилась эта статья? Поделись важной информацией с друзьями в социальных сетях:

Осадка фундамента: особенности оснований и виды нагрузок

При всех предупредительных информационных посылах, о том, что фундамент является не просто несущей конструкцией, а и гарантией устойчивости здания, все равно находятся желающие максимально сэкономить даже на этом элементе. Они забывают о том, что грунт сам по себе неоднороден, достаточно подвижен и очень бурно реагирует на грунтовые воды и подтопления, проявляя свое «нетерпение» явлениями пучинистости.

Расчеты и их последствия. Расчеты и их последствия.

Несколько слов о фундаментах и видах нагрузок

На каждый фундамент расчет обязателен. На каждый фундамент расчет обязателен.

Просматривая информацию о поведении грунта под различными фундаментами, бросается в глаза, что расчетная составляющая не может базироваться только на виде фундамента или только на виде почвы, в расчет берется также общая нагрузка на фундамент и поведение различных почв под воздействием этих нагрузок.

Для наглядности и понятности приведем несколько сравнительных классификаций.

Итак, фундамент может быть:

Несущий. Здесь комментарии излишни, несущий, значит, ответственен за все строение. Ярким примером является ленточный фундамент;
Комбинированный – в данном случае к функции опоры добавлена и сейсмозащита. Как правило, это лента + сваи;
Неглубокого заложения. А именно выше глубины промерзания; такие фундаменты характерны для нетяжелых строений, времянок и отдельно стоящих построек типа бани, гаража и сараев;
Глубокого заложения. Полноценный фундамент, как ленточный, так и сборной из плит, кирпича либо камня, размещении ниже уровня промерзания и может выдерживать нагрузку нескольких уровней или этажей;
Специальные. Плавающие, или качающиеся фундаменты – как правило, экспериментальные в строительстве частных домов не используются.

В зависимости от характеристик слоев почвы и нагрузки на них происходят следующие явления, которые получили название фаз:

Фаза, при которой происходят равнонаправленные упругие деформации, при этом векторы распределения нагрузок и их сила одинаковы;
Комбинированная фаза, при которой начинают происходить местные сдвиги, которые перераспределяют силу воздействия на почву и ее слои;
Фаза сдвигов и начала уплотнения боковых карманов, хотя ее-то можно назвать не началом, а логическим продолжением предыдущего этапа. Просто в данном случае эти карманы заявляют о себе как вполне самостоятельные структуры, способные влиять на расчетные величины;
Этап (или фаза) выпора. На этом этапе грунт под опорами уплотняется настолько, что и сам оказывает выраженное давление на глубжележащие слои. Это фаза образования ядра бокового уплотнения;

А вот вам и ядро. А вот вам и ядро.

И наконец, завершающим этапом в этой градации является преобладание бокового уплотнения. В данном случае создается уплотненная зона в несколько раз превышающая фундамент, которая также оказывает свое воздействие на нижележащий грунт.

Практическое применение

Графический вид полезных расчетов. Графический вид полезных расчетов.

Теория без практики мертва, поэтому любая инструкция будет полезна только в случае применения всего этого на практике. Так вот о ней родимой, о практике – последние две фазы характерны для многоэтажных домов со свайной системой фундамента и комбинированной (сваи + железобетонные блоки).

Поэтому в данном материале практическое применение этого материала не отображается. Остаются первые три фазы, которые могут быть полезны в практическом смысле, так как они позволяют вычислить необходимую площадь закладываемого фундамента.

Итак, эта величина должна быть больше произведения:

Коэффициента надежности равного 1.2 и определенного экспериментальными и расчетными путями;
Расчетной нагрузки в кг. В данном случае учитывается не только вес стен, перекрытий, крыши, но даже прогнозируемого слоя снега на крыше;
Расчетного сопротивления грунта глубиной до 2 метров, которое есть в специальных таблицах.

К сведению!
При проведении расчетных работ обратите внимание на то, что один и тот же материал, имеющий разные плотности и разные степени влажности (сухой, мокрый), имеет и разную величину сопротивления.
Этот показатель будет актуален для районов с высоким уровнем грунтовых вод.

Полученное произведение необходимо разделить на так называемый коэффициент условий работы, который также находится из таблиц и составляет для глины – 1.0 – 1.2;
Для песка – 1.2 – 1.4. Разница в коэффициентах зависит от вида породы.

Еще немного теории

Фото ошибки в расчетах строения фундамента. Фото ошибки в расчетах строения фундамента.

Ошибки в расчетах могут привести к различным аварийным явлениям – осадкам фундамента, которые требуют немедленного реагирования. Но существуют и естественные осадки.

Осадка основания фундамента вполне физическое явление, на которое также производятся поправки, при калькуляции фундаментов жилых зданий. Об этом немного подробнее.

А начнем с разрушительных явлений:

Прогибы и выгибы фундамента. Это явление, которое возникает вследствие неравномерности осадки основания. Неравномерная нагрузка, при котором дуга растяжения в первом случае будет находиться у фундамента (прогиб), во втором случае у кровли (выгиб);
Сдвиг. Это движение фундамента в вертикальной плоскости за счет различных явлений, чаще сейсмического характера;
Крен. Практически вариант Пизанской башни, при этом многоэтажная конструкция отклоняется в сторону всей массой. Характерен для многоэтажных строений. Крен опасен падением и разрушением всего здания;
Перекос – проваливание одной из основ фундамента, в результате чего возникает смещение вниз всей конструкции длинного здания. Яркий пример этого явления осадка свайного фундамента подмытого водой в результате ошибок в проектировании сливов или других причин;
Горизонтальные смещения и закручивание. Достаточно редкие виды деформаций чаще связанные с сейсмическими и геофизическими явлениями.

Причины неравномерных, аварийных осадок следующие:

Основания по своей структуре неоднородны, что не было учтено при постройке дома;

Одно из последствий ошибки. Одно из последствий ошибки.

Переизбыток влаги в почве, это явление опасно не только для родного, но и для насыпного грунта;
Ошибка в расчетах, которая привела к различным нагрузкам на основание. Обычно это происходит при фактическом смещении нагрузок на центр фундамента, вместо равномерного его распределения по всему периметру;
Долгострой и ошибки в технике кладки материала . Это явление может привести к неравномерным нагрузкам на фундамент, когда одна часть дома построена, а другая еще на уровне нескольких слоев;
Явление, которое получило название суффозия. Это перемещение частиц грунта потоками воды: явление характерное для зон затопления и высокого стояния грунтовых вод;
Ошибки в возведении самого фундамента, когда с целью экономии материала в раствор закладывается материал склонный к гниению (дерево, корни, палки и прочее);
Ошибки при рытье котлована, когда выбирается лишний грунт, а расчет делается на крепость песочно-щебневой подушки. К сожалению даже утрамбованная подсыпка не обладает свойствами грунта;
Дополнительное уплотнение грунта, не принятое в расчет. Имеется в виду самостоятельное увеличение этажности, использование дополнительных нагрузок, не предусмотренных проектом (превращение жилых домов в складские помещения и тому подобное);

И сейсмоопасные районы. И сейсмоопасные районы.

Выход и изменение направления движения грунтовых и прочих вод;
Подземные работы в непосредственной близости от фундамента;
Аварийное подтопление в результате аварий на приводящих или отводящих системах водоснабжения или канализации.

И снова практическое применение

Расчет по послойному суммированию. Расчет по послойному суммированию.

Кроме ужасов предыдущего раздела существуют вполне мирные и прогнозируемые осадки фундамента под расчетными аргументами и фактами. Введены даже предельно допустимые осадки фундаментов для их различных видов.

Здания на железобетонных конструкциях могут давать осадку до 8 см;
Строения, использующие стальные сваи для опоры – до 12 см;
Для деревянных и сборно-щитовых строений барачного типа максимальная осадка до 15 см.

Строительная мысль также не стоит на месте и предлагает различные методы определения расчетной осадки строений для различных типов почв. На данный момент времени только официально разрешенных к использованию методик существует около 20.

С целью экономии времени и места в мозгах мы их не приводим. Хочется только сказать, что достаточно часто производится определение осадки фундамента методом послойного суммирования.

Расчет осадки свайного фундамента методом послойного суммирования и ленточного фундамента будут иметь отличия, так памятуя из вышесказанного о разных фазах сдвигов грунта, на сваи придется вводить поправки.

Построения и расчеты требуют навыков. Построения и расчеты требуют навыков.

Совет!
В строительных нормах и правилах вы можете найти пример-расчет осадки фундамента методом послойного суммирования и провести расчеты своими руками.
Но дело в том, что, несмотря на данные расчеты и обилие программ позволяющих это сделать в интернете, эксперты склоняются к мысли, что расчеты необходимо делать специалистам и в привязке к конкретным условиям.
В противном случае цена будет слишком высока.

В заключение

Инженерные расчеты не так просты, как кажутся, даже построение эпюр требует знаний и навыков, поэтому самодеятельность в данном случае не приветствуется, особенно в вопросах проблемных грунтов. Видео в этой статье также предлагает свое видение проблемы.

Читайте также: