Справочник

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.
ПРИМЕЧАНИЕ
Расчет оснований по несущей способности в первых двух случаях допускается не проводить, если конструктивными мероприятиями обеспечена невозможность смещения проектируемого фундамента.

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 dfn, 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 df, м, определяется по формуле

где dfn — нормативная глубина промерзания;

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

ПРИМЕЧАНИЕ
В районах с отрицательной среднегодовой температурой расчетная глубина промерзания грунта для неотапливаемых сооружений должна определяться теплотехническим расчетом в соответствии с требованиями СНиП по проектированию оснований и фундаментов на вечномерзлых грунтах.

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 kh

Особенности сооруженияКоэффициент kh при расчетной среднесуточной температуре воздуха в помещении, примыкающем к наружным фундаментам, °С
05101520 и более
Без подвала с полами, устраиваемыми:
по грунту0,90,80,70,60,5
на лагах по грунту1,00,90,80,70,6
по утепленному цокольному перекрытию1,01,00,90,80,7
С подвалом или техническим подпольем0,80,70,60,50,4

Примечания

1. Приведенные в таблице значения коэффициента kh относятся к фундаментам, у которых расстояние от внешней грани стены до края фундамента аf < 0,5 м; если аf ≥ 1,5 м, то значения коэффициента kh повышаются на 0,1, но не более чем до значения kh = 1; при промежуточном размере аf значения kh определяются по интерполяции.

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 kh принимается с округлением до ближайшего меньшего значения, указанного в таблице.

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

  • для наружных фундаментов (от уровня планировки) — по табл. 17;
  • для внутренних фундаментов — независимо от расчетной глубины промерзания грунтов.

Глубину заложения наружных фундаментов допускается назначать независимо от расчетной глубины промерзания, если:

  • фундаменты опираются на мелкие пески и специальными исследованиями на данной площадке установлено, что они не имеют пучинистых свойств, а также если специальными исследованиями и расчетами установлено, что деформации грунтов основания при их промерзании и оттаивании не нарушают эксплуатационную пригодность сооружения;
  • предусмотрены специальные теплотехнические мероприятия, исключающие промерзание грунтов.

Глубину заложения наружных и внутренних фундаментов отапливаемых сооружений с холодными подвалами и техническими подпольями (имеющими отрицательную температуру в зимний период) следует принимать по табл. 17, считая от пола до подвала или технического подполья.

Таблица 17. Глубина заложения фундаментов

Грунты под подошвой фундаментаГлубина заложения фундаментов в зависимости от глубины расположения уровня подземных вод dw, м, при:
dw ≤ df + 2dw > df + 2
Скальные, крупнообломочные с песчаным заполнителем, пески гравелистые, крупные и средней крупностиНе зависит от dfНе зависит от df
Пески мелкие и пылеватыеНе менее dfТо же
Супеси с показателем текучести:
IL < 0То же
IL ≥ 0
Cуглинки, глины, а также крупно-обломочные грунты с пылевато-глинистым заполнителем при показателе текучести грунта:
IL ≥ 0,25
IL <0,25Не менее 0,5 df

Примечание. Если глубина заложения фундаментов не зависит от расчетной глубины промерзания df, то соответствующие грунты, указанные в настоящей таблице, должны залегать до глубины не менее нормативной глубины промерзания dfn .

Глубина заложения наружных и внутренних фундаментов неотапливаемых сооружений должна назначаться по табл. 17. При этом глубина исчисляется:

при отсутствии подвала или технического подполья — от уровня планировки, а при наличии — от пола подвала или технического подполья.

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

Фундаменты сооружения или его отсека должны закладываться на одном уровне. При необходимости заложения соседних фундаментов на разных отметках их допустимая разность определяется исходя из условия:

, где a — расстояние между фундаментами в свету;

фI и cI — расчетные значения угла внутреннего трения и удельного сцепления грунта соответственно;

p — среднее давление под подошвой вышерасположенного фундамента от расчетных нагрузок (для расчета основания по несущей способности) .

3. Расчет оснований по деформациям

Цель расчета оснований по деформациям — ограничение абсолютных или относительных перемещений такими пределами, при которых гарантируется нормальная эксплуатация сооружения и не снижается его долговечность (вследствие появления недопустимых осадок, подъемов, кренов, изменений проектных уровней и положений конструкций, расстройств 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 с основанием.

При проектировании сооружений, расположенных в непосредственной близости от существующих, необходимо учитывать дополнительные деформации оснований существующих сооружений от воздействия проектируемых.

Деформации основания подразделяют на:

  • осадки — деформации, происходящие в результате уплотнения грунта под воздействием внешних нагрузок и в отдельных случаях собственного веса грунта, не сопровождающиеся коренным изменением его структуры;
  • просадки — деформации, происходящие в результате уплотнения и коренного изменения структуры грунта под воздействием как внешних нагрузок и собственного веса грунта, так и дополнительных факторов, таких, например, как замачивание просадочного грунта, оттаивание ледовых прослоек в замерзшем грунте и т. п.;
  • подъемы и осадки — деформации, связанные с изменением объема некоторых грунтов при изменении их влажности или воздействии химических веществ (набухание и усадка) и при замерзании воды и оттаивании льда в порах грунта (морозное пучение и оттаивание грунта);
  • оседания — деформации земной поверхности, вызываемые разработкой полезных ископаемых, изменением гидрогеологических условий, понижением уровня подземных вод, карстово-суффозионными процессами и т. п.;
  • горизонтальные перемещения — деформации, связанные с действием горизонтальных нагрузок на основание (фундаменты распорных систем, подпорные стены и т. д.) или со значительными вертикальными перемещениями поверхности при оседаниях, просадках грунтов от собственного веса и т. п.;
  • провалы — деформации земной поверхности с нарушением сплошности грунтов, образующиеся вследствие обрушения толщи грунтов над карстовыми полостями, горными выработками или зонами суффозионного выноса грунта.

Деформации основания в зависимости от причин возникновения подразделяют на два вида:

  • первый — деформации от внешней нагрузки на основание (осадки, просадки, горизонтальные перемещения);
  • второй — деформации, не связанные с внешней нагрузкой на основание и проявляющиеся в виде вертикальных и горизонтальных перемещений поверхности основания (оседания, просадки грунтов от собственного веса, подъемы и т. п.) .

Расчет оснований по деформациям должен проводиться исходя из условия совместной работы сооружения и основания.

Деформации основания допускается определять без учета совместной работы сооружения и основания в случаях:

  • оснований сооружений III уровня ответственности;
  • общей устойчивости массива грунта основания совместно с сооружением;
  • средних значений деформаций основания;
  • деформаций основания в стадии привязки типового проекта к местным грунтовым условиям.

Совместная деформация основания и сооружения может характеризоваться:

  • абсолютной осадкой (подъемом) основания s отдельного фундамента;
  •  средней осадкой основания сооружения ;
  • относительной разностью осадок (подъемов) двух фундаментов Δs / L  (L — расстояние между фундаментами);
  • креном фундамента (сооружения) i;
  • относительным прогибом или выгибом f / L (L — длина однозначно изгибаемого участка сооружения);
  • кривизной изгибаемого участка сооружения;
  • относительным углом закручивания сооружения;
  • горизонтальным перемещением фундамента (сооружения) uh . Расчет оснований по деформациям проводят, исходя из условия:

где s — совместная деформация основания и сооружения;

su — предельное значение совместной деформации основания и сооружения.

ПРИМЕЧАНИЕ
В необходимых случаях для оценки напряженно-деформированного состояния конструкций сооружений с учетом длительных процессов и прогноза времени консолидации основания следует рассчитывать осадки во времени.

Осадки основания, происходящие в процессе строительства (например, осадки от веса насыпей до устройства фундаментов, осадки до омоноличивания стыков строительных конструкций), допускается не учитывать, если они не влияют на эксплуатационную пригодность сооружений.

При расчете оснований по деформациям необходимо учитывать возможность изменения как расчетных, так и предельных значений за счет применения мероприятий по уменьшению деформаций оснований и влияния их на сооружения.

Расчет деформаций основания при среднем давлении под подошвой фундамента p, не превышающем расчетное сопротивление грунта R, следует выполнять, применяя расчетную схему в виде линейно деформируемого полупространства с условным ограничением глубины сжимаемой толщи Hc.

ПРИМЕЧАНИЕ
Деформации основания рекомендуется определять с учетом изменения свойств грунтов в результате природных и техногенных воздействий на грунты в открытом котловане.

Определение расчетного сопротивления грунта основания

При расчете деформаций основания среднее давление под подошвой фундамента p не должно превышать расчетное сопротивление грунта основания R, определяемое по формуле

,

где γc1 и γc2 — коэффициенты условий работы, принимаемые по табл. 18;

k — коэффициент, принимаемый равным 1, если прочностные характеристики грунта (ф и c) определены непосредственными испытаниями, и k = 1,1 в ином случае;

Mγ, Mq, Mc — коэффициенты, принимаемые по табл. 19;

kz — коэффициент, принимаемый равным 1 при b < 10 м; kz = z0 / b + 0,2, при b ≥ 10 м (здесь z0 = 8 м);

b — ширина подошвы фундамента, м (при бетонной или щебеночной подготовке толщиной hп допускается увеличивать b на 2hп);

γII — осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), кН/м3;

γ’II — то же для грунтов, залегающих выше подошвы фундамента, кН/м3;

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

d1 — глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, м.

При плитных фундаментах за d1 принимают наименьшее расстояние от подошвы плиты до уровня планировки. Определяется по формуле

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

hsf — толщина конструкции пола подвала, м;

γcf — расчетное значение удельного веса конструкции пола подвала, кН/м3;

db — глубина подвала, расстояние от уровня планировки до пола подвала, м (для сооружений с подвалом глубиной свыше 2 м принимают

равным 2 м) .

При бетонной или щебеночной подготовке толщиной hx допускается увеличивать d1 на hп.

Формулу для расчета сопротивления грунта основания можно применять при любой форме фундаментов в плане. Если подошва фундамента имеет форму круга или правильного многоугольника площадью A, то значение b принимают равным √А .

Расчетные значения удельного веса грунтов и материала пола подвала, входящие в формулу для расчета сопротивления грунта основания, допускается принимать равными их нормативным значениям.

Расчетное сопротивление грунта при соответствующем обосновании может быть увеличено, если конструкция фундамента улучшает условия его совместной работы с основанием, например фундаменты прерывистые, щелевые, с промежуточной подготовкой и др.

Для фундаментных плит с угловыми вырезами расчетное сопротивление грунта основания допускается увеличивать, применяя коэффициент kd по табл. 20.

Если d1 > d (d — глубина заложения фундамента от уровня планировки), то

в формуле расчета сопротивления грунта основания принимают d1 = d и db = 0.

Таблица 18. Коэффициенты γc1 и γc2

ГрунтыКоэффициент γc1Коэффициент γc2 для сооружений с жесткой конструктивной схемой при отношении длины сооружения или его отсека к высоте L / H, равном
4 и более1,5 и менее
Крупнообломочные с песчаным заполнителем и пески, кроме мелких и пылеватых1,41,21,4
Пески мелкие1,31,11,3
Пески пылеватые:
маловлажные и влажные1,251,01,2
насыщенные водой1,11,01,2
Глинистые, а также крупнообломочные с глинистым заполнителем с показателем текучести грунта или заполнителя IL ≤ 0,251,251,01,1
То же при 0,25< IL ≤ 0,51,21,01,1
То же при IL > 0,51,01,01,0

Примечания

1. К сооружениям с жесткой конструктивной схемой относят сооружения, конструкции которых специально приспособлены к восприятию усилий от деформации оснований.

2. Для зданий с гибкой конструктивной схемой значение коэффициента γc2 принимают равным 1.

3. При промежуточных значениях L / H коэффициент γc2 определяют интерполяцией.

4. Для рыхлых песков γc1 и γc2 принимают равными единице.

Таблица 19. Коэффициенты Mγ, Mq, Mc

Угол внутреннего трения II, град.Коэффициенты
MqMc
001,003,14
10,011,063,23
20,031,123,32
30,041,183,41
40,061,253,51
50,081,323,61
60,101,393,71
70,121,473,82
80,141,553,93
90,161,644,05
100,181,734,17
110,211,834,29
120,231,944,42
130,262,054,55
140,292,174,69
150,322,304,84
160,362,434,99
170,392,575,15
180,432,735,31
190,472,895,48
200,513,065,66
210,563,245,84
220,613,446,04
230,693,656,24
240,723,876,45
250,784,116,67
260,844,376,90
270,914,647,14
280,984,937,40
291,065,257,67
301,155,597,95
311,245,958,24
321,346,348,55
331,446,768,88
341,557,229,22
351,687,719,58
361,818,249,97
371,958,8110,37
382,119,4410,80
392,2810,1111,25
402,4610,8511,73
412,6611,6412,24
422,8812,5112,79
433,1213,4613,37
443,3814,5013,98
453,6615,6414,64

Расчетное сопротивление оснований R, сложенных рыхлыми песками, должно определяться с помощью специальных исследований. Значение R, найденное для рыхлых песков расчетным путем при γc1 = 1 и γc2 = 1, должно уточняться по результатам испытаний штампа (не менее трех) . Размеры и форма штампа должны быть близкими к форме и размерам проектируемого фундамента, но не менее 0,5 м2.

Значение R вычисляют на глубине заложения фундамента, определяемой от уровня планировки срезкой или подсыпкой. В последнем случае в проекте должно быть оговорено требование об устройстве насыпи до приложения полной нагрузки на фундаменты.

Допускается принимать глубину заложения фундамента от пола подвала менее 0,5 м, если удовлетворяется расчет по несущей способности.

Расчетные значения фII, cII и γII определяют при доверительной вероятности α, принимаемой для расчетов по II предельному состоянию равной 0,85.

Указанные характеристики находят для слоя грунта толщиной z ниже подошвы фундамента: z = b / 2 при b < 10 м и z = z1 + 0,1b при b ≥ 10 м (здесь z1 = 4 м) .

Если толща грунтов, расположенных ниже подошвы фундаментов или выше ее, неоднородна по глубине, то принимают средневзвешенные значения ее характеристик.

При назначении коэффициента условий работы γc2 следует иметь в виду, что к зданиям и сооружениям с жесткой конструктивной схемой относятся:

  • здания панельные, блочные и кирпичные, в которых междуэтажные перекрытия опираются по всему контуру на поперечные и продольные стены или только на поперечные несущие стены при малом их шаге;
  • сооружения типа башен, силосных корпусов, дымовых труб, домен и др.

Предварительные размеры фундаментов назначают по конструктивным соображениям или исходя из табличных значений расчетного сопротивления грунтов основания R0 в соответствии с СП 50-101-2004. Значениями R0 можно также пользоваться для окончательного задания размеров фундаментов сооружений III уровня ответственности, если основание сложено горизонтальными (уклон не более 0,1), выдержанными по толщине слоями грунта, сжимаемость которых не изменяется в пределах глубины, равной двойной ширине наибольшего фундамента, считая от его подошвы.

Расчетное сопротивление R основания, сложенного крупнообломочными грунтами, вычисляют на основе результатов непосредственных определений прочностных характеристик грунтов.

Если содержание заполнителя превышает 40 %, то значение R для крупнообломочных грунтов допускается определять по характеристикам заполнителя.

Расчетное сопротивление грунтов основания R при их уплотнении или устройстве грунтовых подушек должно определяться исходя из задаваемых проектом расчетных значений физико-механических характеристик уплотненных грунтов.

Для ленточных фундаментов, когда ширина типовых сборных железобетонных плит совпадает с шириной, полученной по расчету, могут быть применены плиты с угловыми вырезами.

Ленточные фундаменты могут проектироваться с прерывистой укладкой плит (прерывистые фундаменты) .

Расчетное сопротивление грунтов основания R для прерывистых фундаментов определяют как для ленточных с повышением значения R коэффициентом kd (см. табл. 20) .

Таблица 20. Коэффициент kd

Вид фундаментных плитЗначение коэффициента kd для песков (кроме рыхлых) и пылевато­глинистых грунтов соответственно при коэффициенте пористости е и показателе текучести IL
e ≤ 0,5e = 0,6e ≥ 0,7
IL ≤ 0IL = 0,25IL ≥ 0,5
Прямоугольные1,31,151,0
С угловыми вырезами1,31,151,15

Примечания

1. При промежуточных значениях e и IL коэффициент kd определяют интерполяцией.

2. Для плит с угловыми вырезами коэффициент kd учитывает возможное повышение R на 15 % .

Прерывистые фундаменты с повышением расчетного сопротивления основания не рекомендуются:

  • в грунтовых условиях I типа по просадочности при отсутствии поверхностного уплотнения грунта в пределах деформируемой зоны;
  • при сейсмичности 7 баллов и более.

При устройстве прерывистых фундаментов также могут применяться плиты с угловыми вырезами за исключением следующих случаев:

  • при залегании под подошвой фундаментов рыхлых песков;
  • при сейсмичности района 7 баллов и более (в этом случае можно применять плиты с угловыми вырезами, укладывая их в виде непрерывной ленты);
  • при неравномерном напластовании грунтов в пределах сооружения;
  • при залегании ниже подошвы фундаментов глинистых грунтов с показателем текучести IL > 0,5.

При совпадении ширины типовой сборной железобетонной плиты с шириной фундамента, полученной по расчету, плиты прямоугольной формы и с угловыми вырезами укладывают в виде непрерывной ленты. В этом случае расчетное сопротивление грунта основания R может быть повышено.

При несовпадении ширины фундамента, полученной по расчету, с шириной типовой сборной плиты, проектируют прерывистые фундаменты. Для прерывистых фундаментов, проектируемых с повышением расчетного сопротивления

основания, коэффициент повышения не должен быть больше значений, приведенных в табл. 20, а для плит прямоугольной формы, кроме того, не должен быть больше коэффициента k’d, приведенного в табл. 21.

Таблица 21. Коэффициент k’d

Расчетная ширина ленточного фундамента b, мШирина прерывистого фундамента bb, мk’d
1,31,41,07
1,51,61,11
1,72,01,18
1,82,01,17
1,92,01,09
2,12,41,18
2,22,41,13
2,32,41,1
2,52,81,17
2,62,81,15
2,72,81,12
2,93,21,13
3,03,21,11
3,13,21,09

Для фундаментов с промежуточной подготовкой переменной жесткости расчетное сопротивление грунта основания под бетонной частью определяют по формуле, приведенной выше. При этом расчетное сопротивление грунта основания под бетонной частью фундамента принимают не менее 2R .

Расчет осадки ленточных с угловыми вырезами и прерывистых фундаментов проводят как расчет сплошного ленточного фундамента на среднее давление, отнесенное к общей площади фундамента, включая промежутки между плитами и угловые вырезы.

При увеличении нагрузок на основание существующих сооружений (например, при реконструкции) расчетное сопротивление грунтов основания должно приниматься в соответствии с данными об их физико-механических свойствах с учетом типа и состояния фундаментов и надфундаментных конструкций сооружения, продолжительностью его эксплуатации, ожидаемых дополнительных осадок при увеличении нагрузок на фундаменты и их влияния на примыкающие сооружения.

Расчетное сопротивление грунта основания R может быть повышено в зависимости от соотношения расчетной осадки основания s (при давлении p, равном R) и предельной осадки su .

Рекомендуется принимать следующие значения повышенного расчетного сопротивления Rп:

  • 1,2R при s ≤ 0,4su;
  • R при s ≥ 0,7su;
  • определяют интерполяцией при 0,7su > s > 0,4su .

При соответствующем обосновании допускается при s ≤ 0,4su принимать Rп = 1,3R .

Указанное повышение давления не должно вызывать деформации основания больше 80 % предельных и превышать значение давления из условия расчета основания по несущей способности в соответствии с требованиями СП 50-101-2004.

При наличии в пределах сжимаемой толщи основания на глубине z от подошвы фундамента слоя грунта меньшей прочности, чем прочность грунта вышележащих слоев, размеры фундамента должны назначаться такими, чтобы для суммарного напряжения σz обеспечивалось условие

где σzp, σzy и σzg — вертикальные напряжения в грунте на глубине z от подошвы фундамента, кПа;

Rz — расчетное сопротивление грунта пониженной прочности, кПа, на глубине z для условного фундамента шириной b2, м, равной:

,

где Az = N / σzp ; a = (l – b / 2),

здесь N — вертикальная нагрузка на основание от фундамента;

l и b — длина и ширина фундамента соответственно.

Давление на грунт у края подошвы внецентренно нагруженного фундамента (вычисленное в предположении линейного распределения давления под подошвой фундамента при нагрузках, принимаемых для расчета оснований по деформациям) должно определяться с учетом заглубления фyндамента в грунт и жесткости надфундаментных конструкций. Краевое давление при действии изгибающего момента вдоль каждой оси фундамента не должно превышать 1,2R и в угловой точке — 1,5R (здесь R — расчетное сопротивление грунта основания) .

При расчете внецентренно нагруженных фундаментов эпюры давлений могут быть трапециевидные и треугольные, в том числе укороченной длины, обозначающие краевой отрыв подошвы фундамента от грунта при относительном эксцентриситете равнодействующей e более l / 6 (рис. 1) .

Эпюры давлений по подошве фундаментов при центральной и внецентренной нагрузках

Рис. 1. Эпюры давлений по подошве фундаментов при центральной и внецентренной нагрузках: а–г — при отсутствии нагрузок на полы; д–з — при сплошной равномерно распределенной нагрузке интенсивностью q; а и д — при центральной нагрузке; б и е — при эксцентриситете нагрузки e < l / 6; в и ж — при e = l / 6; г и з — при e > l / 6 (с частичным отрывом фундамента от грунта)

Для фундаментов колонн зданий, оборудованных мостовыми кранами грузоподьемностью 75 т и выше, для фундаментов колонн открытых крановых эстакад при кранах грузоподъемностью свыше 15 т, для сооружений башенного типа (труб, домен и др.), а также для всех видов сооружений при расчетном сопротивлении грунта основания R < 150 кПа размеры фундаментов рекомендуется назначать такими, чтобы эпюра давлений была трапециевидной, с отношением краевых давлений pmin / pmax ≥ 0,25.

В остальных случаях для фундаментов зданий с мостовыми кранами допускается треугольная эпюра с относительным эксцентриситетом равнодействующей e, равным l / 6.

Для фундаментов бескрановых зданий с подвесным транспортным оборудованием допускается треугольная эпюра давлений с нулевой ординатой на расстоянии не более 1/4 длины подошвы фундамента, что соответствует относительному эксцентриситету равнодействующей e не более l / 4.

Требования, ограничивающие допустимый эксцентриситет, относятся к любым основным сочетаниям нагрузок.

При значительных моментных нагрузках с целью уменьшения краевых давлений рекомендуется применение фундаментов с анкерами.

Краевые давления p, кПа, определяют по формулам:

  • при относительном эксцентриситете e / l ≤ 1/6:

  • при относительном эксцентриситете e / l > 1/6:

где N — сумма вертикальных нагрузок, действующих на основание, кроме веса фундамента и грунта на его обрезах, и определяемых при расчете основания по деформациям, кН;

A — площадь подошвы фундамента, м2;

γmt — средневзвешенное значение удельных весов тела фундамента, грунта и пола, расположенных над подошвой фундамента; принимают равным 20 кН/м3;

d — глубина заложения фундамента, м;

M — момент от равнодействующей всех нагрузок, действующих по подошве фундамента, найденных с учетом заглубления фундамента в грунте и перераспределяющего влияния верхних конструкций или без этого учета, кН·м;

W — момент сопротивления площади подошвы фундамента, м3;

C0 — расстояние от точки приложения равнодействующей до края фундамента по его оси, м, определяемое по формуле

e — эксцентриситет нагрузки по подошве фундамента, м, определяемый по формуле

При наличии моментов Mx и My, действующих в двух направлениях, параллельных осям х и у прямоугольного фундамента, наибольшее давление в угловой точке pmax, кПа, определяют по формуле

При наличии на полах сплошной равномерно распределенной нагрузки интенсивностью q краевые и средние эпюры давления по подошве следует увеличивать на нагрузку q (см. рис. 2.1) .

Нагрузку на полы промышленных зданий q допускается принимать равной 20 кПа, если в технологическом задании на проектирование не указывается ее большее значение.

Определение осадки основания

Осадку основания s, см, с использованием расчетной схемы в виде линейно деформируемого полупространства определяют методом послойного суммирования по формуле

где β — безразмерный коэффициент, равный 0,8;

σzp,i — среднее значение вертикального нормального напряжения (далее — вертикальное напряжение) от внешней нагрузки в i-м слое грунта по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента, кПа;

hi — толщина i-го слоя грунта, см, принимаемая не более 0,4 ширины фундамента;

Ei — модуль деформации i-го слоя грунта по ветви первичного нагружения, кПа;

σzy,i — среднее значение вертикального напряжения в i-м слое грунта по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента, от собственного веса выбранного при отрывке котлована грунта, кПа;

Ee,i — деформации i-го слоя грунта по ветви вторичного нагружения, кПа;

n — количество слоев, на которые разбита сжимаемая толща основания.

При этом распределение вертикальных напряжений по глубине основания принимают в соответствии со схемой, приведенной на рис. 2.

При отсутствии опытных определений модуля деформации Ee,i для сооружений II и III уровней ответственности можно принимать Ee,i = 5Ei .

Средние значения напряжений σzp,i и σzy,i в i-м слое грунта допускается вычислять как полусумму соответствующих напряжений на верхней zi–1 и нижней zi границах слоя.

При возведении сооружения в отрываемом котловане нужно различать три следующих значения вертикальных напряжений: σzg — от собственного веса грунта до начала строительства; σzu — после отрывки котлована; σz — после возведения сооружения.

Рис. 2. Схема распределения вертикальных напряжений в линейно-деформируемом полупространстве: DL — отметка планировки; NL — отметка поверхности природного рельефа; FL — отметка подошвы фундамента; WL — уровень подземных вод; BC — нижняя граница сжимаемой толщи; d и dn — глубина заложения фундамента от уровня планировки и поверхности природного рельефа соответственно; b — ширина фундамента; p — среднее давление под подошвой фундамента; σzg и σzg,0 — вертикальное напряжение от собственного веса грунта на глубине z от подошвы фундамента и на уровне подошвы; σzp и σzp,0 — вертикальное напряжение от внешней нагрузки на глубине z от подошвы фундамента и на уровне подошвы; σzy,i — вертикальное напряжение от собственного веса вынутого в котловане грунта в середине i-го слоя на глубине z от подошвы фундамента; Hc — глубина сжимаемой толщи

Вертикальные напряжения от внешней нагрузки σzp = σz – σzu зависят от размеров, формы и глубины заложения фундамента, распределения давления на грунт по его подошве и свойств грунтов основания. Для прямоугольных, круглых и ленточных фундаментов значения σzp, кПа, на глубине z от подошвы фундамента по вертикали, проходящей через центр подошвы, определяют по формуле

где α — коэффициент, принимаемый по табл. 22 в зависимости от относительной глубины ζ, равной 2z / b;

p — среднее давление под подошвой фундамента, кПа.

Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на отметке подошвы фундамента σzy = σzg – σzu, кПа, на глубине z от подошвы прямоугольных, круглых и ленточных фундаментов определяют по формуле

где α — то же, что и в предыдущем случае;

σzg,0 — вертикальное напряжение от собственного веса грунта на отметке подошвы фундамента, кПа (при планировке срезкой σzg,0 = γ’d, при отсутствии планировки и планировке подсыпкой σzg,0 = γ’dn, где γ’ — удельный вес грунта, кН/м3, расположенного выше подошвы; d и dn, м, — см. рис. 2) .

При расчете осадки фундаментов, возводимых в котлованах глубиной менее 5 м, допускается не учитывать второе слагаемое.

Если среднее давление под подошвой фундамента p ≤ σzp,0, то осадку фундамента определяют по формуле

Вертикальные напряжения от внешней нагрузки на глубине z от подошвы фундамента σzp,c кПа, по вертикали, проходящей через угловую точку прямоугольного фундамента, определяют по формуле

где ζ — коэффициент, принимаемый по табл. 22 в зависимости от значения

ζ = 2z / b .

Таблица 22. Коэффициент α для фундаментов

ζКоэффициент α для фундаментов
круглыхпрямоугольных с соотношением сторон η = l / b, равнымленточных ( η ≥ 10)
1,01,41,82,43,25
01,0001,0001,0001,0001,0001,0001,0001,000
0,40,9490,9600,9720,9750,9760,9770,9770,977
0,80,7560,8000,8480,8660,8760,8790,8810,881
1,20,5470,6060,6820,7170,7390,7490,7540,755
1,60,3900,4490,5320,5780,6120,6290,6390,642
2,00,2850,3360,4140,4630,5050,5300,5450,550
2,40,2140,2570,3250,3740,4190,4490,4700,477
2,80,1650,2010,2600,3040,3490,3830,4100,420
3,20,1300,1600,2100,2510,2940,3290,3600,374
3,60,1060,1310,1730,2090,2500,2850,3190,337
4,00,0870,1080,1450,1760,2140,2480,2850,306
4,40,0730,0910,1230,1500,1850,2180,2550,280
4,80,0620,0770,1050,1300,1610,1920,2300,258
5,20,0530,0670,0910,1130,1410,1700,2080,239
5,60,0460,0580,0790,0990,1240,1520,1890,223
6,00,0400,0510,0700,0870,1100,1360,1730,208
6,40,0360,0450,0620,0770,0990,1220,1580,196
6,80,0310,0400,0550,0640,0880,1100,1450,185
7,20,0280,0360,0490,0620,0800,1000,1330,175
7,60,0240,0320,0440,0560,0720,0910,1230,166
8,00,0220,0290,0400,0510,0660,0840,1130,158
8,40,0210,0260,0370,0460,0600,0770,1050,150
8,80,0190,0240,0330,0420,0550,0710,0980,143
9,20,0170,0220,0310,0390,0510,0650,0910,137
9,60,0160,0200,0280,0360,0470,0600,0850,132
10,00,0150,0190,0260,0330,0430,0560,0790,126
10,40,0140,0170,0240,0310,0400,0520,0740,122
10,80,0130,0160,0220,0290,0370,0490,0690,117
11,20,0120,0150,0210,0270,0350,0450,0650,113
11,60,0110,0140,0200,0250,0330,0420,0610,109
12,00,0100,0130,0180,0230,0310,0400,0580,106

Примечания

1. В таблице обозначено: b — ширина или диаметр фундамента, l — длина фундамента.

2. Для фундаментов, имеющих подошву в форме правильного многоугольника с площадью A, значения α принимают как для круглых фундаментов радиусом .

3. Для промежуточных значений ζ и η коэффициенты α определяют интерполяцией.

Вертикальные напряжения σzp,a, кПа, на глубине z от подошвы фундамента по вертикали, проходящей через произвольную точку A (в пределах или за пределами рассматриваемого фундамента с давлением по подошве, равным p), определяют алгебраическим суммированием напряжений σzp,cj, кПа, в угловых точках четырех фиктивных фундаментов (рис. 3) по формуле

Схема к определению вертикальных напряжений в основании рассчитываемого фундамента с учетом влияния соседнего фундамента методом угловых точек

Рис. 3. Схема к определению вертикальных напряжений в основании рассчитываемого фундамента с учетом влияния соседнего фундамента методом угловых точек: а — схема расположения рассчитываемого (1) и влияющего (2) фундамента; б — схема расположения фиктивных фундаментов с указанием знака напряжений σzp,cj под углом j-го фундамента

Вертикальные напряжения σzp,nf, кПа, на глубине z от подошвы фундамента по вертикали, проходящей через центр рассчитываемого фундамента, с учетом влияния соседних фундаментов или нагрузок на прилегающие площади определяют по формуле

где σzp,ai — вертикальные напряжения от соседнего фундамента или нагрузок;

k — количество влияющих фундаментов или нагрузок.

При сплошной равномерно распределенной нагрузке на поверхности земли интенсивностью q, кПа (например, от веса планировочной насыпи) значение

σzp,nf для любой глубины z определяют по формуле

Вертикальное напряжение от собственного веса грунта σzp, кПа, на границе слоя, расположенного на глубине z от подошвы фундамента, определяется по формуле

где γ’ — удельный вес грунта, расположенного выше подошвы фундамента, кН/м3;

dn — см. рис. 2, м;

γi и hi— удельный вес, кН/м3, и толщина i-го слоя грунта, м, соответственно.

Удельный вес грунтов, залегающих ниже уровня подземных вод, но выше водоупора, должен приниматься с учетом взвешивающего действия воды.

При определении σzg в водоупорном слое и ниже его следует учитывать давление столба воды, расположенного выше водоупорного слоя.

Нижнюю границу сжимаемой толщи основания принимают на глубине z = Hc, если выполняется условие σzp = kσzg, где:

  • k = 0,2 при b ≤ 5 м;
  • k = 0,5 при b > 20 м;
  • при 5 < b ≤ 20 м k определяют интерполяцией; при этом глубина сжимаемой толщи не должна быть меньше b / 2 при b ≤ 10 м и (4 + 0,1b) при b > 10 м.

Если в пределах глубины Hc, найденной по указанным выше условиям, залегает слой грунта с модулем деформации E > 100 МПа, то сжимаемую толщу допускается принимать до кровли этого грунта.

Если найденная по указанным выше условиям нижняя граница сжимаемой толщи находится в слое грунта с модулем деформации E < 5 МПа или такой слой залегает непосредственно ниже глубины z = Hc, то этот слой включают в сжимаемую толщу, а за Hc принимают минимальное из значений, соответствующих подошве слоя или глубине, где выполняется условие σzp = 0,1σzg .

При расчете осадки различных точек плитного фундамента глубину сжимаемой толщи можно принимать постоянной в пределах всего плана фундамента (при отсутствии в ее составе грунтов с модулем деформации E > 100 МПа) .

При возведении нового объекта на застроенной территории дополнительные деформации оснований существующих сооружений от воздействия нового сооружения необходимо определять с учетом разгрузки от выемки грунта в котловане, вертикальной нагрузки от вновь возводимого сооружения и других факторов, используя численные методы. Для расчета дополнительных деформаций, вызванных вертикальными нагрузками от вновь возводимого сооружения, допускается использовать расчетную схему в виде линейно-деформируемого полупространства.

При выборе метода расчета необходимо учитывать уровень ответственности существующего сооружения, конструктивные особенности и типы фундаментов нового и существующего сооружений, глубину котлована, а также метод строительства.

Определение крена фундамента

Крен отдельных фундаментов или сооружений в целом должен вычисляться с учетом момента в уровне подошвы фундамента, влияния соседних фундаментов, нагрузок на прилегающие площади и неравномерности сжимаемости основания.

При определении кренов фундаментов, кроме того, необходимо учитывать заглубление фундамента, жесткость надфундаментной конструкции, а также возможность увеличения эксцентриситета нагрузки из-за наклона фундамента (сооружения) .

Крен фундамента i при действии внецентренной нагрузки определяют по формуле

где ke — коэффициент, принимаемый по табл. 2.23;

E и v — модуль деформации, кПа, и коэффициент поперечной деформации

грунта основания (значение v принимают по табл. 24) соответственно; при неоднородном основании значения E и v принимают средними в пределах сжимаемой толщи;

N — вертикальная составляющая равнодействующей всех нагрузок на фундамент в уровне его подошвы, кН;

e — эксцентриситет, м;

a — диаметр круглого или сторона прямоугольного фундамента (м), в направлении которой действует момент; для фундамента с подошвой в форме правильного многоугольника площадью A принимают:  

Таблица 23. Коэффициент ke

Форма фундамента и направление действия моментаКоэффициент ke при h = l / b, равном
11,21,523510
Прямоугольный с моментом вдоль большей стороны0,500,570,680,821,171,422,00
Прямоугольный с моментом вдоль меньшей стороны0,500,430,360,280,200,120,07
Круглый0,75

Таблица 24. Коэффициент поперечной деформации

ГрунтыКоэффициент поперечной деформации n
Крупнообломочные грунты0,27
Пески и супеси0,30–0,35
Суглинки0,35–0,37
Глины при показателе текучести IL:
IL ≤ 00,20–0,30
0 < IL ≤ 0,250,30–0,38
0,25 < IL ≤ 10,38–0,45

Примечание. Меньшие значения  применяют при большей плотности грунта.

Крен фундамента, возникающий в результате неравномерности сжимаемости основания, следует определять численными методами.

Средние (в пределах сжимаемой толщи Hc) значения модуля деформации , кПа, и коэффициента Пуассона v грунтов основания определяют по формулам:

где Ai — площадь эпюры вертикальных напряжений от единичного давления под подошвой фундамента в пределах i-го слоя грунта (допускается принимать Ai = σzp,ihi);

Ei, vi, hi — соответственно модуль деформации, кПа, коэффициент поперечной деформации и толщина i-го слоя грунта, см;

Hc — сжимаемая толща, см;

n — количество слоев, отличающихся значениями E и v в пределах сжимаемой толщи Hc .

Предельные деформации основания

Предельные значения совместной деформации основания и сооружения su,s и su,f устанавливают исходя из необходимости соблюдения:

  • технологических или архитектурных требований к деформации сооружения (изменение проектных уровней и положений сооружения в целом, отдельных его элементов и оборудования, включая требования к нормальной работе лифтов, кранового оборудования, подъемных устройств элеваторов и т. п.) — su,s;
  • требований к прочности, устойчивости и трещиностойкости конструкций, включая общую устойчивость сооружения, — su,f .

Предельные значения совместной деформации основания и сооружения по

технологическим или архитектурным требованиям su,s должны устанавливаться соответствующими нормами проектирования сооружений, правилами технической эксплуатации оборудования или заданием на проектирование с учетом в необходимых случаях рихтовки оборудования в процессе эксплуатации.

Соблюдение условия s ≤ su,s проверяют при разработке типовых и индивидуальных проектов в составе расчетов сооружения во взаимодействии с основанием после соответствующих расчетов конструкций сооружения по прочности, устойчивости и трещиностойкости.

Предельные значения совместной деформации основания и сооружения по условиям прочности, устойчивости и трещиностойкости конструкций su,f должны устанавливаться при проектировании на основе расчета сооружения во взаимодействии с основанием.

Значение su,f допускается не устанавливать для сооружений значительной жесткости и прочности (например, зданий башенного типа, домен), а также для сооружений, в конструкциях которых не возникают усилия от неравномерных осадок основания (например, различного рода шарнирных систем) .

При разработке типовых проектов сооружений на основе значений su,s и su,f нужно устанавливать следующие критерии допустимости применения этих проектов, упрощающие расчет оснований по деформациям при их привязке к местным грунтовым условиям:

  • предельные значения степени изменчивости сжимаемости грунтов aE основания, соответствующие различным значениям среднего модуля деформации грунтов в пределах плана сооружения E или средней осадки основания s;
  • предельную неравномерность деформаций основания Δs°u нулевой жесткости сооружения;
  • перечень грунтов с указанием их простейших характеристик свойств, а также характера напластований, при наличии которых не требуется выполнять расчет оснований по деформациям.
ПРИМЕЧАНИЕ
Степень изменчивости сжимаемости основания αE определяют отношением наибольшего значения приведенного по глубине модуля деформации грунтов основания в пределах плана сооружения к наименьшему значению.Среднее значение модуля деформации грунтов основания E в пределах плана сооружения определяют как средневзвешенное с учетом изменения сжимаемости грунтов по глубине и в плане сооружения.

В проектах сооружений, расчетная осадка которых превышает 8 см, следует предусматривать соответствующий строительный подъем сооружения, а также мероприятия, не допускающие изменений проектных уклонов вводов и выпусков инженерных коммуникаций и обеспечивающие сохранность коммуникаций в местах их пересечения со стенами сооружения.

Расчет деформаций основания можно не выполнять, если среднее давление под фундаментами проектируемого сооружения не превышает расчетное сопротивление грунтов основания и выполняется одно из следующих условий:

  • степень изменчивости сжимаемости основания меньше предельной;
  • инженерно-геологические условия площадки строительства соответствуют области применения типового проекта;
  • грунтовые условия площадки строительства сооружений, перечисленных в табл. 25, относятся к одному из вариантов, указанных в этой же таблице.

Таблица 25. Грунтовые условия

СооруженияВарианты грунтовых условий
1. Производственные здания.

Одноэтажные с несущими конструкциями, малочувствительными к неравномерным осадкам (например, стальной или железобетонный каркас на отдельных фундаментах при шарнирном опирании ферм, ригелей), и с мостовыми кранами грузоподъемностью до 50 т включительно.

Многоэтажные до 6 этажей включительно с сеткой колонн не более 6×9 м.

2. Жилые и общественные здания.

Прямоугольной формы в плане без перепадов по высоте с полным каркасом и бескаркасные с несущими стенами из кирпича, крупных блоков или панелей:

а) протяженные многосекционные высотой до 9 этажей включительно;

б) несблокированные башенного типа высотой до 14 этажей включительно

1. Крупнообломочные грунты при содержании заполнителя менее 40 % .

2. Пески любой крупности, кроме пылеватых, плотные и средней плотности.

3. Пески любой крупности, только плотные.

4. Пески любой крупности, только средней плотности при коэффициенте пористости e ≤ 0,65.

5. Супеси при e ≤ 0,65, суглинки при e ≤ 0,85 и глины при e ≤ 0,95, если диапазон изменения коэффициента пористости этих грунтов на площадке не превышает 0,2, а IL ≤ 0,5.

6. Пески, кроме пылеватых, при e ≤ 0,7 в сочетании с глинистыми грунтами при e < 0,5 и IL < 0,5 независимо от порядка их залегания

Примечания

1. Таблицей допускается пользоваться для сооружений, в которых площади отдельных фундаментов под несущие конструкции отличаются не более чем в два раза, а также для сооружений иного назначения при аналогичных конструкциях и нагрузках.

2. Таблица не распространяется на производственные здания с нагрузками на полы свыше 20 кПа.

4. Расчет оснований по несущей способности

Цель расчета оснований по несущей способности — обеспечение прочности и устойчивости оснований, а также недопущение сдвига фундамента по подошве и его опрокидывания. Принимаемая в расчете схема разрушения основания (при достижении им предельного состояния) должна быть как статически, так и кинематически возможна для данного воздействия и конструкции фундамента или сооружения.

Расчет оснований по несущей способности проводят, исходя из условия:

где F — расчетная нагрузка на основание, кН;

Fu — сила предельного сопротивления основания, кН;

γc — коэффициент условий работы, принимаемый:

  • для песков, кроме пылеватых — 1,0;
  • для песков пылеватых, а также глинистых грунтов в стабилизированном состоянии — 0,9;
  • для глинистых грунтов в нестабилизированном состоянии — 0,85;
  • для скальных грунтов: невыветрелых и слабовыветрелых — 1,0; выветрелых — 0,9; сильновыветрелых — 0,8.

γn — коэффициент надежности по назначению сооружения, принимаемый равным 1,2; 1,15 и 1,10 соответственно для сооружений I, II и III уровней ответственности.

При неоднородных грунтах средневзвешенное значение γc принимают в пределах толщины b1 + 0,1b (но не более 0,5b) под подошвой фундамента, где b — сторона фундамента, м, в направлении которой предполагается потеря устойчивости, а b1 = 4 м.

Вертикальную составляющую силу предельного сопротивления основания Nu, кН, сложенного скальными грунтами, независимо от глубины заложения фундамента вычисляют по формуле

где Rc — расчетное значение предела прочности на одноосное сжатие скального грунта, кПа;

b’ и l’ — соответственно приведенные ширина и длина фундамента, м, вычисляемые по формулам

где eb и el — соответственно эксцентриситеты приложения равнодействующей нагрузок в направлении поперечной и продольной осей фундамента, м.

Сила предельного сопротивления основания, сложенного дисперсными грунтами в стабилизированном состоянии, должна определяться исходя из условия, что соотношение между нормальными σ и касательными τ напряжениями по всем поверхностям скольжения, соответствующее предельному состоянию основания, подчиняется зависимости

где фI и cI — соответственно расчетные значения угла внутреннего трения и удельного сцепления грунта.

Сила предельного сопротивления основания, сложенного медленно уплотняющимися водонасыщенными глинистыми, органоминеральными и органическими грунтами (при степени влажности Sr ≥ 0,85 и коэффициенте консолидации cv ≤ 107 см2/год), должна определяться с учетом возможного нестабилизированного состояния грунтов основания за счет избыточного давления в поровой воде u . При этом соотношение между нормальными σ и касательными τ напряжениями принимают по зависимости

где фI и cI— соответствуют стабилизированному состоянию грунтов основания и определяются по результатам консолидированного среза (ГОСТ 12248-2010 и ГОСТ 20276-99) .

Избыточное давление в поровой воде допускается определять методами фильтрационной консолидации грунтов с учетом скорости приложения нагрузки на основание.

При соответствующем обосновании (высокие темпы возведения сооружения или нагружения его эксплуатационными нагрузками, отсутствие в основании дренирующих слоев грунта или дренирующих устройств) допускается в запас надежности принимать фI = 0, а cI — соответствующим нестабилизированному

состоянию грунтов основания и равным прочности грунта по результатам неконсолидированного среза cu (ГОСТ 12248-2010 и ГОСТ 20276-99) .

При проверке несущей способности основания фундамента нужно учитывать, что потеря устойчивости может происходить по следующим возможным вариантам (в зависимости от соотношения вертикальной и горизонтальной составляющих равнодействующей, а также значения эксцентриситета):

  • плоский сдвиг по подошве;
  • глубинный сдвиг;
  • смешанный сдвиг (плоский сдвиг по части подошвы и глубинный сдвиг по поверхности, охватывающей оставшуюся часть подошвы) .

Необходимо учитывать форму фундамента и характер его подошвы, наличие связей фундамента с другими элементами сооружения, напластование и свойства грунтов основания.

