Глубину заложения фундаментов выбираем с учетом следующих факторов:

Конструктивных особенностей зданий и сооружений.

Характера напластования, вида и состояния грунтов состояния.

Положение уровня грунтовых вод.

Величины и характера нагрузок, действующих на основание и фундаменты.

Глубины сезонного промерзания и оттаивания.

Глубины заложения фундаментов близко расположенных существенных зданий и сооружений.

Подземная часть несущих конструкций, входящих в нулевой цикл, в процессе строительства состоит из бетонных блоков стен подвалов и железобетонных фундаментных плит. В качестве основания фундаментов принят II слой.

Определяем глубину заложения фундамента из таких параметров:

при выборе глубины заложения фундамента используем анализ инженерно-геологических условий строительной площадки. В связи с тем, что в растительном слое находится много органических веществ, имеет большую сжимаемость, находится слой глубины промерзания, принимать этот слой под основу фундамента невозможно. Этот слой необходимо срезать и устроить фундамент. Если учитывать то что уровень подошвы должны находится минимум на 1м выше УГВ (108,4 м) .

Согласно условий СНиП глубина заложения фундамента должна быть не менее расчетной глубины промерзания грунта. Коэффициент k n = 0,6 для зданий с подвалом и средней температурой воздуха в помещении +10 0 С будет равен 0,6.

Расчетная глубина промерзания:

d = k n * d n = 0.6 * 0,9 = 0,54 м

Высота подушки фундамента 0.3 м.

Фундамент опирается на пески пылеватые плотные.

Вывод: принимаем глубину заложения фундамента – 2,0м

Перед устройством фундамента необходимо будет устраивать работы по укреплению основания и проведению дренажных работ.

4. Определение размеров подошвы фундамента

Основные размеры фундаментов малого заложения в большинстве случаев определяются исходя из расчёта оснований по деформациям. При этом принимают во внимание конструктивные соображения, характер действующих нагрузок, условие работы грунтового основания, а также их прочностные и деформативные характеристики.

В соответствии с нормами проектирования конструкций все нагрузки считаются приложенными в центре тяжести подошвы фундамента. Основным методом расчёта является расчёт по деформациям, т.е. по второй группе предельных состояний. При расчёте деформаций основания с использованием расчётных схем, среднее давление под подошвой фундамента не должно превышать расчётного сопротивления грунта основания .

1 – стена; 2 – фундаментний блок;

3 – основа; 4 – фундаментная подушка;

5 - гидроизоляция; 6 – отмостка;

7 – несущий слой; 8 – подстилающий слой.

Критерии выбора размеров подошвы фундамента базируются на условиях расчета основ о граничным состояниям. Расчет проводят в линейно –деформированной основе, которая используется при выполнении условий:

Для центрально сжатых(т.е. для наших фундаментов) Р ≤ R.

Где Р – среднее давление под подошвой фундамента внешнего напряжения;

R – расчетное сопротивление грунта основания.

Среднее давление под подошвой фундамента находят по формуле:

Где N- результирующая вертикальная сила на обрезе фундамента, кПа;

А- площадь подошвы фундамента,м 2 ;

Расчётное сопротивление грунта:

γ c 1 и γ c 2 – коэффициенты условий работы, учитывающие особенности работы различных грунтов в основании фундаментов;

=1,25 – (т.к.
);

=1,2 (т.к. L/Н<1,5)

k – 1.1 (т.к. физико-механические характеристики грунта приняты по СНиП 2.02.01-83);

=1 (если ширина подошвы менее 20м);

Мγ, Мq, Мс – безразмерные коэффициенты по СНиП в зависимости от .

При =
Мγ=0,69

=25 кПа - удельное сцепление грунта, кПа;

=0,57 ;

d 1 =2,0м (глубина заложения фундамента);

γ / - удельный вес грунта расположенного выше подошвы фундамента.

γ – удельный вес грунта расположенного под подошвой фундамента.

кН/

Примем

R= 371,59

Определим Р:

Под самонесущую стену:

(при
)

< R=371,59

Под наружную несущую стену:

(при
)

< R=371,59

Под внутреннюю стену:

(при
)

< R=371,59

Т.к. все условия выполнены, принимаем ширину подошвы фундамента
, принимаем фундментные подушки марки Фл 12.12.

Оптимальная глубина заложения фундамента будет разной для всех типов грунта. Перед возведением сооружения необходимо точно определить вид грунта и проанализировать его состав.

Выбирая глубину заложения фундамента, нужно принимать во внимание такие факторы, как свойства грунтов, глубина промерзания, глубина залегания грунтовых вод. Об этих и других факторах читайте в этой статье.

Чтобы правильно выбрать глубину заложения фундамента, нужно учесть следующие моменты:

1. Особенности конструкции дома. Количество комнат, этажей, наличие или отсутствие подвала, материалы.
2. Примерная величина нагрузки на фундамент сооружения.
3. Глубина фундамента соседних зданий (если они есть).
4. Степень пучинистости грунта в подошве фундамента.
5. Максимальная глубина промерзания грунта в вашем регионе.
6. Геологические и гидрогеологические особенности местности.

Как определить глубину промерзания грунта

Чтобы определить глубину промерзания грунта в вашем регионе, воспользуйтесь картой (глубина указана в сантиметрах):

Или вот такой таблицей:

Город	Суглинки, глины	Мелкие пески	Средние и крупные пески	Каменистый грунт
Москва	1,35	1,64	1,76	2,00
Владимир	1,44	1,75	1,87	2,12
Тверь	1,37	1,67	1,79	2,03
Калуга, Тула	1,34	1,63	1,75	1,98
Рязань	1,41	1,72	1,84	2,09
Ярославль	1,48	1,80	1,93	2,19
Вологда	1,50	1,82	1,95	2,21
Нижний Новгород, Самара	1,49	1,81	1,94	2,20
Санкт Петербург. Псков	1,16	1,41	1,51	1,71
Новгород	1,22	1,49	1,60	1,82
Ижевск, Казань, Ульяновск	1,70		1,76
Тобольск, Петропавловск	2,10		2,20
Уфа, Оренбург	1,80		1,98
Ростов-на-Дону, Астрахань	0,8		0,88
Пенза	1,40		1,54
Брянск, Орел	1,00		1,10
Екатеринбург	1,80		1,98
Липецк	1,20		1,32
Новосибирск	2,20		2,42
Омск	2,00		2,20
Сургут	2,40		2,64
Тюмень	1,80		1,98

Также имеется формула, по которой можно рассчитать глубину промерзания грунта для конкретной местности:

где d1 – значение нормативной глубины промерзания грунта, M – сумма абсолютных отрицательных значений среднемесячных температур, а d0 – величина, характерная для каждого типа грунта.

d0 берется из этой таблицы:

Пользуясь формулой, рассчитываем глубину промерзания грунта. К примеру, для глинистого грунта расчеты будут выглядеть так: d1=0.23*√14.7=0.88 м.

Как вид грунта влияет на глубины заложения фундамента

Прежде чем закладывать фундамент, необходимо в точности определить вид и состав грунта, а также глубину залегания грунтовых вод и наличие остатков растительности. Растительный слой грунта нежелательно использовать в качестве подошвы фундамента, так как почва будет проседать неравномерно. Идеальным вариантом будет извлечь почву с остатками растений и заменить её гравием или крупным песком. В таком грунте глубина фундамента должна составлять примерно 50 см, или чуть более.

Глубина заложения фундамента в зависимости от глубины промерзания грунта.

Если грунт насыщен водой, его несущая способность снижается, а при промерзании образовываются вспучивания. Это приводит к деформации фундамента и трещинам несущих стен.

Лёссовидные суглинки при минимальной влажности имеют хорошую несущую способность, однако при попадании влаги быстро оседают даже под собственным весом.

В этой таблице содержится информация об оптимальной глубине заложения фундамента в зависимости от уровня грунтовых вод и типа почвы:

Вид грунта	Расстояние от поверхности планировки до уровня грунтовых вод в период промерзания грунта	Глубина заложения фундаментов от поверхности планировки
Скальные и крупнообломочные грунты, а также пески гравелистые, крупные и средней крупности		Не зависит от глубины промерзания грунта
Пески мелкие и пылеватые, а также супеси с природной влажностью, не превышающей влажности на границе раскатывания
Пески мелкие и пылеватые и супеси независимо от влажности	Менее расчетной глубины промерзания или превышает ее менее чем на 2м
Супеси, природная влажность которых превышает влажность на границе раскатывания	Независимо от глубины залегания грунтовых вод	Не менее расчетной глубины промерзания
Суглинки и глины, природная влажность которых превышает влажность на границе раскатывания не более чем на 50 % числа пластичности	Превышает расчетную глубину промерзания на 2 м и более	Не зависит от глубины промерзания
Суглинки и глины, природная влажность которых превышает влажность на границе раскатывания более чем на 50% и менее чем на 75% числа пластичности	Превышает расчетную глубину промерзания на 2 м и более	Назначается менее расчетной глубины промерзания при защите основания от увлажнения поверхностными водами
Суглинки и глины, природная влажность которых превышает влажность на границе раскатывания более чем на 75% числа пластичности	Независимо от глубины залегания грунтовых вод	Не менее расчетной глубины промерзания
Суглинк и глины независимо от влажности	Менее расчетной глубины промерзания или превышает ее менее чем и 2м	Не менее расчетной глубины промерзания

Для помещений, которые не будут отапливаться, глубина промерзания берётся на 10% больше чем среднее значение, а для помещений с отоплением нужно брать на 25 % меньше. Если фундамент закладывается под внутренние стены отапливаемого помещения, то глубину промерзания можно не учитывать.

Как конструкция дома влияет на глубину заложения фундамента?

На глубину фундамента влияют такие конструктивные особенности строения, как:

• наличие подвала;
• глубина фундамента соседних зданий (если они есть);
• подземные коммуникации и их глубина.

Если планируется подвал или приямки, то глубина фундамента должна быть минимум на 40 см ниже пола в этих помещениях.

Все участки фундамента желательно закладывать на одном уровне. Если такой возможности нет, то все переходы от одного уровня к другому рекомендуется делать в виде ступеней. Высота каждой ступени должна быть равна высоте фундаментного блока.

Если дом строится впритык к готовому сооружению, то фундамент необходимо закладывать на одном уровне с фундаментом этого здания.

Если под зданием проходят какие-либо коммуникации, то подошву нужно закладывать ниже их ввода. Это убережёт трубы от давления фундамента, а сама подошва не будет стоять на сыпучих грунтах, которые использовали для подушки коммуникаций.

Как уменьшить воздействие пучинистых грунтов на поверхность фундамента

Если закладывать фундамент на глубину ниже промерзания грунта, это исключит давление мёрзлого грунта на подошву. Но пучение, тем не менее, будет негативно влиять на поверхность фундамента. Это влияние можно свести к минимуму, выполним следующие работы:

1. Устройство дренажа по периметру фундамента.
2. Сужение фундамента кверху, придание ему формы трапеции.
3. Заполнение пазух фундамента непучинистым грунтом.
4. Изготовление защитного слоя на боковых поверхностях фундамента с использованием материала, который имеет небольшой коэффициент трения.

Распространенные ошибки

1. Пренебрежение остатками растительности . Растительный слой нужно обязательно удалить. Убрать 15 см будет достаточно.
2. Возведение строения на чернозёме . Структура чернозема не подходит для возведения на ней фундамента. Мягкий слой необходимо также убирать.
3. Возведение фундамента без армирования. Армирование поможет дольше сохранить в целости как фундамент, так и само строение. Выполняйте армирование как можно ближе к верху и низу фундамента.

Новичкам в строительстве не всегда удается точно определить оптимальную глубину для фундамента, поэтому если какой-нибудь фактор вызывает сомнения, лучше проконсультироваться со специалистом, чтобы избежать проблем на последующих этапах строительства.

d fn

При использовании результатов наблюдений за фактической глубиной промерзания следует учитывать, что она должна определяться по температуре, характеризующей согласно ГОСТ 25100 переход пластичномерзлого грунт

5.5.2. Нормативную глубину сезонного промерзания грунта d fn , м, принимают равной средней из ежегодных максимальных глубин сезонного промерзания грунтов (по данным наблюдений за период не менее 10 лет) на открытой, оголенной от снега горизонтальной площадке при уровне подземных вод, расположенном ниже глубины сезонного промерзания грунтов.

При использовании результатов наблюдений за фактической глубиной промерзания следует учитывать, что она должна определяться по температуре, характеризующей согласно ГОСТ 25100 переход пластичномерзлого грунта в твердомерзлый грунт.

5.5.3. Нормативную глубину сезонного промерзания грунта d fn , м, при отсутствии данных многолетних наблюдений следует определять на основе теплотехнических расчетов. Для районов, где глубина промерзания не превышает 2,5 м, ее нормативное значение допускается определять по формуле

где М t - безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за год в данном районе, принимаемых по СНиП 23-01, а при отсутствии в нем данных для конкретного пункта или района строительства - по результатам наблюдений гидрометеорологической станции, находящейся в аналогичных условиях с районом строительства;

d 0 - величина, принимаемая равной для суглинков и глин 0,23 м; супесей, песков мелких и пылеватых - 0,28 м; песков гравелистых, крупных и средней крупности - 0,30 м; крупнообломочных грунтов - 0,34 м.

Значение d 0 для грунтов неоднородного сложения определяют как средневзвешенное в пределах глубины промерзания.

Нормативная глубина промерзания грунта в районах, где d fn > 2,5 м, а также в горных районах (где резко изменяются рельеф местности, инженерно-геологические и климатические условия), должна определяться теплотехническим расчетом в соответствии с требованиями СП 25.13330

Онлайн расчет глубины заложения фундамента

Минимальную глубину заложения фундаментов во всех грунтах, кроме скальных, рекомендуется принимать не менее 0,5 м , считая от поверхности наружной планировки. (РУКОВОДСТВО ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ОСНОВАНИЙ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ, МОСКВА 1978).

Расчетная глубина промерзания

5.5.4. Расчетную глубину сезонного промерзания грунта d f , м, определяют по формуле

d f = k h d fn , (5.4)

где d fn - нормативная глубина промерзания, м, определяемая по 5.5.2 - 5.5.3;

k h - коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения, принимаемый для наружных фундаментов отапливаемых сооружений - по таблице 5.2; для наружных и внутренних фундаментов неотапливаемых сооружений k h = 1,1, кроме районов с отрицательной среднегодовой температурой.

Таблица 5.2

Особенности сооружения	Коэффициент k h при расчетной среднесуточной температуре воздуха в помещении, примыкающем к наружным фундаментам, °C
					20 и более
Без подвала с полами, устраиваемыми:
по грунту
на лагах по грунту
по утепленному цокольному перекрытию
С подвалом или техническим подпольем
Примечания 1. Приведенные в таблице значения коэффициента k h относятся к фундаментам, у которых расстояние от внешней грани стены до края фундамента a f < 0,5 м; если a f >=1,5 м, значения коэффициента k h повышают на 0,1, но не более чем до значения k h = 1; при промежуточном значении a f значения коэффициента k h определяют интерполяцией. 2. К помещениям, примыкающим к наружным фундаментам, относятся подвалы и технические подполья, а при их отсутствии - помещения первого этажа. 3. При промежуточных значениях температуры воздуха коэффициент k h принимают с округлением до ближайшего меньшего значения, указанного в таблице.

Примечания

1. В районах с отрицательной среднегодовой температурой расчетная глубина промерзания грунта для неотапливаемых сооружений должна определяться теплотехническим расчетом в соответствии с требованиями СП 25.13330. Расчетная глубина промерзания должна определяться теплотехническим расчетом и в случае применения постоянной теплозащиты основания, а также, если тепловой режим проектируемого сооружения может существенно влиять на температуру грунтов (холодильники, котельные и т.п.).
2. Для зданий с нерегулярным отоплением при определении k h за расчетную температуру воздуха принимают ее среднесуточное значение с учетом длительности отапливаемого и неотапливаемого периодов в течение суток.

Глубина заложения фундаментов

5.5.5. Глубина заложения фундаментов отапливаемых сооружений по условиям недопущения морозного пучения грунтов основания должна назначаться:

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 они не имеют пучинистых свойств;

специальными исследованиями и расчетами установлено, что деформации грунтов основания при их промерзании и оттаивании не нарушают эксплуатационную надежность сооружения;

предусмотрены специальные теплотехнические мероприятия, исключающие промерзание грунтов.

Таблица 5.3

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	Не зависит от d f
Пески мелкие и пылеватые	Не менее d f
Супеси с показателем текучести I L < 0
То же, при I L >= 0		Не менее d f
Суглинки, глины, а также крупнообломочные грунты с глинистым заполнителем при показателе текучести грунта или заполнителя I L >= 0,25
То же, при I L < 0,25		Не менее 0,5 d f
Примечания 1. В случаях, когда глубина заложения фундаментов не зависит от расчетной глубины промерзания d f , соответствующие грунты, указанные в настоящей таблице, должны залегать до глубины не менее нормативной глубины промерзания d fn . 2. Положение уровня подземных вод должно приниматься с учетом положений подраздела 5.4.

5.5.6. Глубину заложения наружных и внутренних фундаментов отапливаемых сооружений с холодными подвалами и техническими подпольями (имеющими отрицательную температуру в зимний период) следует принимать по таблице 5.3, считая от пола подвала или технического подполья.

При наличии в холодном подвале (техническом подполье) отапливаемого сооружения отрицательной среднезимней температуры глубину заложения внутренних фундаментов принимают по таблице 5.3 в зависимости от расчетной глубины промерзания грунта, определяемой по формуле 5.4 при коэффициенте kh = 1. При этом нормативную глубину промерзания, считая от пола подвала, определяют расчетом по 5.5.3 с учетом среднезимней температуры воздуха в подвале.

Глубину заложения наружных фундаментов отапливаемых сооружений с холодным подвалом (техническим подпольем) принимают наибольшей из значений глубины заложения внутренних фундаментов и расчетной глубины промерзания грунта с коэффициентом kh = 1, считая от уровня планировки.

5.5.7. Глубина заложения наружных и внутренних фундаментов неотапливаемых сооружений должна назначаться по таблице 5.3, при этом глубина исчисляется: при отсутствии подвала или технического подполья - от уровня планировки, а при их наличии - от пола подвала или технического подполья.

5.5.8. В проекте оснований и фундаментов должны предусматриваться мероприятия, не допускающие увлажнения грунтов основания, а также промораживания их в период строительства.

5.5.9. При проектировании сооружений уровень подземных вод должен приниматься с учетом его прогнозирования на период эксплуатации сооружения по подразделу 5.4 и влияния на него водопонижающих мероприятий, если они предусмотрены проектом (см. раздел 11).

Пример 2.4. Определить глубину заложения фундамента для отапливаемого здания без подвала, с полами, устраиваемыми на ла­гах по грунту. Район строительства - г. Куйбышев. Среднесуточная температура в помещениях внутри здания 20 °С. Ширина фундамен­та 1,4 м, толщина стены 51 см. Грунт основания - супесь с показателем текучести I L =0,34. Уровень грунтовых вод находится на глубине 5 м от поверхности земли.

Решение. По карте, показанной на рис. III.1 (прил. III) опреде­ляем нормативную глубину промерзания d fn =1,6 м. На карте при­ведены значения нормативной глубины промерзания для глин и су­глинков, для супесей, пылеватых и мелких несков их увеличивают в 1,2 раза. Поэтому для супеси увеличиваем глубину промерзания в 1,2 раза, получаем d fn = 1,2х1,6= 1,92 и.

Определяем вылет наружного ребра фундамента от внешней гра­ни стены: а f =(1,4-0,51)/2 = 0,445<0,5 м. По табл. III.1 для зда­ния с полами на лагах по грунту и а f <0,5 м находим значение ко­эффициента влияния теплового режима здания k h =0,6. По формуле (2.1) определяем расчетную глубину промерзания грунта: d f = 0,6x1,92= 1,152 м.

Так как глубина заложения подошвы фундамента должна на­значаться не менее расчетной глубины промерзания, округляя в большую сторону, окончательно назначаем глубину заложения фун­дамента d f =1,2 м. Найдем величину d f + 2 м= 1,2 + 2 = 3,2 м.

Для рассматриваемого случая d w =5 м > d f +2 м =3,2 м. По табл. III.2 для супесей с показателем текучести I L 0 и d w > d f +2 м глубина заложения подошвы фундамента должна назначаться не ме­нее расчетной глубины промерзания. Следовательно, окончательно принимаем глубину заложения фундамента d f = 1,2 м.

Пример 2.5. Определить глубину заложения фундамента под внешнюю колонну многоэтажного промышленного здания, возводи­мого в районе г. Кургана. Полы первого этажа здания устраивают по утепленному цокольному перекрытию. Здание не имеет подвала. Температура воздуха в здании 20°С. Сечение колонны первого эта­жа 0,4X0,4 м, размер башмака под колонну 0,78X0,78 м. Размер фундамента 2,2x2,2 м. Грунт основания - суглинок с показателем текучести I L = 0,2. Уровень грунтовых вод находится на глубине 5,5 м.

Решение. По карте на рис. II 1.1 определяем нормативную глу­бину промерзания d fn =2 м.

Находим вылет наружного ребра подошвы фундамента a f = (2,2-0,78) 12 = 0,71 м > 0,5 м. Для здания без подвала с полами по утепленному цокольному перекрытию в соответствии с табл. III.1 при вылете наружного ребра a f <0,5 м значение коэффициента влия­ния теплового режима составляет k h = 0,7, при вылете наружного ребра фундамента a f =1,5 м значение k h необходимо повысить на 0,1, т. е. при a f =1,5 м k h = 0,8. В рассматриваемом случае a f = 0,71 м, поэтому значение k h найдем с помощью линейной интер­поляции k h =0.721.

Определим расчетную глубину промерзания по формуле (2.1) d f = 0.721x2=1,442 м. Округляя в большую сторону, получим d f = 1,5 м.

Найдем величну d f +2 м = 1,5 + 2=3,5 м. В нашем случае d w = 5,5 м < d f +2 = 3,5 м. Согласно табл. 1П.2 для суглинка с пока­зателем текучести I L <0,25 при d w > d f + 2 глубина заложения фун­дамента должна назначаться не менее 0,5 d f . Следовательно, окон­чательно назначаем глубину заложения подошвы фундамента d f = 0,5 d f = 0,5x1,5 = 0,75 м.

Пример 2.6. Определить глубину заложения фундаментов под наружные стены здания, показанного на рис. 2.11. Температура воздуха в помещениях здания 20°С. Ориентировочная ширина фундамента под внешнюю не­сущую стену 1,4 м. Здание воз­водится в Горьковской обл. Грунтовые условия приведены в примере 2.1.

Решение. По карте (см. рис. 111.1) d fn =1,6 м. Опреде­лим вылет внешней грани подошвы фундамента a f = (1,4-0,6)/2=6,4 м < 0,5. Найдем по табл. III.1 значения коэффициентов влияния теплового режима: для сек­ций здания с подвалом k h = 0,4, для бесподвальной части k h = 0,7. Определим расчетную глубину промерзания по формуле (2.1): для части здания с подвалом d f 1 = =0,4x1,6=0,64 м; для бесподвальной ча­сти d f 2 =0,7x1,6= 1,12 м. Округляя в большую сторону, получим d f 1 = 0,7 и d f 2 =1,2 м.

Найдем величины d f 1 +2 м = 0,7+2=2,7 м и d f 2 + 2=1,2+2 = =3,2 м. В первом и во втором случаях уровень грунтовых вод на­ходится на глубине 5,9 м (как следует из рис. 2.9), т. е. для рассмат­риваемого случая d w < d f +2. Из анализа грунтовых условий строи­тельной площадки (см. пример 2.1) известно, что грунт первого слоя - песок пылеватый, поэтому на основании табл. III.2 при

Рис. 2.12. К примеру 2.3

d w >d f + 2 глубина заложения подошвы фундамента не зависит от рас­четной глубины промерзания и будет определяться только конструк­тивными соображениями.

В бесподвальной части здания глубину заложения подошвы фундамента назначим равной d f = 0,3 + 0,58 + 0,02=0,9 м (что боль­ше 0,5 м, как требуется в п. 2 примечаний к табл. 111.2), здесь 0,3 м - высота фундаментной плиты марки Ф14; 0,58 м - высота фунда­ментного стенового блока марки ФС6 и 0,02 м - высота двух швов цементного раствора.

В подвальной части здания глубина заложения фундамента оп­ределяется из конструктивных соображений в соответствии с глуби­ной заложения пола в подвале (рис. 2.12). Как следует из этого ри­сунка, глубина заложения подошвы фундамента от спланированной отметки земли d = 0,3 + 0,1 +0,1 + (5,6-3,85) =2,25 м, здесь 0,3 м - высота фундаментного блока марки Ф14; 0,1 м - высота cлoя грун­та между полом здания и подушкой фундамента; 0,1 м - высота конструкции пола в подвале; (5,6-3,85)-разность отметок пола и планировки. Стену подвала примем из трех стеновых блоков марки ФС6 и одного пониженного блока марки ФСН6 общей высотой h = 0,3 + 3x0.58 + 0,28 + 0 04 = 2,36 м.

2.3. Определение размеров подошвы, расчет по деформациям

Форма подошвы фундамента во многом определяется конфигурацией в плане возводимой надземной конструкции и может быть:

Круглой, кольцевой, многоугольной (под дымовые трубы, водона­порные и силосные башни),

Квадратной, прямоугольной, ленточной (под колонны, столбы, сте­ны),

Тавровой, крестообразной (под стены с пилястрами, отдельные опо­ры),

Более сложного очертания в стесненных условиях.

В сборных фундаментах их форму определяют размеры и форма со­ставных элементов и блоков.

При расчетах фундаментов мелкого заложения по второму предель­ному состоянию (по деформациям) площадь подошвы предварительно может быть определена из условия

р II

где р II - среднее давление по подошве фундамента от основного сочетания расчетных нагрузок при расчете по деформациям; R - расчетное сопротивле­ние грунта основания.

В настоящее время в соответствии со СНиП 2.02.01-83 расчетное со­противление фунтов основания определяется по формуле

R=у с, у с2 /к[М k z b II ,+ М q d 1 II " +(М q -1) d b II " + М c с II ]. (2.3)

где у с 1 , у с2 - коэффициенты условий работы, принимаемые по табл. 2.4; k -коэффициент надежности, принимаемый равным 1, если прочностные харак­теристики фунта II и с II определялись непосредственными испытаниями, и равным 1,1, если они приняты по справочным таблицам; М , М q , М с - коэф­фициенты, зависящие от расчетного угла внутреннего трения несущего слоя грунта, принимаемые по табл. 2.3; k z - коэффициент, принимаемый равным 1 при ширине подошвы фундамента b<10 м, при b 10 м k z = z o / b + 0,2 (здесь z o = 8 м); b - ширина подошвы фундамента, м; II - осредненный расчетный удельный вес фунтов, залегающих ниже подошвы фундамента, кН/м" (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия во­ды); II " - то же, залегающих выше подошвы фундамента; d 1 - приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала,

d 1 =h s +h cff cf / II ".

здесь h s - толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны под­вала, м; h cf - толщина пола подвала, м; cf - расчетный удельный вес материа­ла пола подвала, кН/м 3 ; d b - глубина подвала, равная расстоянию от уровня планировки до пола подвала, м (для сооружений с подвалом шириной В<20 м и глубиной более 2 м принимается d b =2 м» при ширине подвала В>20 м при­нимается d b =0); с II = расчетное удельное сцепление несущего слоя грунта, кПа.

Выполнение условия (2.2) осложняется тем, что обе части неравенства

Таблица 2.3

Значения коэффициентов М у, М„, М а

II , град.	М	М q	М c	II , град.	М	М q	М c
		1,00	3,14		0,72	3,87	6,45
	0.03	1,12	3,32		0.84	4,37	6,90
	0,06	1,25	3,51		0,98	4,93	7,40
	0,10	1,39	3,71		1,15	5,59	7,95
	0,14	1,55	3,93		1.34	6,34	8.55
	0.18	1,73	4,17		1,55	7,22	9,22
	0,23	1,94	4,42		1,81	8,24	9,97 1
	0,29	2,17	4,69		2,11	9,44	10.80
	0,36	2,43	4,99		2.46	10,85	11.73
	0.43	2,73	5,31		2,88	12,51	12.79
	0.51	3,06	5,66		3.38	14.50	13.98
	0.61	3,44	6,04		3,66	15.64	14.64

Таблица 2.4

Коэффициенты условий работы

Грунты	С 1	С 2 для зданий с жесткой конструктивной схемой при отношении длинны сооружений (отсека) к его высоте L/Н, равном
4 и более	1.5 и менее
Крупнообломочные с песчаным заполнителем	1.4	1,2	1.4
и песчаные, кроме мелких и пылеватых
Пески мелкие	1.3	1,1	1.3
Пески пылеватые:
- маловлажные и влажные	1.25	1,0	1,2
- насыщенные водой	1.1	1,0	1.2
- пылевато-глинистые, а также крупнообломочные
с пылевато-глинистым заполнителем
с показателем текучести грунта или заполнителя:
I L < 0.25	1.25	1.0	1,1
0,25 < I L < 0,5	1.2	1,0	1,1
I L > 0,5	1.1	1,0	1,0

Примечания: 1. К сооружениям с жесткой конструктивной схемой относятся сооруже­ния, конструкции которых специально приспособлены к восприятию усилий от де­формаций основания. 2. Для зданий с гибкой конструктивной схемой С 2 =1.3. При промежуточных значениях L/Н коэффициент определяется по интерполяции.

Центрально нагруженный фундамент. Центрально нагруженным считают фундамент, у которого равнодействующая внешних нагрузок прохо­дит через центр площади его подошвы. Реактивное давление грунта по по­дошве жесткого центрально нагруженного фундамента принимается равно­мерно распределенной интенсивности

р II =(N 0 II +G fII +G gII)/А, (2.4)

где N 0 II - расчетная вертикальная нагрузка на уровне обреза фундамента;

G fII и G gII - расчетные значения веса фундамента и грунта на его уступах (рис. 2.5); А - площадь подошвы фундамента.

В предварительных расчетах вес грунта и фундамента в объеме парал­лелепипеда АВСD, в основании которого лежит неизвестная площадь по­дошвы А, определяется приближенно из выражения

G fII + G gII = m Ad,

где m - среднее значение удельного веса фундамента и грунта на его уступах, прини­маемое обычно равным 20 кН/м 3 ; d - глубина заложения фундамента, м.

Рис. 2.5. Расчетная схема к расчету центрально нагруженного фундамента

Приняв р II = R и учтя равенство (2.3), из

уравнения (2.4) получим формулу для опреде­ления необходимой площади подошвы фунда­мента:

А= N 0 II /(R- m d).

Рассчитав площадь подошвы фундамента, находят его ширину b, Ши­рину ленточного фундамента, для которого нагрузки определяют на 1 м дли­ны, находят как b = А/l. У фундаментов с прямоугольной подошвой задаются отношением сторон п= l/b, тогда ширина подошвы b= , для фундамен­тов с круглой подошвой D = 2 .

Поскольку значение R в формуле (2.3) также неизвестно, искомую ве­личину b находят из совместного решения уравнений (2.3) и (2.4) аналитиче­ским или графическим методом.

После вычисления значения b принимают размеры фундамента с уче­том модульности и унификации конструкций и проверяют давление по его подошве по формуле (2.4). Найденная величина должна не только удовлетво­рять условию (2.2), но и быть по возможности близкой к значению расчетно­го сопротивления грунта К. Наиболее экономичное решение будет в случае их равенства.

Внецентренно нагруженный фундамент. Внецентренно нагруженным считают фундамент, у которого равнодействующая внешних нагрузок не проходит через центр тяжести площади его подошвы. Такое нагружение фундамента является следствием передачи на него момента или горизонталь­ной составляющей нагрузки либо результатом одностороннего давления грунта на его боковую поверхность, как, например, у фундамента под наруж­ную стену заглубленного помещения.

При расчете давление по подошве внецентренно нагруженного фун­дамента принимают изменяющимся по линейному закону, а его краевые зна­чения при действии момента сил относительно одной из главных осей опре­деляют по формуле

=(N II /А) (1 6е/b), (2.5)

где N II - суммарная вертикальная нагрузка на основание, включая вес фунда­мента и грунта на его уступах; А - площадь подошвы фундамента; е - эксцентриситет равнодействующей относительно центра тя­жести подошвы; b- размер подошвы фунда­мента в плоскости действия момента.

Эпюра давления грунта, рассчитанная по формуле (2.5), может быть однозначной и двузначной, как это показано на рис. 2.6. Как правило, размеры подошвы фундамента ста­раются подобрать таким образом, чтобы эпю­ра была однозначной, т.е. чтобы не было отрыва подошвы фундамента от основания. В противном случае в зазор между подошвой и грунтом может проникнуть вода, что нежела­тельно, поскольку это может привести к ухудшению свойств грунтов основания. Ис­ключение допускается для фундаментов в стесненных условиях, когда отсутствует возможность развить их в нужном направлении, и для фундаментов, нагруженных знакопеременными момен­тами, когда нельзя подобрать размеры и форму подошвы, по которой дейст­вовали бы только сжимающие напряжения. Поскольку при внецентренном нагружении относительно одной из центральных осей максимальное давле­ние на основание действует только под краем фундамента, то при подборе размеров подошвы фундамента его допускается принимать на 20 % больше расчетного сопротивления грунта, т.е.

Р max 1,2R. (2.6)

Одновременно среднее давление по подошве фундамента, определяе­мое р II =N II /A, должно удовлетворять условию (2.2).

Рис. 2.6. Схема к расчету внецентренно нагруженного фундамента

На практике задачу подбора размеров подошвы внецентренно на­груженного фундамента решают следующим образом. Сначала принимают, что действующая нагрузка приложена центрально, подбирают соответст­вующие размеры подошвы из условия (2.2), а затем уточняют их расчетом на внецентренную нагрузку, соблюдая изложенные выше требования и добива­ясь удовлетворения условия (2.6). При этом иногда смещают подошву фун­дамента в сторону эксцентриситета так, чтобы точка приложения равнодей­ствующей всех сил совпадала с центром тяжести подошвы фундамента.

Проверка давления на подстилающий слои слабого грунта. При нали­чии в пределах сжимаемой толщи основания слабых грунтов или грунтов с расчетным сопротивлением меньшим, чем давление на несущий слой, необ­ходимо проверить давление на них, чтобы уточнить возможность примене­ния при расчете основания теории линейной деформируемости грунтов. По­следнее требует, чтобы полное давление на кровлю подстилающего слоя не превышало его расчетного сопротивления, т.е.

Гр + zg < R z , (2.7)

где гр и zg - вертикальные напряжения в грунте на глубине z от подошвы фундамента (соответственно дополнительное от нагрузки на фундамент и от собственного веса грунта); R z - расчетное сопротивление грунта на глубине кровли слабого слоя.

Величину R z определяют по формуле (2.3) как для условного фунда­мента шириной b и глубиной заложения d z . Коэффициенты условий работы c 1 и c 2 надежности k, а также коэффициенты М М d и М с находят примени­тельно к слою слабого грунта.

Ширину условного фундамента b z назначают с учетом рассеивания напряжений в пределах слоя толщиной z. Если принять, что давление zp , дей­ствует по подошве условного фундамента АВ, то площадь его подошвы должна составлять

A z = N 0 II / zp ,

Зная А z найдем ширину условного прямоугольного фундамента по формуле

где а= (l-b)/2 (l и b - длина и ширина подошвы проектируемого фундамента). Для ленточных фундаментов b z = А z /l.

Если условие (2.7) при этом не удовлетворяется, то необходимо при­нять большие размеры подошвы, при которых оно будет удовлетворяться.

Как уже говорилось, размеры подошвы фундамента по приведенным выше методикам являются предварительными, окончательные размеры могут быть назначены после расчета оснований фундаментов по деформациям.

Целью расчетов оснований по деформациям является ограничение аб­солютных или относительных перемещений фундаментов и надфундаментных конструкций такими пределами, при которых гарантируется нормальная эксплуатация сооружения и не снижается его долговечность вследствие по­явления недопустимых осадок, подъемов, кренов, изменения проектных уровней и положений конструкций, расстройства их соединений и т.п. При этом имеется в виду, что прочность и трещиностойкость фундаментов и надфундаментных конструкций проверены расчетом, учитывающим усилия, ко­торые возникают при взаимодействии сооружения и основания.

Расчеты оснований по деформациям производят исходя из условия

где S - совместная деформация основания и сооружения, различные формы которой были показаны ранее, S u - предельное значение совместной дефор­мации основания и сооружения, устанавливаемое нормами или заданием на проектирование.

Деформации оснований могут вызываться различными причинами и подразделяются на следующие виды.

Осадки - деформации, происходящие в результате уплотнения грунтов основания под воздействием внешних нагрузок, включая действующие вбли­зи сооружения, и собственного веса грунтов основания. Осадки развиваются без коренного изменения структуры грунтов.

Просадки - деформации, происходящие в результате уплотнения и ко­ренного изменения структуры грунтов основания под воздействием как внешних нагрузок и собственного веса грунтов, так и проявления дополни­тельных факторов (замачивания посадочных грунтов, оттаивания ледовых прослоек в мерзлых грунтах и т. п.).

Подъем или усадка поверхности основания - деформации, связанные с изменением объема некоторых видов грунтов при физических и химических воздействиях (морозное пучение при промерзании, набухание при увеличе­нии влажности и т. д., усадка при уменьшении влажности грунтов и т.п.).

Оседание - деформации земной поверхности, вызываемые подземны­ми работами (разработка полезных ископаемых, некачественное возведение подземных сооружений и т.п.), а также резким изменением гидрогеологиче­ских условий территории (понижение уровня подземных вод, карстово-суффозионные процессы и т. п.).

Горизонтальные перемещения - деформации, вызываемые действием горизонтальных нагрузок и составляющих общей нагрузки (подпорные стен­ки, фундаменты распорных систем и т. п.), а также связанные с большими вертикальными перемещениями поверхности при оседаниях, просадках и т.п.

Из-за неоднородности грунтов в пределах пятна застройки и различ­ных нагрузок на отдельные фундаменты сооружения обычно возникают не­равномерные деформации основания, вызывающие также неравномерные деформации в конструкциях сооружения. На рис. 2.7 представлены характер­ные формы совместных деформаций сооружения и основания.

Абсолютная осадка основания отдельного фундамента S определяется как среднее вертикальное перемещение подошвы фундамента. Зная величи­ны S для различных фундаментов, можно оценить неравномерность дефор­мации основания и конструкции сооружения.

Средняя осадка основания сооружения S= S i A i / A i ,

где S i - абсолютная осадка i-го фундамента с площадью подошвы А i .

При известных значениях S i и S можно оценить необходимость и на­метить мероприятия по уменьшению осадок основания или приспособлению конструкций фундамента к неравномерным осадкам.

Относительная неравномерность осадок двух фундаментов S/L, где S = S i ,+S i +1 - разность абсолютных осадок, соседних фундаментов, L - рас­стояние между осями этих фундаментов, которое является важнейшей харак­теристикой для оценки дополнительных усилий, возникающих в конструкци­ях при неравномерной деформации оснований.

Крен фундамента (сооружения) i определяется как отношение разно­сти осадок крайних точек подошвы фундамента к расстоянию между ними. Кроме учета дополнительных усилий в конструкциях при возникновении крена отдельных фундаментов, знание этой величины важно для оценки воз­можного нарушения технологического процесса в проектируемом сооруже­нии (рис. 2.7, а).

Относительный прогиб или выгиб сооружения (рис. 2.7, б) - это отно­шение стрелы прогиба или выгиба к длине однозначно изгибаемого участка сооружения. Зная относительный прогиб (выгиб) сооружения или отдельных его участков, можно определить кривизну изгибаемого участка - величину, обратную радиусу искривления. Этот показатель используется при разработ­ке типовых проектов зданий и сооружений и позволяет устанавливать для них значения предельных деформаций оснований по условиям прочности и трещиностойкости конструкций.

Относительный угол закручивания сооружения характеризует про­странственную работу сооружения и позволяет установить дополнительные усилия не только в несущих конструкциях, но и в перекрытиях. Закручивание сооружения возникает при неравномерных осадках по его торцам, имеющих разное направление (рис. 2.7, г).

Горизонтальное перемещение фундамента или сооружения в целом определяется в соответствии со схемой рис. 2.7, д при действии горизонталь­ных составляющих нагрузок. Часто массивные сооружения при этом испы­тывают и деформации крена.

Характерные формы совместной деформации основания и сооружения (в соответствии с показанными на рис. 2.7) легко могут быть определены при известных значениях абсолютных осадок фундаментов. В свою очередь, ве­личины абсолютных осадок фундаментов устанавливаются расчетом с ис­пользованием нескольких методов. Таким образом, левая часть выражения (2.8) всегда может быть определена. При этом необходимо иметь в виду, что максимальное значение абсолютной осадки фундамента всегда будет соот­ветствовать стабилизированному состоянию основания. Однако в определен­ных инженерно-геологических условиях максимальная неравномерность оса­док фундаментов может возникнуть не только после завершения процесса консолидации основания, но и в период развития осадок. Поэтому в необходимых случаях расчеты следует производить с уче­том длительности процесса и прогноза времени консолидации основания.

Рис. 2.7. Характерные формы совместных деформаций сооружения и основания: а - рас­четная схема; б - схема неравномерных осадок фундаментов; в - схема крена жесткого со­оружения; г - схема деформаций, приводящих к закручиванию сооружения; д - схема сдвига жесткого сооружения неравномерности осадок

Предельные значения совместной деформации основания и сооруже­ния (правая часть выражения (2.8)) устанавливаются исходя из необходимо­сти соблюдения:

а) архитектурных требований (недопустимость неприятных впечатле­ний от деформации сооружения в целом, ограничение взаимных смещений отдельных элементов конструкций и архитектурных деталей, обеспечение нормальных эксплуатационно-бытовых условий: ограничение уклонов полов, перекосов стен, дверных и оконных проемов и т. п.);

б) технологических требований (условия эксплуатации лифтов, подъ­емников и кранового оборудования, вводов и выпусков инженерных комму­никаций и т. д.);

в) требований к прочности, устойчивости и трещиностойкости конст­рукций сооружения, включая его общую устойчивость.

Значения предельных деформаций устанавливаются соответствую­щими нормами проектирования, правилами эксплуатации оборудования или заданием на проектирование сооружения. В качестве примера в табл. 2.5 приведены рекомендуемые значения предельных деформаций основания некоторых типов сооружений. Более полные данные содержатся в СЫиП 2.02.01.83.

При расчетах оснований по деформациям, исходя из условия (2.8), не­обходимо учитывать возможность изменения как расчетных з, так и предель­ных [б] значений деформаций основания за счет применения строительных мероприятий по уменьшению сжимаемости и неоднородности грунтов осно­вания, а также конструктивных мероприятий, направленных на снижение чувствительности сооружений к деформациям оснований.

Для расчета конечных (стабилизированных) осадок фундаментов мел­кого заложения наибольшее распространение получили метод послойного суммирования и метод эквивалентного слоя.

Таблица 2.5

Предельные деформации основания

Тип сооружения	Предельные деформации основания
Относи­тельная разность осадок	Крен	Средняя осадка (в скобках указана максимальная осад­ка) 8и, см
1. Производственные и гражданские здания с полным каркасом: железобетонным металлическим	0,002 0,004	- -	(8) (12)
2. Гибкие здания и сооружения, в конструк­циях которых не возникают усилия от не­равномерных осадок	0,006	-	(15)
3. Многоэтажные бескаркасные здания с не­сущими стенами из: - крупных панелей - крупных блоков или кирпичной кладки без армирования - то же с устройством железобетонных поясов или армированием	0,0016 0,002 0,024	0,005 0,005 0,005
4. Жесткие сооружения высотой до 100 м (кроме элеваторов и дымовых труб)	-	0,004

Метод послойного суммирования. В наиболее простой постановке осадка находится только от одних вертикальных напряжений, действующих в основании по оси, проходящей через середину фундамента.

После определения размеров подошвы фундамента и проверки усло­вия (2.2) ось фундамента совмещают с литологической колонкой грунта и строят эпюру природного давления zg . Эпюра строится по оси фундамента, начиная от поверхности природного рельефа.

Затем, зная природное давление на уровне подошвы фундамента zg 0 , определяют дополнительное вертикальное давление (сверх природного) на грунт р , которое иногда называют осадочным давлением, подразумевая, что существенная осадка грунта произойдет только от действия дополнительного давления:

Р 0 =Р II - zg 0 , (2.9)

где Р II - полное давление по подошве фундамента.

Установив величину р 0 , строят эпюру дополнительных вертикальных напряжений в грунте z р. Эпюру строят по точкам, для чего толщину грунта ниже подошвы фундамента делят на элементарные слои. Напряжение на гра­нице каждого слоя определяют по формуле

где - коэффициент, определяемый в зависимости от соотношений n=l/b/ - длина, b - ширина подошвы фундамента) и т=2z/b (z - расстояние от по­дошвы фундамента до точки на оси z, в которой определяется напряжение

По нормам толщина элементарных слоев не должна превышать 0,4 ширины или диаметра подошвы фундамента, что, с одной стороны, повыша­ет точность построения эпюры zp , а с другой - позволяет рассматривать эпюру распределения напряжений в пределах каждого слоя как прямоуголь­ную и производить расчет его осадки по формуле одноосного сжатия:

Si= zg h i E i .

Ограничив сжимаемую толщу глубиной, ниже которой сжатием грун­та можно пренебречь (глубина, где дополнительное давление составляет 0,2 природного давления или 0,1 в случае слабых грунтов), полную осадку осно­вания определяют как сумму осадок элементарных слоев в пределах сжимае­мой толщи по формуле

S= S i . (2.10)

Метод эквивалентного слоя. В этом методе пространственная задача расчета осадок сводится к эквивалентной одномерной. Осадка определяется с учетом жесткости и формы подошвы фундамента и трех составляющих нор­мальных напряжений ( z у х) в предположении, что основание является линейно деформируемым телом.

Максимальную и среднюю осадки гибкого и осадку жесткого фунда­мента определяют по формуле

S=р 0 h э т . (2.11)

Мощность эквивалентного слоя h э, входящую в формулу (2.11), рассчитывают по формуле;

где А w - коэффициент эквивалентного слоя, определяемый по таблице СНиП в зависимости от коэффициента Пуассона для разных грунтов, жесткости и соотношения сторон загруженной площади п = l/b; здесь b - ширина фунда­мента, м.

Осадку слоистого основания методом эквивалентного слоя вычисляют приближенно, вводя в расчет средневзвешенное значение относительного ко­эффициента сжимаемости грунта т», в пределах сжимаемой толщи.

Метод эквивалентного слоя существенно упрощает расчет осадок фундаментов. Практика показала, что наиболее целесообразно его применять в расчетах фундаментов площадью до 20...30 м 2 при однородных или слои­стых напластованиях, в которых сжимаемость отдельных слоев мало отлича­ется друг от друга, а также в случае слабых грунтов.

2.4. Расчет конструкций железобетонных фундаментов

Размеры подошвы и глубина заложения фундаментов определяются расчетом основания, который приведен выше. Расчет конструкции фунда­мента (плитной части и подколонника) производится по прочности и раскры­тию трещин и включает: проверку на продавливание и раскалывание, опре­деление сечений арматуры и ширины раскрытия трещин, а также расчет прочности поперечного сечения подколонника.

Исходными данными для расчета являются: размеры подошвы плит­ной части; глубина заложения и высота фундамента; площадь сечения под­колонника или ширина фундаментной стены; сочетания расчетных и норма­тивных нагрузок от колонны на уровне обреза фундамента.

Расчет фундаментов по прочности и раскрытию трещин производится на основное и особое сочетания нагрузок. При расчете фундамента по проч­ности расчетные усилия и моменты принимаются с коэффициентом надеж­ности по нагрузке по указаниям действующих СНиП, а при расчете по раскрытию трещин - с коэффициентом надежности по нагрузке, равным едини­це.

При проверке прочности плитной части фундамента на обратный мо­мент необходимо учитывать нагрузки от складируемого на полу материала и оборудования.

При расчете фундаментов по прочности и по раскрытию трещин воз­никающие в них усилия от температурных и им подобных деформаций при­нимаются изменяющимися по вертикали от полного их значения на уровне обреза фундамента до половинного значения на уровне подошвы фундамен­та.

2.4.1. Расчет фундаментов на продавливание

Расчет на продавливание производится из условия, чтобы действую­щие усилия были восприняты бетонным сечением фундамента без установки поперечной арматуры. При расчете фундамента на продавливание определя­ется минимальная высота плитной части Н и назначаются число и размеры ее ступеней или проверяется несущая способность плитной части при заданной ее конфигурации.

При расчете на продавливание от верха плитной части предполагает­ся, что продавливание происходит по граням, которые наклонены под углом 45° к горизонтали и ограничены сверху гранями жестких элементов, снизу -подошвой фундамента (рис. 2.8). Следует отметить, что продавливания плит­ной части не происходит, если в любом сечении фундамента плоскости, про­веденные от границ изменения жесткости плитной части под углом 45° к го­ризонтали, не пересекают подошву; такие фундаменты называют жесткими (рис. 2.8). На рис. 2.9 приведены наиболее типичные схемы разрушения при продавливании.

Рис. 2.8. Схема жесткого фундамента

Рис. 2.9. Схемы разрушения плитной части фундаментов от продавливания: а - центрально нагруженного квадратного фундамента; б - внецентренно нагруженного квадратного фундамента; в - центрально и внецентренно нагруженного прямоугольного фундамента, г - центрально и внецентренно нагруженного ленточного фундамента

Условие продавливания может быть получено при рассмотрении рав­новесия внешних (р - реактивное давление грунта) и внутренних сил ( b -сопротивление бетона), действующих на заштрихованные участки (рис.2.9), при достижении внутренними силами критического значения b =R ы. Таким образом, из сказанного следует, что равнодействующая вешних сил недолж­на превышать проекции равнодействующей внутренних сил на вертикальнуюось. Отсюда для расчетных схем, представленных на рис. 2.9, получены сле­дующие выражения:

а) для центрально нагруженного квадратного фундамента

А 0 р R ы b a h 0 , (2.12)

где А 0 р - равнодействующая внешних сил; R ы b a h 0 - проекция внутренних сил на вертикальную ось; А 0 =A-A p - площадь заштрихованного участка; здесь

А - площадь подошвы фундамента; А р =(b К +2h 0) 2 - площадь нижнего осно­вания пирамиды продавливания; R ы - расчетное сопротивление бетона на растяжение; h 0 - расстояние от верха Плитной части до средины арматуры; b 0 =4(b k +h 0) среднеарифметическое значение верхнего и нижнего осно­ваний пирамиды продавливания;

б) для внецентренно нагруженного квадратного фундамента

А 0 р max R ы b a h 0 , (2.13)

где А 0 р max - равнодействующая внешних сил; R ы b a h 0 - проекция внутренних сил на вертикальную ось; А 0 =(b+b К +2h 0)c/2=(b 2 -(b к +2h а) 2)/4 - пло­щадь заштрихованного участка; R ы - расчетное сопротивление бетона на рас­тяжение; h 0 - расстояние от верха плитной части до средины арматуры; b а =b К +h 0 - среднеарифметическое длин верхнего и нижнего оснований грани, по которой происходит продавливание;

в) для центрально и внецентренно нагруженного прямоугольного фун­дамента

А 0 р n R ы b a h 0 , (2.14)

где А 0 р n - равнодействующая внешних сил; р n =р при центральном нагруже­нии, р n =р тах при внецентренном; R ы b a h 0 - проекция внутренних сил на вер­тикальную ось; А а = 0,5b(l - l к – 2h 0) - 0,25(b - b К – 2h 0 ) - площадь заштри­хованного участка; R ы - расчетное сопротивление бетона на растяжение; h 0 расстояние от верха плитной части до средины арматуры; b 0 =b к +h 0 -среднеарифметическое длин верхнего и нижнего оснований грани, по кото­рой происходит продавливание;

г) для центрально и внецентренно нагруженного ленточного фунда­мента

А 0 р n R ы h 0 , (2-15)

где А 0 р n - равнодействующая внешних сил; р n =р при центральном нагруже­нии, р n =р тах при внецентренном; R ы h 0 - проекция внутренних сил на верти­кальную ось; А 0 = с = 0,5(b-b k –2h 0) - площадь заштрихованного участка; R ы - расчетное сопротивление бетона на растяжение; h 0 - расстояние от верха плитной части до средины арматуры.

С помощью выражений (2.12)-(2.15) можно определить полную тре­буемую высоту плитной части Н, которая окончательно принимается кратной 150 мм, но не менее 300 мм. При значительной требуемой высоте Н плитную часть следует выполнять двух- или трехступенчатой с высотами h i , равными 300, 450, 600 мм.

Число и высота ступеней назначаются в зависимости от полной высо­ты плитной части Нв соответствии с учетом модульных размеров. Вначале определяется вынос и высота нижней ступени фундамента и проверяется ус­ловие на продавливание ее верхними ступенями по одной из формул (2.12)-(2.15).

Минимальные размеры остальных ступеней фундамента в плане оп­ределяются после установления выноса нижней ступени с 1 пересечениями линии АВ с линиями, ограничивающими высоты ступеней (рис. 2.10). Для двухступенчатых и трехступенчатых фундаментов эти размеры должны быть не менее:

l 2 (l-2c 1 -l k)h 3 /(h 2 +h 3)+l c ;

b 2 ml 2 +l k ,

здесь т - отношение меньшей стороны фундамента к большей, принимаемое равным 0,6 - 0,85.

где , - коэффициент трения бетона по бетону, равный 0,7; с - коэффициент условий работы фундамента в грунте, равный 1,3; Аь Аь– площади вертикальных сечений фундамента в плоскостях, проходящих по осям колонны параллельно сторонам l и b подошвы фундамента, за вычетом площади се­чения стакана.

При b c /l c < А ь,/А t расчет ведется по формуле (2.16), при b c /l c < А ь,/А t - по формуле (2.17). При определении N по формуле (2.16) отношение b c /l c долж­но приниматься более 0,4, а по формуле (2.17) - не менее 2,5.

После проведения расчетов на продавливание и раскалывание прини­мается большее значение несущей способности фундамента.

2.4.3. Определение площади сечений арматуры плитной части

Площадь сечений рабочей арматуры А s в обоих направлениях опреде­ляется из расчета на изгиб консольного выступа плитной части фундамента в сечениях на грани колонны (подколонника) и по граням ступеней от дейст­вия давления грунта, согласно расчетной схемы приведенной на рис. 2.11.

Площадь сечения арматуры на всю ширину фундамента определяется по формуле

А s =М 1 /(0,9h t R s),

где М 1 - изгибающий момент в рассматриваемом сечении консольного вы­ступа (по грани колонны или по граням ступеней); h t - рабочая высота рас­сматриваемого сечения от верха ступени до центра арматуры; R s - расчетное сопротивление арматуры.

Изгибающие моменты М 1 в расчетных сечениях определяются по дав­лению грунта р, вычисленному от расчетных значений нормальной силы N 1 приложенной по обрезу фундамента, и изгибающего момента М на уровне подошвы, действующего в плоскости определяемого момента М i .

Изгибающий момент М i в сечении i, определяемый в направлении l (большего размера подошвы),

M xi = (2Р max + p i)

и в направлении b (меньшего размера подошвы)

M yi = (2Р max + p i)

где с i - длина консоли от края фундамента до расчетного сечения (рис. 2.11); Р max - максимальное краевое давление на грунт, определяемое по формуле (2.5); р i - давление на грунт в расчетном сечении,

р i =N/A+ к" t М/W,

здесь к" t =1-2с 1 / l.

Рис. 2.11. К определению площади сечения арматуры

2.4.4. Расчет прочности поперечных сечений подколенника

Расчет продольной арматуры железобетонного подколонника произ­водится на внецентренное сжатие в двух сечениях по высоте (рис. 2.12): пря­моугольном на уровне плитной части (сечение 1-1) и коробчатом стаканной части на уровне заделанного торца колонны (сечение П-1Г).

При расчете прямоугольных сечений 1-1 принимаются расчетные уси­лия: нормальная сила Nпо обрезу фундамента и изгибающие моменты М х и М у на уровне рассматриваемого сечения.

Рис. 2.12. Расчетные сечения подколенника

Для коробчатого сечения III-III или стаканной части подко­лoнника площадь сечения поперечной арматуры (рис. 2.13) допускается оп­ределять от действия условных изгибающих моментов и М kx относитель­но оси, проходящей через точку к () без учета нормальной силы:

В плоскости х (вдоль стороны l)

при е 0х 1 с / 2

М kx =0,8(М х +Q x h Q -Ni c /2),

При l с /2>е 0х > l с /6

М kx =М х +Q x h Q -0,7N е 0х);

- в плоскости у (вдоль стороны b)

при е 0у >b С / 2

М k у =0,8(М у +Q у h Q -Nbк c /2),

при b с /2>е 0у >b с /6

М k у =М у +Q у h Q -0,7N е 0у),

где N, М х, .М x ,

Поперечное армирование подколонника при действии нормальной си­лы в пределах ядра сечения (e 0 назначается конструктивно. Если это необходимо по расчету, то допускается увеличивать диаметр стержней двух верхних сеток по сравнению с диаметром стержней остальных сеток, кото­рый назначается в соответствии с расчетом.

При заглублении стакана в плитную часть фундамента площадь сече­ния поперечной рабочей арматуры сеток также определяется по формулам (2.17), (2.18), а сетки поперечного армирования устанавливаются в пределах подколонника.

Стенки стакана допускается не армировать в следующих случаях: при их толщине поверху более 200 мм и более 0,75 высоты верхней ступени (при глубине стакана большей, чем высота подколонника); при их толщине повер­ху более 200 мм и более 0,75 глубины стакана (при глубине стакана меньшей, чем высота подколонника). Проверка прочности дна стакана подколонника производится расчетом на местное смятие от торца колонны.

2.4 .5. Расчет фундамента по второй группе предельных состояний (на раскрытие трещин)

Для внецентренно сжатых подколонников и изгибаемой плитной час­ти ширина раскрытия трещин рассчитывается следующим образом:

Если М t /М s >2/3, то проверяется длительное раскрытие трещин от дей­ствия момента М t ,

Если М t /М s >1/3, то проверяется кратковременное раскрытие трещин от

действия момента М s (где М t - момент от постоянных и длительных нагру­зок; M s - суммарный момент, включающий и кратковременные нагрузки).

Проверка ширины раскрытия трещин при однорядном армировании не производится в следующих случаях:

Если коэффициент армирования превышает 0,02 для арматуры клас­сов А-П и А-Ш;

Если при любом диаметр арматуры не превышает 22 мм для класса А-П и 8 мм для класса А-Ш.

где - коэффициент, принимаемый равным 1; - коэффициент при длитель­ном действии постоянных и временных нагрузок, принимаемый 1,6-15 ; -коэффициент при использовании стержневой арматуры периодического про­филя, принимаемый равным 1; ц-А 5 1ЬИ^- коэффициент армирования, при­нимаемый не более 0,02; =М I А $ 2 - напряжение в растянутой арматуре в сечении с трещиной, здесь 2 = /2) - плечо внутренней пары сил (здесь

| = 1/1,8 + (1 + 5Ь^0^а, Ь=М/К Ь „ЬИ 0 , а = Е, !Е Ъ); 4 - диаметр стержневой арматуры, мм).

Ширина раскрытия трещин сравнивается с максимально допустимой по условию

®сгс - **сгс,и з

где а сгси - предельно допустимая ширина раскрытия трещин в фундаменте,

а сгс,и~ 0,2лш - для фундаментов, находящихся ниже уровня грунтовых вод;

а сгси - 0,3лш - для фундаментов, находящихся выше уровня грунтовых вод.

При невыполнении этого условия необходимо либо изменить конст­рукцию фундамента, либо увеличить проектный класс бетона и усилить ар­мирование фундамента с последующей корректировкой всех расчетов.

3.СВАЙНЫЕ ФУНДАМЕНТЫ

3.1. Общие сведения о свайных фундаментах

Сваями называют погружаемые или сформированные в грунте в вер­тикальном или наклонном положении относительно длинные элементы, пе­редающие нагрузки на нижележащие слои грунта основания.

Фундаменты из свай часто применяют при наличии в верхней зоне грунтов основания слабых грунтов, когда возникает необходимость передачи нагрузки от сооружения на более плотные грунты, залегающие в данном слу­чае на некоторой, иногда значительной глубине.

В условиях современного строительства свайные фундаменты исполь­зуют очень широко. Большинство жилых и общественных зданий с количе­ством этажей более девяти возводят на свайных фундаментах. Это объясня­ется повышенной несущей способностью свайных фундаментов по сравне­ниюс фундаментами, возводимыми в открытых котлованах, а также сравни­тельно меньшей трудоемкостью земляных работ.

Свайным фундаментом считают группу свай, объединенных сверху специальной конструкцией в виде плит или балок, называемых ростверками, которые предназначены для передачи и равномерного распределения на­грузки на сваи. Ростверки, являясь несущими конструкциями, служат для опирания надземных конструкций зданий на сваи.

Рис. 3.1. Схемы свайных ростверков: а - низкий ростверк; б - промежуточный ростверк;

в - высокий ростверк

Различают свайные фундаменты с низким ростверком, промежуточ­ным и высоким.

Низкий ростверк (рис. 3.1, а) расположен ниже спланированной по­верхности земли. Являясь частью свайного фундамента и взаимодействуя с грунтом основания, он способен передавать часть вертикального давления на основание по своей подошве и воспринимать горизонт

Глубина заложения фундамента. Определение глубины заложения фундамента

Проектирование фундамента на естественном основании начинается с назначения глубины подошвы. Глубина заложения фундамента - отметка от подошвы фундамента относительно существующего уровня грунта на участке строительства.

Глубина заложения подошвы фундамента на естественном основании (ленточные, отдельно стоящие и пр.) зависит от трех основных факторов:

1. Инженерно-геологических условий площадки строительства;
2. Климатических условий района (от глубины сезонного промерзания);
3. Конструктивных особенностей здания, наличие подземной части (подвалов, приямков, каналов, фундаментов существующих зданий).

1. Инженерно-геологические условия

При анализе инженерно-геологических условий площадки строительства и характера нагрузок, действующих по обрезу фундамента, выбирается несущий слой, который может служить естественным основанием для фундаментов (R 0 > 150 кПа).

Выбирая глубину заложения фундамента, следует придерживаться следующих общих правил:

Глубина заложения должна быть не менее 0,5 м;

В несущий слой фундамент должен заглубляться не менее 0,1…0,2 м;

При возможности закладывать фундамент выше уровня грунтовых вод (УГВ). При этом не требуется водоотлива, гарантируется сохранение природной структуры грунтов основания, в противном случае водоотлив, шпунтовое крепление стенок котлована резко увеличивают стоимость земляных работ.

2. Климатические условия

Основными климатическими факторами, влияющими на глубину заложения фундаментов, являются промерзание и оттаивание грунтов .

При промерзании некоторых грунтов наблюдается их морозное пучение – увеличение объема, поэтому в таких грунтах нельзя закладывать фундамент выше глубины промерзания. Морозное пучение грунтов происходит преимущественно за счет миграции (перемещения) влаги к фронту у промерзания из нижележащих слоев. В связи с этим существенное значение имеет положение УГВ в период промерзания. К пучинистым грунтам относятся пылевато-глинистые, пески пылеватые и мелкие. В этих грунтах глубина заложения фундамента зависит от глубины промерзания, если УГВ залегает на глубине не более чем на 2,0 м ниже глубины промерзания.

3. Конструктивные особенности здания, наличие подземной части

Основными конструктивными особенностями возводимого здания, влияющими на глубину заложения его фундамента, являются: наличие и размеры подземных и подвальных помещений, приямков или фундаментов под оборудование; глубина заложения фундаментов соседних сооружений; наличие и глубина прокладки подземных коммуникаций и конструкции самого фундамента; величина и характер нагрузок, передаваемых на фундаменты.

Обычно фундаменты заглубляют на 0,5м ниже пола заглубленных помещений. Если столбчатый фундамент - то на 1,5 м ниже пола подвала.

Из всех трех факторов, выбирается наибольшая величина рассчитанной глубины заложения фундамента, которая и принимается за расчетную.

Вы смотрели: Глубина заложения фундамента. Определение глубины заложения фундамента