Материал: Расчет фундаментов

После механического уплотнения просадочных грунтов природного сложения (трамбование) происходит разрушение жесткого каркаса и потеря прочности:

• · прочность сухой супеси - 2,0...2,5 кг/см2;
• · прочность сухого суглинка - 2,5 ...3,0 кг/см2.

Большему значению расчетного сопротивления насыпных грунтов соответствуют крупные, средние и мелкие пески, шлаки...

Меньшему значению - пески пылеватые, супеси, суглинки, глины и золы.

Пример расчета фундамента по несущей способности грунта

Жилой каменный дом 7x8 м в два этажа имеет одну внутреннюю несущую стену. Вес дома с учетом снегового покрова и полезной нагрузки - около 180 т. Фундамент - заглубленный. Грунт - суглинок увлажненный (несущая способность 3,5 кг/см2)

Площадь подошвы фундамента определяется по формуле:

S > гn F/гc Ro, где

гn=1,2

F= 180000 кг

ус=1,0

R0 = 3,5 кг/см2

S>1,2*180000/1,0*3,5 = 61800 см2 = 6,18 м2

При общей длине фундамента - около 35 м ширина подошвы фундамента должна быть не менее 6,18 / 35 = 0,18 м.

Влияние сейсмичности на несущую способность грунта

Задаваясь той или иной величиной расчетного сопротивления грунта, следует учитывать, что при одновременном воздействии статической нагрузки и вибраций прочность грунта снижается. Грунт, как говорят специалисты, приобретает свойства псевдожидкого состояния.

Индивидуальные застройщики, решившие возводить сейсмостойкий фундамент своими силами, должны учитывать уменьшение несущей способности грунта при сейсмических вибрациях. Ориентировочно табличную величину расчетного co противления грунта необходимо уменьшить в 1,5 раза, т.е увеличить площадь подошвы фундамента тоже в 1,5 раза.

Расчетное сопротивление грунта на разной глубине

Величины расчетного сопротивления грунтов (R0), приведенные в таблицах 4..8 даны для глубины заложения фундамента 1,5...2 м.

Если глубина заложения фундамента меньше чем 1,5 м. то расчетное сопротивление грунта (Rh) определяется по формуле:

Rh = 0,005R0(100 +h/3), где

h - глубина заложения фундамента в см.

Пример 1.

Глинистый грунт на глубине 0,5 м при R0=4 кг/см2 будет иметь расчетное сопротивление грунта Rh = 2,33 кг/см2.

Если глубина заложения фундамента больше чем 2 м. то расчетное сопротивление грунта (Rh) определяется по формуле:

Rh = R0 + kg(h - 200), где

h - глубина заложения фундамента в см,

g - вес столба грунта, расположенного выше глубины заложения фундамента (кг/см2);

к - коэффициент грунта (для песка - 0,25; для супеси и суглинка - 0,20; для глины - 0,15).

Пример 2.

Глинистый грунт на глубине 3 м при R0=4 кг/см2 будет иметь расчетное сопротивление Rh = 10,3 кг/см2. Удельный вес глины - 1,4 кг/см2, а вес столба глины высотой 300 см - 0,42 кг/см2.

Максимальные величины расчетного сопротивления фунтов

Для того чтобы глубже понять работу оснований, полезно было бы узнать максимальные величины расчетного сопротивления грунтов, которые встречаются в реальной жизни. Такие экстремальные параметры грунта могут возникнуть только при максимальном его уплотнении, например, под нижним концом забивных свай.

Значения расчетного сопротивления сильно уплотненных грунтов R0 (пески гравелистые, крупные, средние, мелкие и пылеватые, пылевато-глинистые грунты) зависят от глубины погружения нижнего конца свай [3]:

• · на глубине 3 м увеличение - в 10 раз;
• · на глубине 20 м увеличение - в 15 раз;
• · на глубине 35 м увеличение - в 20 раз.

Такое внушительное увеличение несущей способности грунта связано с уплотнение грунта не только непосредственно под сваей, но и вокруг неё (рис. 4, д).

Эти данные приведены не для того, чтобы их напрямую использовать при расчете фундамента, т.к. такое значительное увеличение расчетного сопротивления грунтов связано с их сильным уплотнением и значительными деформациями основания. Но вместе с тем, это дает застройщику определенную уверенность в том, что созданный им фундамент выдержит вес задуманного сооружения: грунт не подведет. Главное в этом - сделать грамотно все остальное: фундамент и стены.

На заметку

Фундамент, возводимый по технологии ТИСЭ, дает возможность просесть дому на 8... 10 см. В реальной жизни просадка фундамента - не более 1 см. Если это учитывать, то величину расчетного сопротивления грунта можно несколько увеличить (предположительно в 1,5раза) или использовать этот довод для создания определенного запаса по несущей способности основания.

Расчет фундамента по допустимым деформациям сооружения

Целью расчета фундамента по этой методике является оценка соответствия действующего и допустимого уровней деформаций сооружения от воздействия эксплуатационных нагрузок.

В гибких и жестких конструкциях неравномерность осадки вызывает деформации строений или ведет к изменению их положения(рис. 5), что может вызвать ухудшение условий эксплуатации здания или его оборудования. Кроме этого, при больших деформациях конструкция сооружения может испытывать закритические напряжения, ведущие к его разрушению.

Правильно спроектированный фундамент предполагает осадки и деформации строения, но величина их не должна превышать строительные нормы, гарантирующие полноценную эксплуатацию здания.

Виды деформаций сооружений.

Прогиб и выгиб (рис. 5, а, б) зданий возникает из-за неравномерной осадки основания. Наиболее опасная растянутая зона строений при прогибе находится у фундамента, при выгибе - у кровли.

Сдвиг (рис. 5, в) зданий возникает при увеличенной просадке основания с одной из сторон. Наиболее опасная зона строения - стена в средней зоне, где возникает большой сдвиг.

Крен (рис. 5, г) здания возникает при относительно большой его высоте (многоэтажный дом, башня, дымовая труба...), при высокой изгибной жесткости строения. Опасен дальнейший рост крена и последующее разрушение здания.

Перекос (рис. 5, д) возникает при неравномерных осадках, приходящихся на небольшой участок длинного сооружения.

Горизонтальное смещение (рис. 5, е) возникает в фундаментах, в стенах подвалов или в подпорных стенках, загруженных горизонтальными усилиями.

Допускаемая величина осадки и крена сооружений

Допускаемая величина осадки, неравномерности в осадке и крена зависят от типа здания, его силовой схемы и используемых материалов.

Величина допустимых деформаций приведена в таблице 6.

Рис. 5

Таблица 6. Предельные деформации оснований

Относительная неравномерность осадки (у /L) - максимальное отношение разности в осадке двух участков фундамента к расстоянию между этими участками. По-другому: относительный прогиб (выгиб) характеризуется отношением стрелы прогиба к длине изгибаемого участка.

Из таблицы видно, что допустимые неравномерности в осадке дома тем больше, чем менее жесткий дом. Каркасные или деревянные дома допускают относительно большую неравномерность в осадке фундамента. Каменные, более жесткие дома, - нет.

Пример

Кирпичный двухэтажный дом просел в середине на 1 см (рис. 5, а). Расстояние по длине фундамента между точками замера - 600 см (длина дома - 12 м). Относительная неравномерность осадки - 1/600=0,0017. Допустимая неравномерность осадки для такого дома - 0,002. Поэтому осадка в 1 см для такого дома допускается.

Причины неравномерных осадок:

• · неоднородность основания, сложенного из пластов различной толщины или плотности;
• · переувлажнение какой-либо части основания или сложение части основания из насыпного грунта;
• · неравномерное давление на основание, вызванное несоответствием площади подошвы с действующей вертикальной нагрузкой (давление на фундамент в средней части здания больше, чем под внешними стенами, т.к. на внутреннюю стену опираются перекрытия с двух сторон);
• · неодновременное возведение отдельных частей здания;
• · механическая суффозия - перемещение водяными потоками частиц грунта - ведет к увеличению пористости и к уменьшению прочности грунта;
• · наличие в толще грунта материалов, подверженных гниению (корни деревьев, отходы древесины...);
• · воздействие механизмов - удаление лишнего грунта при рытье котлованов и траншей под фундамент - наиболее распространенная ошибка строителей, т.к. уложенная выравнивающая подсыпка под фундаментом не обладает прочностью нетронутого грунта;
• · уплотнение грунта в процессе эксплуатации сооружения, связанное со значительным увеличением веса (складские помещения, элеваторы....);
• · изменение уровня подземных вод (грунтовых или производственных);
• · подземные выработки (рытье туннелей метро, канализационных коллекторов и др.);
• · разрушение подземных магистралей систем водоснабжения, отопления, канализации и отвода дождевой воды часто приводит к вымыванию большого объема грунта из-под строений.

Из городской жизни

Прорывы трубы систем водоснабжения, центрального отопления или канализации, разрушенная отмостка вокруг зданий, под которую затекают ливневые осадки, могут привести строения в аварийное состояние и даже к разрушению. Происходит это не только из-за снижения несущей способности влажного грунта. Иногда возникает ситуация, когда под землей стихийно возникают большие и малые водяные потоки, уносящие грунт в магистральные ливнеотводящие коллекторы или в водоносные слои грунта. Подобные потоки при благоприятных условиях могут образовывать ручейки, способные создать в толще грунта полости достаточно внушительных размеров, способные поглотить не один грузовик или разрушить целое здание.