СНиП 2.02.01-83 Основания зданий и сооружений. Часть 4

5.1.1. Постановка задачи.

Расчетные схемы к задаче определения конечной стабилизированной осадки основания от действия нагрузки, передаваемой на грунты через подошву фундамента, представлены на рис. 5.1.

Осадку поверхности основания в уровне подошвы фундамента будет вызывать не полное давление р

(
х
), возникшее после строительства, а приращение давления, равное
р(х)-q
. Где
q
=
γd
– природное давление на глубине заложения фундамента.

Прогиб поверхности основания будет иметь криволинейное очертание, которое зависит от жесткости фундамента. Для абсолютно жестких фундаментов характер осадок поверхности будет соответствовать пунктирным линиям на рис.5.1

При практических расчётах прибегают к упрощению задачи.

Для центрально нагруженных фундаментов определяется максимальная осадка s по оси z, которая принимается как величина совместной деформации основания и фундамента.

Для внецентренно нагруженных фундаментов определяется величина средней осадки и крена подошвы фундамента.

Различают две группы методов расчёта осадок: основанные на строгих решениях и дополнительных упрощающих предпосылках (приближенные решения).

Что такое осадка свайного фундамента

Определение осадки – это расчет по деформациям (предельным состояниям) грунта. Оптимум – S ≤ Su, где Su – предельная осадка, S – расчетная.

Если это условие не соблюдается, нужно усиливать фундамент за счет увеличения длины свай таким образом, чтобы их концы опирались на более глубокие и устойчивые слои грунта.

Сваи создают нагрузку на грунт во всех направлениях, своей боковой поверхностью и нижними концами. На расчет нагрузок влияют следующие факторы:

• Свойства грунта, его сжимаемость, степень уплотнения.
• Длина свай.
• Количество.
• Расстояние между сваями.

При определении осадки принимается ряд допущений, облегчающих расчет, но снижающих его точность.

5.1.3. Основные предпосылки приближенных методов расчёта осадок.

Осадка грунта происходит только в пределах глубины сжимаемой толщи Нс

. Осадка основания происходит только за счёт сжатия столба грунта, непосредственно находящегося под подошвой фундамента (рис. 5.2, а). Сжатие каждого элементарного слоя мощностью Δ
z
вызывается равномерно распределенной на его поверхности нагрузкой равной максимальному значению σ
zp
, действующему по оси
z
.

Определив величину сжатия каждого элементарного слоя грунта в пределах сжимаемой толщи основания и просуммировав эти величины, получим общую осадку основания фундамента. Такой подход к решению задачи называют методом послойного (элементарного) суммирования.

Возможны два расчётных случая

: сжатие элементарного слоя без бокового расширения (рис. 5.2, б); сжатие элементарного слоя с возможностью бокового расширения (рис. 5.2, в).

В первом случае:

εx= εy=0.

Относительная деформация элементарного слоя:

;

Сжатие элементарного слоя

Для определения деформационных характеристик грунтов используются компрессионные испытания.

Во втором случае:

εx= εy≠0.

где G

– модуль сдвига,
K
– модуль объемной деформации грунта.

Сжатие элементарного слоя для пространственной задачи:

Для плоской задачи среднее напряжение определяется по формуле:

Для точного определения деформационных характеристик требуется проведение специальных опытов в приборах трехосного сжатия.

Расчет нагрузки на почву и несущие способности различных типов почв

Допустимая нагрузка на основание выражается в цифровых значениях, которые наглядно показывают несущие способности фундамента. Их получают в результате точных расчетов, проведенных на основании геологических исследований, позволяющих выявить степень рыхлости почвы и содержание в ней влаги. Именно от этих характеристик зачастую зависит выбор материалов для свайного фундамента, его размер и площадь устанавливаемых опор.

Чтобы правильно рассчитать нагрузку на основание, необходимо учесть следующие факторы:

• вес строения;
• предполагающиеся дополнительные нагрузки, которые увеличат его массу в процессе эксплуатации;
• давление ветряных потоков на здание;
• нагрузку на крышу строения в зимнее время, связанную с выпадением снега.

Общую массу постройки вычисляют на основании данных о массе стропильной системы и кровельных материалов, дверей, окон, сантехнического оборудования, элементов декора и крепежей, а также количества человек, которые будут жить в доме.

Однако иногда несущая способность почвы может быть меньше, чем теоретическая нагрузка, которую способен выдержать свайный фундамент. Поэтому очень важно учесть этот фактор. Несущая способность грунтов определяется их типом, плотностью и уровнем залегания подземных вод – очень важным показателем, поскольку грузонесущая способность почвенного слоя может отличаться в несколько раз для сухого и влажного грунта.

Максимально подробный цикл статей о выборе вида фундамента под тип и особенности грунта Вы найдете в данной категории. Строго рекомендуется к прочтению!

Если плотность почвы небольшая, это означает, что в ней очень много пустот и пор, заполненным водой или воздухом. При превышении максимально допустимой нагрузки на такой грунт, произойдет его уплотнение и усадка, прямым следствием чего явится деформация и постепенное разрушение основания. На таком участке следует рассчитать степень заглубления свайного фундамента, чтобы он опирался на глубинные несжимаемые слои почвы.

Перед монтажом основания и проведением необходимых расчетов необходимо обязательно провести тщательные геологические изыскания. Для этого из почвы с помощью бура берут образцы почвы в нескольких местах участка из слоев, расположенных через каждые 30-40 см вплоть до уровня промерзания грунта.

Учет несущей способности почвы

Особенности грунтов выглядят следующим образом:

1. Глинистая почва, которая имеет желтоватый или темно-коричневатый оттенок. Сухая глина способна выдерживать значительные нагрузки, однако этот тип грунта склонен к пучению и при высокой влажности обладает повышенной пластичность. Несущая способность глины в сухом виде составляет 6, а во влажном виде – 1-3 кг/см2.
2. Гравелистый песок, состоящий из обломочных пород, включающих гравийные частицы размером до 0,5 см. Его несущая способность оценивается в 5 кг/см2.
3. Суглинок, на треть состоящий из глины, а также из мелких фракций песка. Несущие способности таких грунтов минимальны, поскольку дают осадку, а наличие в их составе большого количества пылевых частиц обуславливает склонность к пучению. Грузонесущая способность такой почвы колеблется в зависимости от влажности от 1 до 3 кг/см2.
4. Крупный песок, частицы которого по размеру напоминают просяные зерна. Его несущая способность не зависит от содержания влаги в почве и всегда равна 4-5 кг/см2.
5. Средний песок – размер его частиц не превышает 1 мм, а грузонесущая способность определяется концентрацией влаги в почве и колеблется от 1 до 5 кг/см2.
6. Пылеватый песок. Такой грунт по структуре немного напоминает обычную пыль благодаря минимальному размеру частиц, входящих в его состав. Сухая почва способна выдерживать нагрузки до 3, а влажная – не более 1 кг/см2.
7. Супесь – смесь, обладающая небольшой пластичностью и имеющая желтоватый или оранжевый оттенок. Такая почва характеризуется повышенной рассыпчатостью, даже будучи смоченной, поэтому несущая способность составляет в сухом виде 3, а во влажном виде – 0,7–2 кг/см2.

Во избежание серьезных проблем расчет нагрузки на свайный фундамент проводят, исходя из среднестатистического значения несущей способности грунта любого типа в сухом виде, которое принимают равным 2 кг/см2. Также обязательно определяют уровень залегания подземных вод. Если в отверстиях, выкопанных в земле для сбора сведений о почве, скапливается вода, необходимо замерить ее уровень.

При расчетах также не забудьте учесть длину и ширину свайно-винтового фундамента, а также степень его заглубленности.

Как проводятся расчеты нагрузки на свайный фундамент?

Чтобы приблизительно рассчитать нагрузку, которую способен выдержать свайно-винтовой фундамент без разрушения, необходимо произвести следующие расчеты:

1. Площадь стен, перекрытий, кровли и других элементов конструкции умножают на плотность строительных материалов, из которых они выполнены.
2. Снеговую нагрузку на кровлю определяют, умножив площадь крыши на среднестатистическую массу квадратного метра снежного покрова, являющуюся нормативной для данной местности.
3. Учитывают эксплуатационные нагрузки (их рассчитывают, исходя из показателя 100 кг на квадратный метр перекрытий строения).
4. Определяют вес самого основания, перемножив его объем с плотностью стройматериалов, из которых он изготовлен.
5. Все вышеперечисленные нагрузки складывают и умножают их на обязательный коэффициент надежности (часто равен 1,2).
6. Определяют площадь опоры одного свайного изделия, используя формулу r2*3,14, где r является радиусом сваи. Затем вычисляется общая опорная площадь фундамента: полученную величину умножают на общее число свай.
7. Рассчитывают практическую нагрузку на 1 см2 почвы, разделив общий вес строения на опорную площадь основания.
8. Получившуюся величину сравнивают с предельной нагрузкой на данный тип почвы согласно стандартам.

Очень важно подобрать сваи, длина которых и прочностные характеристики будут соответствовать конкретному типу почвы.

Как рассчитать нагрузку на фундамент в зависимости от типа материала для строительства?

То, сколько простоит без ремонта свайный фундамент, зависит и от того, какие материалы используются при строительстве. Для этого рекомендуется точно рассчитать вес строения, который будет постоянно давить на фундамент. Необходимо обратиться к справочным сведениям, в которых приведен удельный вес квадратного метра стены, перекрытий и крыши, и рассчитать общую массу здания. Затем рассчитывают общую площадь стен, кровли и перекрытий в квадратных метрах и умножают на нормативные величины, которые определяются типом материала для строительства.

Например, вы планируете построить двухэтажный дом размером 5х5 с высотой этажа 2 м и одной внутренней стеной. Длина наружных стен одного этажа будет равна (5+5)*2=20 м, к которой прибавляют длину внутренней стены, составляющую 5 м, то есть сумма составит 25 м. На двух этажах общая протяженность стен окажется равна 50 м, а их площадь – 50*2 м (высота этажа) = 100 м2.

Площадь чердачного перекрытия равна 5 м*5 м = 25 м2. Крыша несколько выступает за пределы строения, поэтому ее площадь рассчитываем как 6*6 м = 36 м2.

Если дом каркасный, удельный вес его стен в среднем равен согласно справочнику 40 кг/м2. Умножив эту величину, на общую площадь наружных и внутренних стен (в нашем случае 100 м2), получаем величину в 4000 кг. Точно так же рассчитываем предельно возможную в данном случае массу перекрытий и кровли, а затем все суммируем.

5.2.1. Расчёт осадок методом послойного суммирования.

Метод послойного суммирования (без учёта возможности бокового расширения грунта) рекомендован СНиП 2.02.01-83*.

На рис. 5.3. представлена расчётная схема метода.

Алгоритм расчёта:

Производится привязка фундамента к инженерно-геологической ситуации основания, т.е. совмещение его оси с литологической колонкой грунтов.

Определяется среднее давление на основание по подошве фундамента р

.

Строится эпюра природного давления по оси фундамента.

Определяется дополнительное вертикальное напряжение в плоскости подошвы фундамента: , где — природное давление в уровне подошвы фундамента.

Строится эпюра дополнительных напряжений .

Строится вспомогательная эпюра природного давления 0,2.

Определяют нижнюю границу сжимаемой толщи из условия 0,2=.

Сжимаемую толщу основания разбивают на элементарные слои толщиной hi

так, чтобы в пределах каждого слоя грунт был однородным,
hi
принимают не более 0,4b.

Зная дополнительное напряжение в середине каждого элементарного слоя , определяют сжатие этого слоя.

Общая осадка фундамента находится как сумма величин сжатия каждого элементарного слоя в пределах сжимаемой толщи:

где n

– число слоёв;
hi
– толщина i-го слоя;
Еi
и
m
ν,
i
– модуль деформации и коэф. относительной сжимаемости
i
-го слоя соответственно; β=0,8.

Характеристика грунта

Есть два вида грунта:

1. Естественный — залегает под фундаментом и обеспечивает устойчивость основания равномерно.
2. Искусственный — упрочняют специально: трамбуют, высушивают и тому подобное.

Две группы грунтов:

• Пучинистые — глинистый, песочный, мелкий.
• Непучинистые — гравий, крупный и средний, не содержат глину.

Бывают виды:

1. Скальный — сплошной, прочный, водоустойчивый, многолетний.
2. Крупнообломочный — гравий, галька, валуны.
3. Песчаный — сыпучие и сухие породы.
4. Глинистые — очень пластичный и создает гладкую поверхность.
5. Суглинок — глинистый, но хрупкий материал.
6. Супесь — хрупкий и не эластичный, но содержит небольшое количество глины.