Устойчивость основания отдельного фундамента следует проверять с учетом работы основания всего сооружения в целом.

Расчет оснований по несущей способности в общем случае нужно выполнять методами теории предельного равновесия, основанными на поиске наиболее опасной поверхности скольжения и обеспечивающими равенство сдвигающих и удерживающих сил. Возможные поверхности скольжения, отделяющие сдвигаемый массив грунта от неподвижного, могут быть приняты круглоцилиндрическими, ломаными, в виде логарифмической спирали и другой формы.

Возможные поверхности скольжения могут полностью или частично совпадать с выраженными ослабленными поверхностями в грунтовом массиве или пересекать слои слабых грунтов. При их выборе необходимо учитывать ограничения на перемещения грунта, вытекающие из конструктивных особенностей сооружения. При расчете должны учитываться различные сочетания нагрузок, отвечающие как периоду строительства, так и периоду эксплуатации сооружения.

Для каждой возможной поверхности скольжения вычисляют предельную нагрузку. При этом используют соотношения между вертикальными, горизонтальными и моментными компонентами нагрузки, которые ожидаются в момент потери устойчивости, и описывают нагрузку одним параметром. Этот параметр определяется из условия равновесия сил (в проекции на заданную ось) или моментов (относительно заданной оси) . В качестве предельной нагрузки принимают минимальное значение.

В число рассматриваемых при определении равновесия сил включают вертикальные, горизонтальные и моментные нагрузки от сооружения, вес грунта, фильтрационные силы, силы трения и сцепления по выбранной поверхности скольжения, активное и (или) пассивное давление грунта на сдвигаемую часть грунтового массива вне поверхности скольжения.

Вертикальную составляющую силы предельного сопротивления Nu, кН,

основания, сложенного дисперсными грунтами в стабилизированном состоянии, допускается определять по формуле, приведенной ниже, если фундамент имеет плоскую подошву и грунты основания ниже подошвы однородны до глубины не менее ее ширины, а при различной вертикальной пригрузке с разных сторон фундамента интенсивность большей из них не превышает 0,5R (R — расчетное сопротивление грунта основания):

где Nγ, Nq, Nc — безразмерные коэффициенты несущей способности, определяемые по табл. 2.26 в зависимости от расчетного значения угла внутреннего трения грунта фI и угла наклона к вертикали δ равнодействующей внешней нагрузки на основание F в уровне подошвы фундамента;

γI и γ’— расчетные значения удельного веса грунтов, кН/м3, находящихся в пределах возможной призмы выпирания соответственно ниже и выше подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяют с учетом взвешивающего действия воды для грунтов, расположенных выше водоупора);

cI — расчетное значение удельного сцепления грунта, кПа;

d — глубина заложения фундамента, м (при неодинаковой вертикальной пригрузке с разных сторон фундамента принимают значение d, соответствующее наименьшей пригрузке, например, со стороны подвала);

ξγ, ξq, ξc — коэффициенты формы фундамента, определяемые по формулам:

здесь η = l / b; l и b — соответственно длина и ширина подошвы фундамента, м, принимаемые в случае внецентренного приложения равнодействующей нагрузки равными приведенным значениям l’ и b’ .

Если η = l / b < 1, то следует принимать η = 1.

Таблица 26. Коэффициенты несущей способности

Угол вну­ треннего трения грунта фI, град.Обозна­ чение коэффи­ циентовКоэффициенты несущей способности Nγ , Nq, Nc при углах наклона к вертикали равнодействующей внешней нагрузки δ, град., равных
051015202530354045
0

Nq

Nc

0

1,00

5,14

5

Nq

Nc

0,20

1,57

6,49

δ’ = 4,9
10

Nq

Nc

0,60

2,47

8,34

0,42

2,16

6,57

δ’ = 9,8
15

Nq

Nc

1,35

3,94

10,98

1,02

3,45

9,13

0,61

2,84

6,88

δ’ = 14,5
20

Nq

Nc

2,88

6,40

14,84

2,18

5,56

12,53

1,47

4,64

10,02

0,82

3,64

7,26

δ’ = 18,9
25

Nq

Nc

5,87

10,66

20,72

4,50

9,17

17,53

3,18

7,65

14,26

2,00

6,13

10,99

1,05

4,58

7,68

δ’ = 22,9
30

Nq

Nc

12,39

18,40

30,14

9,43

15,63

25,34

6,72

12,94

20,68

4,44

10,37

16,23

2,63

7,96

12,05

1,29

5,67

8,09

δ’ = 26,5
35

Nq

Nc

27,50

33,30

46,12

20,58

27,86

38,36

14,63

22,77

31,09

9,79

18,12

24,45

6,08

13,94

18,48

3,38

10,24

13,19

δ’ = 29,8
40

Nq

Nc

66,01

64,19

75,31

48,30

52,71

61,63

33,84

42,37

49,31

22,56

33,26

38,45

14,18

25,39

29,07

8,26

18,70

21,10

4,30

13,11

14,43

δ’ = 32,7
45

Nq

Nc

177,61

134,87

133,87

126,09

108,24

107,23

86,20

85,16

84,16

56,50

65,58

64,58

32,26

49,26

48,26

20,73

35,93

34,93

11,26

25,24

24,24

5,45

16,82

15,82

δ’ = 35,2

Примечания

1. При промежуточных значениях фI и δ коэффициенты Nγ, Nq и Nc допускается определять интерполяцией.

2. В фигурных скобках приведены значения коэффициентов несущей способности, соответствующие предельному значению угла наклона нагрузки.

Угол наклона к вертикали равнодействующей внешней нагрузки на основание определяют из условия

где Fh и Fv — соответственно горизонтальная и вертикальная составляющие внешней нагрузки F на основание в уровне подошвы фундамента, кН.

Расчет допускается выполнять, если соблюдается условие

При неодинаковой пригрузке с разных сторон фундамента в составе горизонтальных нагрузок следует учитывать активное давление грунта.

Если условие tg δ < sin фI не выполняется, то проводят расчет фундамента на сдвиг по подошве.

При соотношении сторон фундамента η > 5 фундамент рассматривается как ленточный и коэффициенты ξγ, ξq и ξc принимают равными 1.

Расчет фундамента на сдвиг по подошве проводят исходя из условия

где — суммы проекций на плоскость скольжения соответственно расчетных сдвигающих и удерживающих сил, кН, определяемых с учетом активного и пассивного давлений грунта на боковые грани фундамента, коэффициента трения подошвы фундамента по грунту, а также силы гидростатического противодавления (при уровне подземных вод выше подошвы фундамента) .

Во всех случаях, если на фундамент действуют горизонтальные нагрузки и основание сложено грунтами в нестабилизированном состоянии, нужно рассчитывать фундамент на сдвиг по подошве.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *