Расчет фундаментов мелкого заложения по первой группе предельных состояний

Расчет оснований для фундаментов мелкого заложения по двум группам предельных состояний по несущей способности и деформациям;

4.1. Расчеты производятся для фундамента мелкого заложения на естественном основании и для свайного варианта фундаментов, для одного сечения (например, для ленточного фундамента под стену (на 1 п. м стены) или под колонну).

Расчет по несущей способности производят, исходя из теории линейной деформируемой среды, где среднее давление под подошвой фундамента ограничивается развитием зон пластических деформаций под краями фундамента до глубины не более 0,25 ширины подошвы фундамента. Такое давление называется расчетным сопротивлением грунта основания R. После принятия размеров подошвы фундамента (или условного фундамента для свайного варианта) проверяется условие:

р ≤R, (8)

где р – среднее давление под подошвой фундамента.

Для внецентренно нагруженных фундаментов проверяется условие:

р ≤ 1, 2 R, (9)

где р – давление у края подошвы внецентренно нагруженного фундамента.

При относительном эксцентриситете: е/L≤ 1/6

(10)

где Р – сумма вертикальных нагрузок N и веса фундамента и грунта на его обрезах со средним удельным весом, принимаемым равным γ = 20 кН/м3.

А – площадь подошвы фундамента;

М – момент от равнодействующей всех нагрузок по подошве фундамента

W – момент сопротивления площади подошвы фундамента.

Расчетное сопротивление грунтов основания (формула 7 СНиП 2.02.01-83), значение которого после определения подставляется в формулу (5), равно

(11)

где и – коэффициенты условий работы, принимаемые по табл. 3 [2], табл. 8 методических указаний;

К – коэффициент, принимаемый равным 1, т.к. в курсовом проекте характеристики прочности грунта “φ” и “с” определены по результатам непосредственных испытаний;

Мγ, Мq, Mc – коэффициенты, принимаемые по табл. 9 методических указаний в зависимости от угла внутреннего трения φ слоя грунта, залегающего под подошвой фундамента;

Kz – коэффициент, принимаемый равным 1;

γ₁ –расчетное значение удельного веса слоя грунта залегающего под подошвой фундамента;

γ ’ ₁ — то же, залегающего выше подошвы;

с₁ — расчетное значение удельного сцепления слоя грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа;

b – ширина фундамента;

— глубина заложения фундаментов бесподвальных зданий от уровня планировки или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле

= (12)

где h — толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м;

h – толщина конструкции пола подвала, м;

γ = 24 кН/м 3 или (Tс/м 3 ) – расчетное значение удельного веса конструкции пола подвала;

– глубина подвала принимается при ширине сооружения меньше 20 м – = 2 м; при L≥ 20 м = 0.

Сооружение и расчет оснований и фундаментов

1. Сооружение фундаментов

Основания сооружений должны проектироваться на основе:

• результатов инженерно-геодезических, инженерно-геологических и инженерно-гидрометеорологических изысканий для строительства;
• данных, характеризующих назначение, конструктивные и технологические особенности сооружения, нагрузки, действующие на фундамент, и условия его эксплуатации;
• технико-экономического сравнения возможных вариантов проектных решений (с оценкой по приведенным затратам) для принятия варианта, обеспечивающего наиболее полное использование прочностных и деформационных характеристик грунтов и физико-механических свойств материалов фундаментов или других подземных конструкций.

При проектировании оснований и фундаментов следует учитывать местные условия строительства, а также имеющийся опыт проектирования, строительства и эксплуатации сооружений в аналогичных инженерно-геологических и гидрогеологических условиях.

Инженерные изыскания для строительства должны проводиться в соответствии с требованиями СНиП, государственных стандартов и других нормативных документов по инженерным изысканиям и исследованиям грунтов для строительства.

В районах со сложными инженерно-геологическими условиями: при наличии грунтов с особыми свойствами (просадочные, набухающие и др.) или возможности развития опасных геологических процессов (карст, оползни и т. п.), а также на подрабатываемых территориях инженерные изыскания должны выполняться специализированными организациями.

Грунты оснований должны именоваться в описаниях результатов изысканий, проектах оснований, фундаментов и других подземных конструкций сооружений согласно ГОСТ 25100-95.

Результаты инженерных изысканий должны содержать данные, необходимые для выбора типа оснований и фундаментов, определения глубины заложения и размеров фундаментов с учетом прогноза возможных изменений (в процессе строительства и эксплуатации) инженерно-геологических и гидрогеологических условий площадки строительства, а также вида и объема инженерных мероприятий по ее освоению.

Проектирование оснований без соответствующего инженерно-геологического обоснования или при его недостаточности не допускается.

Проектом оснований и фундаментов должна быть предусмотрена срезка плодородного слоя почвы для последующего использования в целях восстановления (рекультивации) нарушенных или малопродуктивных сельскохозяйственных земель, озеленения района застройки и т. п.

В проектах оснований и фундаментов ответственных сооружений, возводимых в сложных инженерно-геологических условиях, нужно предусматривать натурные измерения деформаций основания. Они также должны предусматриваться при использовании новых или недостаточно изученных конструкций сооружений или их фундаментов, а также если в задании на проектирование имеются специальные требования по измерению деформаций основания.

Проектирование оснований включает обоснованный расчетом выбор:

• типа основания (естественное или искусственное);
• типа, конструкции, материала и размеров фундаментов (мелкого или глубокого заложения; ленточные, столбчатые, плитные и др.; железобетонные, бетонные, буробетонные и др.);
• мероприятий, проводимых при необходимости уменьшения влияния деформаций оснований на эксплуатационную пригодность сооружений.

Основания должны рассчитываться по двум группам предельных состояний:

первой — по несущей способности и второй — по деформациям.

Основания рассчитываются по деформациям во всех случаях. По несущей способности основания рассчитываются, если:

• на основание передаются значительные горизонтальные нагрузки (подпорные стены), фундаменты распорных конструкций и т. п.), в том числе сейсмические;
• сооружение расположено на откосе или вблизи откоса;
• основание сложено медленно уплотняющимися водонасыщенными пылевато-глинистыми и биогенными грунтами;
• основание сложено скальными грунтами.

Если проектом предусматривается возможность возведения сооружения непосредственно после устройства фундаментов до обратной засыпки грунтом пазух котлованов, следует проверять несущую способность основания, учитывая нагрузки, действующие в процессе строительства.

Расчетная схема системы «сооружение — основание» или «фундамент — основание» должна выбираться с учетом наиболее существенных факторов, определяющих напряженное состояние и деформации основания и конструкций сооружения (статической схемы сооружения, особенностей его возведения, характера грунтовых напластований, свойств грунтов основания, возможности их изменения в процессе строительства и эксплуатации сооружения и т. д.) . Рекомендуется учитывать пространственную работу конструкций, геометрическую и физическую нелинейность, анизотропность, пластические и реологические свойства материалов и грунтов.

Допускается использовать вероятностные методы расчета, учитывающие статистическую неоднородность оснований, случайную природу нагрузок, воздействий и свойств материалов конструкций.

При проектировании оснований должна учитываться возможность изменения гидрогеологических условий площадки в процессе строительства и эксплуатации сооружения, а именно:

• наличие или возможность образования верховодки;
• естественные сезонные и многолетние колебания уровня подземных вод;
• возможное техногенное изменение уровня подземных вод;
• степень агрессивности подземных вод по отношению к материалам подземных конструкций и коррозионную активность грунтов на основе данных инженерных изысканий с учетом технологических особенностей производства.

Оценка возможных изменений уровня подземных вод на площадке строительства должна выполняться при инженерных изысканиях для зданий и сооружений I и II классов на срок 25 и 15 лет соответственно с учетом возможных естественных сезонных и многолетних колебаний этого уровня, а также степени потенциальной подтопляемости территории. Для зданий и сооружений III класса допускается не выполнять указанную оценку.

Оценка возможных естественных сезонных и многолетних колебаний уровня подземных вод проводится на основе данных многолетних режимных наблюдений по государственной стационарной сети с использованием результатов краткосрочных наблюдений, в том числе разовых замеров уровня подземных вод, выполняемых при инженерных изысканиях на площадке строительства.

Степень потенциальной подтопляемости территории должна оцениваться с учетом инженерно-геологических и гидрогеологических условий площадки строительства и прилегающих территорий, конструктивных и технологических особенностей проектируемых и эксплуатируемых сооружений, в том числе инженерных сетей.

Для ответственных сооружений при соответствующем обосновании выполняется количественный прогноз изменения уровня подземных вод с учетом техногенных факторов на основе специальных комплексных исследований, включающих как минимум годовой цикл стационарных наблюдений за режимом подземных вод. При необходимости для выполнения указанных исследований помимо изыскательской организации должны привлекаться специализированные проектные или научно-исследовательские институты.

Если при прогнозируемом уровне подземных вод возможны недопустимое ухудшение физико-механических свойств грунтов основания, развитие неблагоприятных физико-геологических процессов, нарушение условий нормальной эксплуатации заглубленных помещений и т. п., то в проекте должны предусматриваться соответствующие защитные мероприятия, в частности:

• гидроизоляция подземных конструкций;
• мероприятия, ограничивающие подъем уровня подземных вод, исключающие утечки из водонесущих коммуникаций и т. п. (дренаж, противофильтрационные завесы, устройство специальных каналов для коммуникаций и т. д.);
• мероприятия, препятствующие механической или химической суффозии грунтов (дренаж, шпунт, закрепление грунтов);
• устройство стационарной сети наблюдательных скважин для контроля развития процесса подтопления, своевременного устранения утечек из водонесущих коммуникаций и т. д.

Выбор одного или комплекса указанных мероприятий должен проводиться на основе технико-экономического анализа с учетом прогнозируемого уровня подземных вод, конструктивных и технологических особенностей, ответственности и расчетного срока эксплуатации проектируемого сооружения, надежности и стоимости водозащитных мероприятий и т. п.

Если подземные воды или промышленные стоки агрессивны по отношению к материалам заглубленных конструкций или могут повысить коррозийную активность грунтов, то должны предусматриваться антикоррозийные мероприятия в соответствии с требованиями СНиП по проектированию защиты строительных конструкций от коррозии.

При проектировании оснований, фундаментов и других подземных конструкций ниже пьезометрического уровня напорных подземных вод необходимо учитывать давление подземных вод и предусматривать мероприятия, предупреждающие прорыв подземных вод в котлованы, вспучивание дна котлована и всплытие сооружения.

2. Глубина заложения фундаментов

Глубина заложения фундаментов должна приниматься с учетом:

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

Нормативная глубина сезонного промерзания грунта принимается 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.

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 Mt — безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе, принимаемых по СНиП по строительной климатологии и геофизике, а при отсутствии в них данных для конкретного пункта или района строительства — по результатам наблюдений гидрометеорологической станции, находящейся в аналогичных условиях с районом строительства;

d₀ — величина, принимаемая равной, м, для:

• суглинков и глин — 0,23;
• супесей, песков мелких и пылеватых — 0,28;
• песков гравелистых, крупных и средней крупности — 0,30;
• крупнообломочных грунтов — 0,34.

Значение d₀ для грунтов неоднородного сложения определяется как средневзвешенное в пределах глубины промерзания.

Расчетная глубина сезонного промерзания грунта d_f, м, определяется по формуле

где dfn — нормативная глубина промерзания;

k_h — коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения, принимаемый: для наружных фундаментов отапливаемых сооружений — по табл. 16; для наружных и внутренних фундаментов неотапливаемых сооружений — k_h = 1,1, кроме районов с отрицательной среднегодовой температурой.

Расчетная глубина промерзания должна определяться теплотехническим расчетом и при использовании постоянной теплозащиты основания, а также

если тепловой режим проектируемого сооружения может существенно влиять на температуру грунтов (холодильники, котельные и т. п.) .

Таблица 16. Коэффициент k_h