≡× МЕНЮ

• Квартира
• Стены
• Потолок
• Туалет
• Электрика

Основания и фундаменты на пучинистых грунтах. Руководство по проектированию оснований и фундаментов на пучинистых грунтах. Расчет параметров основания

В Рекомендациях изложены инженерно-мелиоративные, строительно-конструктивные и термохимические мероприятия по борьбе с вредным влиянием морозного пучения грунтов на фундаменты зданий и сооружений, а также даны основные требования к производству строительных работ по нулевому циклу.

Рекомендации предназначены для инженерно-технических работников проектных и строительных организаций, которые осуществляют проектирование и строительство фундаментов зданий и сооружений на пучинистых грунтах.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Действие сил морозного пучения грунтов ежегодно наносит народному хозяйству большой материальный ущерб, заключающийся в снижении сроков службы зданий и сооружений, в ухудшении условий эксплуатации и в больших денежных затратах на ежегодный ремонт поврежденных зданий и сооружений, на исправление деформированных конструкций.

В целях снижения деформаций фундаментов и сил морозного выпучивания Научно-исследовательским институтом оснований и подземных сооружений Госстроя СССР на основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований с учетом передового опыта строительства разработаны новые и усовершенствованы уже существующие в настоящее время мероприятия против деформации грунтов при их промерзании и оттаивании.

Обеспечение проектных условий прочности, устойчивости и эксплуатационной пригодности зданий и сооружений на пучинистых грунтах достигается применением в практике строительства инженерно-мелиоративных, строительно-конструктивных и термохимических мероприятий.

Инженерно-мелиоративные мероприятия являются коренными, поскольку они направлены на осушение грунтов в зоне нормативной глубины промерзания и на снижение степени увлажнения слоя грунта на глубине 2-3 м ниже глубины сезонного промерзания.

Строительно-конструктивные мероприятия против сил морозного выпучивания фундаментов направлены на приспособление конструкций фундаментов и частично надфундаментного строения к действующим силам морозного пучения грунтов и к их деформациям при промерзании и оттаивании (например, выбор типа фундаментов, глубины их заложения в грунт, жесткости конструкций, нагрузок на фундаменты, анкеровки их в грунтах ниже глубины промерзания и многие другие конструктивные приспособления).

Часть предлагаемых конструктивных мероприятий приведена в самых общих формулировках без надлежащей конкретизации, как, например, толщина слоя песча но-гравийной или щебеночной подушки под фундаментами при замене пучинистого грунта непучинистым, толщина слоя теплоизолирующих покрытий во время строительства и на период эксплуатации и др.; более детально даются рекомендации по размерам засыпки пазух непучинистым грунтом и по размерам теплоизоляционных подушек в зависимости от глубины промерзания грунтов по опыту строительства.

В помощь проектировщикам и строителям приводятся примеры расчетов конструктивных мероприятий и, кроме того, даны предложения по заанкериванию сборных фундаментов (монолитное соединение стойки с анкерной плитой, соединение на сварке и на болтах, а также замоноличивание сборных железобетонных ленточных фундаментов).

Рекомендуемые для строительства примеры расчетов по конструктивным мероприятиям составлены впервые, а поэтому они не могут претендовать на исчерпывающее и эффективное решение всех затронутых вопросов по борьбе с вредным влиянием морозного пучения грунтов.

Термохимические мероприятия предусматривают, главным образом, снижение сил морозного выпучивания и величин деформации фундаментов при промерзании грунтов. Это достигается применением рекомендуемых теплоизоляционных покрытий поверхности грунта вокруг фундаментов, теплоносителей для обогрева грунтов и химических реагентов, понижающих температуру смерзания грунта и сил сцепления мерзлого грунта с плоскостями фундаментов.

При назначении противопучинных мероприятий рекомендуется руководствоваться в первую очередь значимостью зданий и сооружений, особенностями технологических процессов, гидрогеологическими условиями стройплощадки и климатическими характеристиками данного района. При проектировании предпочтение должно отдаваться таким мероприятиям, которые исключают возможность деформации зданий и сооружений силами морозного выпучивания как в период строительства, так и за весь срок эксплуатации. Рекомендации составлены доктором технических наук М. Ф. Киселевым.

Все предложения и замечания просьба присылать в НИИ оснований и подземных сооружений Госстроя СССР по адресу: Москва, Ж-389, 2-я Институтская ул., дом. 6.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.2. Рекомендации разработаны в соответствии с основными положениями глав СНиП II -Б.1-62 «Основания зданий и сооружений. Нормы проектирования», СНиП II -Б.6-66 «Основания и фундаменты зданий и сооружений на вечномерзлых грунтах. Нормы проектирования», СНиП II -А.10-62 «Строительные конструкции и основания. Основные положения проектирования» и СН 353-66 «Указания по проектированию населенных мест, предприятий, зданий и сооружений в северной строительно-климатической зоне» и могут быть использованы для инженерно-геологических и гидрогеологических изысканий, выполняемых в соответствии с общими требованиями по исследованию грунтов для строительных целей. Материалы инженерно-геологических изысканий должны удовлетворять требованиям настоящих Рекомендаций.

1.3. Пучинистыми (морозоопасными) грунтами называются такие грунты, которые при промерзании обладают свойством увеличиваться в объеме. Изменение объема грунта обнаруживается в поднятии при промерзании и опускании при оттаивании дневной поверхности грунта, в результате чего наносятся повреждения основаниям и фундаментам зданий и сооружений.

К пучинистым грунтам относятся пески мелкие и пылеватые, супеси, суглинки и глины, а также крупнообломочные грунты с содержанием в виде заполнителя частиц размером менее 0,1 мм в количестве более 30% по весу, промерзающие в условиях увлажнения. К непучинистым (неморозоопасным) грунтам относятся скальные, крупнообломочные с содержанием частиц грунта диаметром менее 0,1 мм, менее 30% по весу, Пески гравелистые, крупные и средней крупности.

Таблица 1

Подразделение грунтов по степени морозной пучинистости

Степень пучинистости грунтов при консистенции В	Положение уровня грунтовых вод Z в м для грунтов
	песков мелких	песков пылеватых	супесей	суглинков	глин
I . Сильнопучинистые при 0,5<В			Z ≤0,5	Z ≤1	Z ≤ 1,5
II . Среднепучинистые при 0,25<В <0,5		Z <0,6	0,5<Z ≤1	1<Z ≤1,5	1,5< Z ≤2
III . Слабопучинистые при 0<В <0,25	Z <0,5	0,6<Z ≤1	1<Z ≤1,5	1,5< Z ≤2	2< Z ≤3
IV . Условнонепучинистые при В <0	Z ≥ 1	Z >1	Z >1,5	Z >2	Z >3

Примечания : 1. Наименование грунта по степени пучинистости принимается при удовлетворении одного из двух показателей В или Z .

2. Консистенция глинистых грунтов В определяется по влажности грунта в слое сезонного промерзания как средневзвешенное значение. Влажность грунта первого слоя на глубину от 0 до 0,5 м в расчет не принимается.

3. Величина Z , превышающая расчетную глубину промерзания грунта в м, т.е. разность между глубиной залегания уровня грунтовых вод и расчетной глубиной промерзания грунта, определяется по формуле:

где Н 0 - расстояние от планировочной отметки до залегания уровня грунтовых вод в м;

H - расчетная глубина промерзания грунта в ж по главе СНиП II -Б.1-62.

1.4. В зависимости от гранулометрического состава, природной влажности, глубины промерзания грунтов и уровня стояния грунтовых вод грунты, склонные к деформациям при промерзании, по степени морозного пучения по подразделяются на: сильнопучинистые, среднепучинистые, слабопучинистые и условнонепучинистые.

g н 1 -

нормативная нагрузка от веса части фундамента, расположенной выше расчетного сечения, в кг.

4.15. Удерживающая сила анкера определяется расчетом по формуле (6) на момент проявления силы выпучивания

		(6)
F a -	площадь анкера в см 2 (разность между площадью башмака и площадью поперечного сечения стойки);
H 1 -	заглубление анкера в см (расстояние от дневной поверхности до верхней плоскости анкера);
γ 0 -	объемный вес грунта в кг/см 3 .

4.16. При возведении зданий в зимнее время в случае неизбежного промерзания грунтов под фундаментами (для недопущения аварийного состояния зданий и принятия надлежащих мер по ликвидации возможных недопустимых деформаций конструктивных элементов зданий на сильнопучинистых грунтах) рекомендуется проверка фундаментов по условию их устойчивости на действие касательных и нормальных сил морозного выпучивания по формуле

		(7)
f -	площадь подошвы фундамента в см 2 ;
h -	толщина мерзлого слоя грунта под подошвой фундамента в см;
R -	эмпирический коэффициент в кг/см 3 , определяется как частное от деления удельной нормальной силы выпучивания на толщину мерзлого слоя грунта под подошвой фундамента. Для средне- и сильнопучинистых грунтов R рекомендуется принимать равным 0,06 кг/см 3 ;
g н -	нормативная нагрузка от веса фундамента, включая вес грунта, лежащего на уступах фундамента, в кг;
n 1 , N н , n , τ н , F -	то же, что и в формуле ().

Допустимую величину промерзания грунта под подошвой фундамента можно определить по формуле

( 8)

4.17. Фундаменты под стены легких каменных зданий и сооружений на сильнопучинистых грунтах должны быть монолитными с анкерами по расчету на действие касательных сил пучения. Сборные блоки и фундаментные башмаки необходимо замоноличивать согласно настоящим Рекомендациям, по II .

4.18. При строительстве малоэтажных зданий на сильнопучинистых грунтах рекомендуется проектировать крыльца на сплошной железобетонной плите по гравийно-песчаной подушке толщиной 30-50 см (верх плиты должен быть ниже пола в тамбуре на 10 см с зазором между крыльцом и зданием 2-3 см). Для капитальных каменных зданий следует предусматривать устройство крылец на сборных железобетонных консолях с зазором между поверхностью грунта и низом консоли не менее 20 см; при столбчатых или свайных фундаментах следует предусматривать промежуточные опоры, с тем чтобы расположение столбов или свай под наружные стены совпадало с местом установки консолей для крылец.

4.19. Рекомендуется отдавать предпочтение таким конструкциям фундаментов, которые позволяют механизировать процесс производства фундаментных работ и сократить объем земляных работ по рытью котлованов, а также транспортировку, обратную засыпку и трамбовку грунта. На сильнопучинистых и среднепучинистых грунтах этому условию удовлетворяют столбчатые, свайные и анкерные свайные фундаменты, при устройстве которых не требуется производить больших объемов земляных работ.

4.20. При наличии местных дешевых строительных материалов (песок, гравий, щебень, балласт и др.) или непучинистых грунтов вблизи строительной площадки целесообразно устройство под зданиями или сооружениями сплошных подсыпок толщиной на 2 / 3 нормативной глубины промерзания или засыпок пазух с наружной стороны фундаментов из непучинистых материалов или грунтов (щебень, гравий, галька, пески крупные и средние; а также шлаки, горелые породы и другие горнопромышленные отходы). Засыпка пазух при условии отвода воды из них и без отвода ее выполняется согласно п. 5.10 настоящих Рекомендаций.

Осушение дренирующих засыпок в пазухах и подушек под фундаментами при наличии водопоглощающих грунтов ниже пучинистого слоя должно осуществляться путем сброса воды через дренирующие скважины или воронки (см. I , ). При проектировании фундаментов на подсыпках следует руководствоваться «Указаниями по проектированию и устройству фундаментов и подвалов зданий и сооружений в глинистых грунтах по методу дренирующих прослоек».

4.21. При строительстве зданий и сооружений на пучинистых грунтах из сборных конструкций пазухи необходимо засыпать с тщательным уплотнением грунта немедленно после укладки цокольного перекрытия; в остальных случаях пазухи должны засыпаться с утрамбовкой грунта по мере возведения кладки или монтажа фундаментов.

4.22. Проектирование заглубления фундаментов в пучинистых грунтах на расчетную глубину промерзания грунтов с учетом теплового влияния зданий и сооружений принимается по главе СНиП II -Б.1-62 в тех случаях, когда они не будут перезимовывать без предохранения грунтов от промерзания в период строительства и после его окончания до ввода здания в постоянную эксплуатацию с нормальным отоплением или когда они не будут находиться в длительной консервации.

4.23. При проектировании на пучинистых грунтах фундаментов промышленных зданий, строительство которых длится в течение двух-трех лет (например, теплоэлектростанции), в проектах следует предусматривать мероприятия по предохранению грунтов основании от увлажнения и промерзания.

4.24. При строительстве малоэтажных зданий следует предусматривать декоративные цокольные обшивки с засыпкой пространства между цоколем и заборной стенкой малотеплопроводными и невлагоемкими материалами (опилками, шлаком, гравием, сухим песком и различными отходами горной промышленности).

4.25. Замену пучинистого грунта непучинистым у фундаментов отапливаемых зданий и сооружений рекомендуется производить только с наружной стороны фундаментов. Для неотапливаемых зданий и сооружений замену пучинистого грунта непучинистым рекомендуется производить с обеих сторон фундаментов под наружные стены и также с обеих сторон фундаментов под внутренние несущие стены.

Ширина пазухи для засыпки непучинистым грунтом определяется в зависимости от глубины промерзания грунтов и от гидрогеологических условий грунтов оснований.

При условии отвода воды из засыпок пазух и при глубине промерзания грунтов до 1 м ширина пазухи для засыпки непучинистого грунта (песка, гравия, гальки, щебня) достаточна в 0,2 м. С заглублением фундаментов от 1 до 1,5 м минимально допустимая ширина пазухи для засыпки непучинистого грунта должна быть не менее 0,3 м, и при глубине промерзания грунтов от 1,5 до 2,5 м пазуху желательно засыпать на ширину не менее 0,5 м. Глубина засыпки пазух в данном случае принимается не менее 3 / 4 глубины заложения фундамента, считая от планировочной отметки.

При невозможности отвода воды из непучинистого грунта засыпку пазух ориентировочно можно рекомендовать на ширину, равную на уровне подошвы фундамента 0,25-0,5 м и на уровне дневной поверхности грунта - не менее расчетной глубины промерзания грунтов с. обязательным перекрытием непучинистого материала засыпки отмосткой с асфальтовым покрытием в соответствии с .

4.26. Устройство шлаковых подушек по периметру зданий с наружной стороны фундаментов надлежит применять для жилых и промышленных отапливаемых зданий и сооружений. Шлаковая подушка укладывается толщиной слоя от 0,2 до 0,4 м и шириной от 1 до 2 м в зависимости от глубины промерзания грунтов и прикрывается отмосткой, как показано на .

При глубине промерзания 1 м - толщина 0,2 м и ширина 1 м; при глубине промерзания 1,5 м - толщина 0,3 м и ширина 1,5 м и при глубине промерзания 2 м и более - толщина слоя шлаковой подушки 0,4 м и ширина 2 м.

При отсутствии гранулированного шлака рекомендуется при соответствующем технико-экономическом обосновании применять керамзит с теми же размерами толщины и ширины подушки, что и для шлаковых подушек.

5. ТЕРМОХИМИЧЕСКИЕ МЕРОПРИЯТИЯ

5.1. В целях снижения сил выпучивания на период строительства рекомендуется применять послойно через 10 см засоление грунта засыпки вокруг фундаментов технической поваренной солью из расчета 25-30 кг на 1 м 3 суглинистого грунта. После рассыпки соли на слой грунта 10 см высотой и 40-50 см по ширине пазухи производится перемешивание грунта с солью и тщательное трамбование, затем укладка следующего слоя грунта с засолением и трамбованием. Грунт засыпки пазухи засоляется начиная от подошвы фундамента и не доходя 0,5 м до планировочной отметки.

Применение засоления грунта допускается в том случае, если оно не повлияет на снижение прочности материалов фундаментов или других подземных сооружений.

5.2. Для уменьшения величины сил смерзания между грунтом и материалом фундамента на период строительства рекомендуется смазать выровненные боковые поверхности фундамента непрочно-смерзающимися материалами, например битумной мастикой (приготовленной из золы-уноса ТЭЦ - четыре части, битума марки III - три части и солярового масла - одна часть по объему).

Обмазка фундамента должна производиться от его подошвы до планировочной отметки в два слоя: первый - тонкий с тщательной притиркой, второй - толщиной 8-10 мм.

5.3. В целях снижения касательных сил морозного пучения грунтов при устройстве малонагруженных свайных фундаментов под специальное технологическое оборудование на сильнопучинистых грунтах может быть применено покрытие поверхности свай в зоне сезонного промерзания грунтов полимерной пленкой. Экспериментальная проверка в полевых условиях показала эффект снижения касательных сил морозного пучения грунтов от применения полимедных пленок от 2,5 до 8 раз. Состав высокомолекулярных соединений и технология приготовления и нанесения пленок на плоскости железобетонных фундаментов изложены в «Рекомендациях по применению высокомолекулярных соединений в борьбе с морозным выпучиванием фундаментов».

5.4. Столбчатые фундаменты до полной их нагрузки в период строительства надлежит обёртывать бризолом или рубероидом в два слоя на 2 / 3 от нормативной глубины померзания грунтов, считая от планировочной отметки, при том условии, если нагрузка на фундамент меньше сил морозного выпучивания.

5.5. На время строительства вокруг фундаментов зданий и сооружений следует устраивать временные теплоизоляционные покрытия из опилок, снега, шлака и других материалов в соответствии с указаниями по предохранению грунтов и грунтовых оснований от промерзания.

5.6. Во избежание промораживания грунтов под подошвой фундаментов внутренних стен и колонн в технических подпольях и цокольных этажах недостроенных или построенных, но перезимовывающих без отопления зданий следует организовать в зимние месяцы временное отопление этих помещений, чтобы не допустить повреждения конструктивных элементов зданий (в практике применяются калориферы, электронагреватели, металлические печи и др.).

5.7. При строительстве в зимнее время в отдельных случаях надлежит предусматривать электропрогрев грунтов путем периодического пропускания (в зимние месяцы) электрического тока по специально уложенной под фундаментами 3-мм стальной проволоке; контроль за обогревом грунта под фундаментами должен осуществляться при этом по данным замеров его температуры ртутными термометрами или по данным наблюдений за промерзанием грунта около фундаментов по мерзлотомеру Данилина.

5.8. Промышленные здания или сооружений, для которых по технологическим соображениям нельзя допускать деформации вследствие промерзания грунтов вокруг фундаментов и ниже их подошвы (фундаменты под установки для получения жидкого кислорода, под холодильные машины, под автоматические и другие установки, в холодных неотапливаемых цехах и под специальные установки и оборудование), должны быть надежно ограждены от деформаций морозного пучения грунтов.

В этих целях рекомендуется применять периодически (с ноября по март, а для северных и северо-восточных районов с октября по апрель) обогрев грунта вокруг фундаментов пропусканием горячей воды по трубопроводу от центральной отопительной системы или от сточных отработанных промышленных горячих вод. Для этого можно также использовать водяной пар.

Покрытый битумной эмалью стальной трубопровод сечением не менее 37 мм должен укладываться непосредственно в грунт на глубину 20-60 см ниже планировочной отметки и на 30 см в сторону от фундамента с наружной стороны с уклоном для слива воды. Там, где позволяют условия производства, над трубопроводом по поверхности земли рекомендуется уложить растительный грунт слоем 10-15 см с уклоном в сторону от фундамента. По поверхности растительного слоя в целях теплоизоляции полезно сделать посев дернообразующих многолетних травосмесей.

5.9. Подготовку почвенного слоя, посев дернообразующих трав и посадку кустарниковых растений следует производить, как правило, в весеннее время, без нарушения принятой по проекту планировки площадок.

5.10. В качестве задернителей рекомендуется применять травосмесь, состоящую из семян пырея, полевицы, овсяницы, мятлика, тимофеевки и других дернообразующих травянистых растений. Желательно использовать семена трав местной флоры применительно к природно-климатическим условиям местности. В засушливые летние месяцы задерненные и засаженные декоративными кустарниками участки рекомендуется периодически поливать.

6. ОСОБЕННОСТИ ТРЕБОВАНИЙ К ПРОИЗВОДСТВУ РАБОТ ПО НУЛЕВОМУ ЦИКЛУ

6.1. Применение способа гидромеханизации для проходки котлованов под здания и сооружения на строительных площадках с пучинистыми грунтами, как правило, не допускается.

Рефулирование пучинистых грунтов в период строительства на застраиваемых площадках может быть допущено только в том случае, если намывные грунты будут залегать не ближе 3 м от фундаментов наружных стен.

6.2. При устройстве фундаментов в пучинистых грунтах необходимо стремиться к уменьшению ширины котлованов и немедленному заполнению пазухи тем же грунтом с тщательным уплотнением. При засыпке пазух необходимо обеспечить поверхностный сток воды вокруг здания, не дожидаясь окончательной планировки и укладки почвенного слоя для задернения или асфальтовой отмостки.

6.3. Отрытые котлованы и траншеи не следует оставлять на длительное время до установки в них фундаментов. Появляющиеся в котлованах и траншеях грунтовые или атмосферные воды должны немедленно отводиться или откачиваться.

Водонасыщенный слой грунта от скопления поверхностных вод должен быть заменен непучинистым грунтом или уплотнен с втрамбовыванием в него щебня или гравия на глубину не менее 1 / 3 слоя разжиженного грунта.

6.4. При разработке в зимнее время котлованов под фундаменты и траншеи для подземных коммуникаций вблизи фундаментов на пучинистых грунтах применение искусственного оттаивания водяным паром не допускается.

6.5. Засыпка пазух должна производиться послойно (по возможности тем же талым грунтом) с тщательным трамбованием. Засыпку пазух котлованов бульдозером без уплотнения пучинистых грунтов не следует допускать.

6.6. Фундаменты, установленные в летнее время и оставленные на зиму ненагруженными, должны быть покрыты теплоизоляционными материалами.

Бетонные плиты толщиной более 0,3 м на сильнопучинистых грунтах должны быть укрыты при глубине промерзания грунтов более 1,5 м минераловатными плитами в один слой или керамзитом с объемным весом 500 кг/м 3 с коэффициентом теплопроводности 0,18, толщиной слоя 15-20 см.

6.7. Линии временного водоснабжения допускается прокладывать только по поверхности. В период строительства необходимо обеспечить строгий контроль за состоянием сетей временного водоснабжения. При обнаружении утечки воды из труб временного водоснабжения в грунт необходимо принять экстренные меры по ликвидации увлажнения грунта вблизи фундаментов.

ПРИЛОЖЕНИЕ I
Примеры расчета фундаментов зданий и сооружений на устойчивость при промерзании сильнопучинистых грунтов

Для примеров расчета устойчивости фундаментов приняты следующие грунтовые условия площадки строительства:

1) растительный слой 0,25 м;

2) суглинок желто-коричневый от 0,25 до 4,8 м; объемный вес грунта колеблется от 1,8 до 2,1; природная влажность колеблется от 22 до 27%, влажность на границе текучести 30%; на границе раскатывания 18%; число пластичности 12; уровень грунтовых вод на глубине 2-2,5 м от дневной поверхности. Суглинок мягкопластичной консистенции по природной влажности и условиям увлажнения относится к сильнопучинистому.

В данных грунтовых условиях даются примеры расчета фундаментов на устойчивость при воздействии касательных сил морозного пучения для следующих конструктивных видов железобетонных фундаментов: пример 1 - монолитный железобетонный столбчатый фундамент с анкерной плитой; пример 2 - железобетонный свайный фундамент; пример 3 - сборный железобетонный столбчатый фундамент с односторонней анкеровкой, ленточный и сборный железобетонный фундамент; пример 4 - замена пучинистого грунта в пазухе непучинистым и пример 5 - расчет теплоизоляционной подушки у фундаментов. В остальных примерах характеристика грунтовых условий приводится для каждого в отдельности.

Пример 1 . Требуется рассчитать монолитный железобетонный столбчатый фундамент с анкерной плитой на устойчивость при воздействии сил морозного выпучивания ().

H 1 =3 м; h =2 м (глубина промерзания грунта); h 1 = 1 м (толщина талого прослойка); N н =15 т; g н = 5 т; γ 0 =2 т/м 3 ; F a =0,75 м 2 ; b =1 м; с =0,5 м (ширина стойки); h 2 =0,5 м (толщина анкерной плиты); u =2 м; τ н =1 кг/см 2 =10 т/м 2 ; km =0,9; n =1,1; n 1 =0,9; F = 4 м 2 .

Находим значение удерживающей силы анкера по формуле ().

Подставляя в формулу () нормативные значения различных величин, получим:

0,9·9,0+0,9(15+5)<1,1·10·4; 26,1<44.

Как видим, условие устойчивости фундамента при пучении грунтов не соблюдается, поэтому необходимо применить противопучинные мероприятия.

Пример 2 . Требуется рассчитать железобетонный свайный фундамент (свая с квадратным сечением 30X30 см) на устойчивость при воздействии на него сил морозного выпучивания ().

Исходные данные для расчета следующие: H 1 =6 м; h = 1,4 м; g н =1,3 т; Q н =11,04 т; u =1,2 м; с =0,3 м; τ н =1 кг/см 2 =10 г/м 2 ; N н =10 т; km = 0,9; n =1,1; n 1 =0,9.

Проверяем устойчивость свайного фундамента на морозное выпучивание по формуле () получим:

0,9·11,04+0,9(10+1,3)>1,1·10·1,68; 20,01>18,48.

Проверка показала, что при воздействии сил морозного выпучивания условие устойчивости фундамента соблюдается.

Значение удерживающей силы анкера Р н а находим по формуле ()

Подставляя значения величин в формулу (), получим:

0,9·21,9+0,9(25+13,3)>1,1·10·4,08; 54,18>44,88.

Исходные данные следующие; грунты те же, что и в примере 1; расчетная глубина промерзания грунтов и глубина заложения фундаментов 1,6 м; ширина пазухи, засыпанной гравием со щебнем, равна 1,6 м; ширина асфальтовой отмостки 1,8 м, ширина траншеи внизу, считая от стойки, принимается равной 0,6 м.

Объем непучинистого грунта получается из произведения площади сечения засыпки на величину периметра здания или сооружения.

Для расчета устойчивости фундамента на действие касательных и нормальных сил морозного пучения приняты следующие грунтовые и гидрогеологические условия:

По составу, природной влажности и условиям увлажнения данный грунт относится к среднепучинистому.

Исходные данные для расчета следующие: Н = 1,6 м; h 1 =1 м; h 2 =0,3 м; h =0,3 м; с =0,4 м; с 1 =2 м; F = 3,2 м; f =4 м; N н =110 т; g н = 11,5 т; R = 0,06 кг/см 3 =60 т/м 3 ; τ н =0,8 кг/см 2 =8 т/м 2 ; n 1 =0,9; n =1,1.

Устойчивость фундамента на морозное выпучивание проверяем по формуле ().

Подставляя в формулу значения величин, получим:

0,9(110+11,5)>1,1·8·4+4·0,3·60; 109,4>107,2.

Проверка показала, что условие устойчивости соблюдается при промерзании грунта ниже подошвы фундамента на 30 см.

Пример 8. Требуется рассчитать монолитный железобетонный фундамент под колонну на устойчивость при действии нормальных сил и касательных сил морозного пучения ().

Подставляя в формулу нормативные значения величин получим:

0,9(40+3)<1,1·10·3+1·0,3·60; 38,7<51.

Проверка показала, что условие устойчивости данной конструкции фундамента на сильнопучинистом грунте не соблюдается при промерзании грунта ниже подошвы фундамента на 30 см.

Допустимую величину промерзания грунта под подошвой фундамента можно определить по формуле ().

Для данного примера эта величина h = 9,5 см. Как видим, в зависимости от конструкций фундамента и грунтовых условий, т.е. степени пучинистости грунта, имеется возможность определять допустимую величину промерзания грунта ниже подошвы фундамента.

ПРИЛОЖЕНИЕ II
Предложения по конструктивным приспособлениям столбчатых и ленточных фундаментов к условиям строительства на пучинистых грунтах.

Сборные железобетонные малонагруженные фундаменты, возводимые на средне- и сильнопучинистых грунтах, часто подвергаются деформациям под действием касательных сил морозного выпучивания. Следовательно, сборные элементы фундаментов должны иметь между собой монолитное соединение и, кроме того, должны быть рассчитаны на работу со знакопеременными усилиями, т.е. на нагрузки от веса зданий и сооружений и на силы морозного выпучивания фундаментов.

Наименьший внутренний диаметр загиба крюка равен 2,5 диаметра арматуры; прямой, участок крюка равен 3 диаметрам арматуры.

Площадь сечения петли фундаментного блока должна быть равна площади сечения арматурного стержня. Высота петли над поверхностью фундаментной подушки должна быть больше загибаемой части крюка на 5 см.

Бетонные блоки изготовляются с отверстиями диаметром, равным 8 диаметрам арматуры. Наименьший диаметр отверстия должен быть не менее 10 см.

Нижний ряд фундаментных блоков устанавливается на фундаментные подушки таким образом, чтобы петли подушек вошли примерно в середину отверстий блоков. Вслед за монтажом нижнего ряда в отверстия блоков устанавливаются арматурные стержни и зацепляются нижними крюками за петли фундаментных подушек. В вертикальном положении стержни удерживаются благодаря зацеплению верхнего крюка за металлический стержень диаметром 20 мм и длиной 50 см, который подклинивается деревянными клиньями.

Рис. 10. Сборный железобетонный ленточный фундамент

а - ленточный фундамент; б - разрез ленточного фундамента; в - бетонный блок с отверстиями для установки арматуры; г - соединение арматурных стержней между собой и с фундаментной подушкой; д - фундаментная подушка с петлями для подсоединения арматурных стержней:
1 - арматурные стержни длиной, равной высоте бетонного блока; 2 - петля фундаментной подушки

После установки арматуры отверстие заполняется раствором с уплотнением. Для этой цели используется тот же раствор, что и для укладки бетонных блоков. После начала схватывания раствора клинья и стержень убираются.

Последующий ряд блоков устанавливается таким образом, чтобы крюки арматуры нижнего ряда были бы примерно по центру отверстия блоков.

При установке фундаментов с анкерной плитой следует обращать особое внимание на плотность укладки грунта обратной засыпки пазух котлована. Рекомендуется засыпать пазухи только талым грунтом слоями не более 20 см с тщательным трамбованием ручными пневмо- или электротрамбовками.

1. Общие положения

1.1 Расчет фундаментов следует производить по несущей способности и по деформации пучения. Деформации фундаментов, вызванные морозным пучением грунтов, не должны превосходить предельных деформаций, которые зависят от конструктивных особенностей зданий.

1.2 При проектировании фундаментов на пучинистых грунтах необходимо предусматривать мероприятия (инженерно-мелиоративные, строительно-конструктивные и др.), направленные на уменьшение деформаций зданий и сооружений.

Выбор типа и конструкции фундамента, способа подготовки основания и других мероприятий по уменьшению неравномерных деформаций здания от морозного пучения должен решаться на основе технико-экономического анализа с учетом конкретных условий строительства.

2. Конструктивные мероприятия при использовании фундаментов в пучинистых грунтах

2.1 Для зданий с малонагруженными фундаментами следует применять такие конструктивные решения, которые направлены на снижение сил морозного пучения и деформаций конструкций зданий, а также на приспособление зданий к неравномерным перемещениям оснований.

2.2 Конструктивные мероприятия назначаются в зависимости от типа свайного фундамента, конструктивных особенностей здания и степени пучинистости грунта основания, определяемой в соответствии с "Ведомственными строительными нормами по проектированию мелкозаглубленных фундаментов малоэтажных сельских зданий на пучинистых грунтах" (ВСН 29-85).

2.3 В зданиях с несущими стенами короткие буронабивные сваи на среднепучинистых грунтах должны быть жестко связаны между собой фундаментными балками (ростверками), объединенными в единую рамную систему. При безростверковом решении фундаментов крупнопанельных зданий жестко соединяются между собой цокольные панели.

На практически непучинистых и слабопучинистых грунтах элементы ростверков соединять между собой не требуется.

2.4 При использовании в зданиях с несущими стенами пирамидальных свай требование жестко соединять между собой элементы ростверков следует выполнять при строительстве на среднепучинистых (с интенсивностью пучения более 0,05) грунтах. Интенсивность пучения грунта определяется в соответствии с ВСН 29-85.

2.5 В необходимых случаях для увеличения жесткости стен зданий, строящихся на среднепучинистых грунтах, следует предусматривать устройство армированных или железобетонных поясов над проемами верхнего этажа и в уровне перекрытий.

2.6 При устройстве свайных фундаментов необходимо предусматривать зазор между ростверками и планировочной поверхностью грунта, который должен быть не менее расчетной деформации пучения ненагруженного грунта. Последняя определяется в соответствии с ВСН 29-85.

2.7 Протяженные здания следует разрезать по всей высоте на отдельные отсеки, длина которых принимается: для слабопучинистых грунтов до 30 м, среднепучинистых - до 25 м.

2.8 Секции зданий, имеющие разную высоту, следует устраивать на раздельных фундаментах.

3. Расчет оснований фундаментов на действие вертикальных нагрузок

3.1 Расчетная вертикальная нагрузка Р, кН, допускаемая на сваю определяется по формуле

Fd - расчетная несущая способность сваи по грунту;

Коэффициент надежности, принимаемый равным 1,25, если несущая способность сваи определена по результатам полевых испытаний статической нагрузкой или расчетом по деформациям.

3.2 Расчетная несущая способность короткой буронабивной сваи по грунту определяется по формуле

где К0 - коэффициент пропорциональности, равный отношению нагрузки на пяту сваи к общей нагрузке при предельной осадке сваи S0, принимаемой равной 8 см: коэффициент К0 зависит от отношения длины сваи l к ее диаметру d и консистенции грунтов. Для грунтов твердой и полутвердой консистенции при l/d 3,75 К0=0,45; при 3,75 < l/d 5 К0=0,40; при 5 < l/d 7,5 К0=0,37. Для грунтов тугопластичной консистенции при указанных отношениях l/d коэффициент К0 равен соответственно 0,5; 0,45 и 0,40. Для грунтов мягкопластичной консистенции - 0,55; 0,5 и 0,45;

Коэффициент, учитывающий нарастание осадки сваи во времени, принимаемый равным:

0,5 - для пылевато-глинистых грунтов твердой консистенции;

0,4 - для пылевато-глинистых грунтов полутвердой и тугопластичной консистенции;

0,3 - для пылевато-глинистых грунтов мягкопластичной консистенции;

Sпр. ср. - предельно допустимая средняя осадка фундаментов, принимаемая для малоэтажных сельских зданий равной 10 см;

Предельная несущая способность боковой поверхности буронабивной сваи, определяемая по формуле

где Рср. - среднее давление на контакте боковой поверхности сваи с грунтом, равное

где - коэффициент бокового давления бетонной смеси принимается равным 0,9;

Удельный вес бетонной смеси, кН/м3;

l0 - длина участка сваи, на котором давление бетонной смеси на стенки скважины линейно возрастает с глубиной, l0= 2 м;

Относительная усадка бетона при твердении в контакте с грунтом: при показатели текучести грунта 0,20 JL < 0,75 = 310-4, при 0 JL <0,20 = 410-4, при JL<0 =510-4;

Е, - соответственно расчетный модуль деформации и коэффициент Пуассона грунта.

Входящие в формулу (3.3) удельное сопротивление с1 и угол внутреннего трения грунта с учетом его упрочнения при бетонировании сваи равны: ; с1 = сI n, где, сI - расчетный угол внутреннего трения и расчетное сцепление грунта естественного сложения; n - коэффициент, принимаемый равным 1,8; 1,4; 1,3 и 1,2 соответственно для грунтов твердой, полутвердой, тугопластичной и мягкопластичной консистенции.

Примечание. При неоднородном в пределах длины сваи грунте в расчет вводятся средневзвешенные значения используемых характеристик.

3.3 Расчетная несущая способность пирамидальных свай и забивных блоков определяется по ВСН 26-84 "Проектирование и устройство пирамидальных свай и забивных блоков для малоэтажных сельских зданий".

4. Расчет свайных фундаментов по деформациям пучения грунта

4.1 Расчет свайных фундаментов по деформациям пучения производится исходя из следующих условий:

где h - подъем наименее нагруженной сваи, вызванный пучением грунта;

Sот - осадка сваи после оттаивания грунта;

Относительная деформация фундамента;

Sи, - соответственно предельные абсолютные и относительные деформации пучения фундамента которые допускается принимать по таблице.

Предельные деформации фундаментов

Примечание. На основании расчета системы фундаментная балка-стена на прочность допускается уточнять значения и Sи.

4.2 Подъем буронабивной сваи определяется по формуле

где hа - деформация пучения (подъем) ненагруженного грунта в уровне верхнего сечения сваи, находящегося на глубине а от поверхности грунта;

hа - деформация пучения поверхности грунта;

df - расчетная глубина промерзания грунта, м;

Коэффициент, зависящий от диаметра сваи d; при d=0,2 м =0,4 м-1/2, при d=0,35 м =0,50 м-1/2, при d=0,5 м =0,30 м-1/2, при d=0,8 м =0,2 м-1/2; при промежуточных значениях d коэффициент определяется по интерполяции;

l - длина сваи, м;

N0 - обобщенная сила, кН, равная

где G - собственный вес сваи, кН

f - сопротивление грунта на боковой поверхности сваи, кН/м2, принимается равным рсtg+c1 упрочненного грунта (см. п.3.2);

Нормативные удельные касательные силы пучения, кН/м2; для слабопучинистых грунтов =70 кН/м2, среднепучинистых - 90 кН/м2.

4.3 Подъем пирамидальных свай определяется по формуле

где - коэффициент, характеризующий отношение подъема ненагруженной сваи к подъему ненагруженного грунта в уровне верхнего сечения сваи, принимается численно равным

где - параметр, характеризующий удельные нормальные силы пучения, кН/м2; принимается равным: 200, 400, соответственно для слабо-, среднепучинистых грунтов;

Угол наклона боковых граней сваи к вертикали, град.

Nа - сила сопротивления талого грунта выдергиванию сваи;

су - расчетное сцепление уплотненного грунта, МПа, принимается в соответствии с ВСН 26-84.

Остальные обозначения те же, что в п.4.2

4.4 Для выполнения требования (4.2) необходимо соблюдать условие

N > Pб. от., (4.6)

где Рб. от. - несущая способность боковой поверхности сваи после оттаивания грунта при осадке S, равной подъему сваи. Для буронабивной сваи условие (4.6) выполняется, если

где - коэффициент условий работы, учитывающий увеличение сопротивления грунта на боковой поверхности сваи ниже зоны промерзания за счет частичного его обезвоживания,

К0, S0, Рб. пр, - те же значения, что в п.3.2

Для пирамидальных свай условие (4.6) удовлетворяется, если

где ha, df, Fd - те же значения, что в п.3.1, 4.2

4.5 Относительная разность деформаций пучения свай зданий стоечно-балочной конструкции, зданий с деревянными конструкциями определяется по формуле

где - максимальная разность подъемов двух соседних свай, м;

х - расстояние между осями свай, м.

При определении попарно рассматриваются соседние сваи. При этом подъем ненагруженной поверхности грунта принимается изменяющимся по длине (ширине) здания в соответствии с зависимостью

где hfmax, hfmin - подъемы ненагруженной поверхности грунта, м, соответствующие экстремальным значениям расчетной предзимней влажности грунта на площадке строительства, определяемые в соответствии с ВСН 29-85;

xi - расстояние между осями рассматриваемой сваи и крайней левой в фундаменте стены здания или его отсека;

L - расстояние между осями крайних свай в фундаменте стены здания (отсека здания), м.

4.6 Относительная деформация свай зданий с несущими стенами из кирпича, блоков, панелей (относительный прогиб, выгиб) определяется по формуле

где hл, hср - подъемы соответственно крайней левой и средней свай, м; определяются в соответствии с п. п.4.2, 4.3

Примечание. В том случае, когда непосредственно под серединой стены здания (отсека здания) свая отсутствует, за hср следует принимать подъем стены в сечении, отстоящем на расстоянии L/2 от крайней левой сваи.

4.8 Дополнительные нагрузки на сваи определяются из совместного решения уравнений

где hл, hi - подъемы крайней левой и i-й сваи с учетом дополнительной нагрузки, м; определяются по одной из формул (4.12...4. I3) в зависимости от типа сваи;

Угол склона оси условной балки к горизонтали на крайней левой опоре (сваи), рад;

EJ - приведенная жесткость на изгиб условной балки (надфундаментных конструкций); определяется согласно ВСН 29-85;

pi - нагрузка на сваю, находящуюся на расстоянии xi от крайней левой сваи. Остальные обозначения прежние.

Примечания:

1. Уравнения типа (4.14) составляют для всех свай, исключая крайнюю левую.

2. При симметричной относительно оси стены системе уравнения (4.15) тождественно равны уравнениям (4.14). В этом случае недостающие уравнения составляют на основе равенства перемещений стены и свай, расположенных справа от оси симметрии.

3. При составлении уравнений (4.14...4.16) все дополнительные силы принимаются положительными, действующими сверху вниз на сваи и снизу вверх на условную балку.

Направление дополнительных сил и их значения определяют в результате решения системы уравнений. Зная значения и знак дополнительных сил, по формулам (4.12, 4.13) можно определить подъемы свай, а по формуле (4.11) - относительную деформацию системы в целом,

Экономически обоснованная конструкция фундамента одного и того же деревянного дома будет значительно отличаться друг от друга в зависимости от разновидности грунтов основания. Проиллюстрируем это на примерах и рассчитаем фундамент этого же деревянного дома , реконструкция которого описана на нашем сайте, на непучинистом, слабопучинистом и чрезмерно пучинистом грунтах. См. соответственно страницы данного раздела Правильный фундамент , Расчет основания фундмента и приведенное ниже:

Аналогично могут быть расчитаны фундаменты малоэтажных зданий других типов, за исключение плитных. Примеры расчета фундамента с учетом жесткости конструкции здания приведены в действующих в настоящее время ОСН АПК 2.10.01.001-04 "Проектирование мелкозаглубленных фундаментов малоэтажных сельских зданий на пучинистых грунтах".

Нагрузки на фундамент

Значения основного сочетания нагрузок для расчета основания фундамента реконструируемого деревянного здания согласно 5.2.1 с принятами коэффициентами надежности по нагрузке γ f согласно , равна

F=F 1 -G f,rec =88,12-16,72=71,49 кН.

Нагрузка на основание от фундамента для расчета оснований и фундаментов на воздействие сил морозного пучения грунтов с принятым коэффициентом надежности по нагрузке γ f =0,9, согласно , равна

F m =F 2 -0,9×G f,rec =88,21-0,9×16,72=73,16 кН.

Характеристики грунта основания

Допустим,что по испытаниям образцов грунта основания фундамета установлено, что на глубине 0,2-6,0 м залегает слой глины желто-коричневой, относящейся в соответствии с классификацией [X] к тяжелой (таблица Б.16), мягкопластичной глине (таблица Б.19), имеющий следующие характеристики:

• плотность грунта ρ= 19,9 кН/м 3 ,
• плотность сухого грунта ρ= 15,2 кН/м 3 ,
• природная влажность W=31%,
• влажность на границе текучести W L =37,
• влажность на границе раскатывания W p =16%,
• число пластичности I p =21,
• показатель текучести I L =0,71,

Вычисленный по формуле (А.5, X) коэффициент пористости равен e=0.8. Принятые по таблице А2 значения удельного сцепления c=38,5 и коэффициента внутреннего трения φ=13°. Модуль упругости E=13,5 МПа (таблице А3).

В соответствии с классификацией [X] грунт основания относится к тяжелой (таблица Б.16), мягкопластичной глине (таблица Б.19). подземной воды на глубине 1,69 м от дневной поверхности.

Для рассматриваемого участка строительства (г. Дмитров) нормативная глубина промерзания равна

• где d 0 -величина, принимаемая равной для суглинков и глин 0,23 м;
• M t - безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за год в данном районе, принимаемых по СП 131.13330

Глубина сезонного промерзания грунта

Нормативную глубину сезонного промерзания грунта d df , м, принимают равной средней из ежегодных максимальных глубин сезонного промерзания грунтов (по данным наблюдений за период не менее 10 лет) на открытой, оголенной от снега горизонтальной площадке при уровне подземных вод, расположенном ниже глубины сезонного промерзания грунтов.(5.5.2 СП 22.13330.2016) Глубина сезонного оттаивания -определяется наибольшим за год расстоянием по вертикали от поверхности грунта (без учета растительного покрова) до кровли многолетнемерзлого грунта. (4.1.1 ГОСТ 26262-2014) сезонного промерзания грунта d f , м, определяемая по формуле (5.4 ) составляет:

d f = k h d fn = 1 1,35 = 1,35 м.

Для наружных и внутренних фундаментов неотапливаемых зданий k h =1.

Cтепень морозного пучения грунта

Относительная деформации пучения ε fh = 0,123 , характеризующая степень морозного пучения грунта, определена по рисунку 6.11 по рассчитанному параменту R f = 0,0154 и показателю текучести грунта основания I L =0,71. Параметр R f вычислен по формуле (6.34 ) .

R f = 0,67 1,99 =0,0153

При расчете параметра R f использовались рассчитанные зачения полной влагоемкости грунта W sat =29,1% и критической влажности W cr = 20,5% определенной по рис. 6.12, .

По параметру R f = 0,0153 (Рис. 6.11) определяем степень морозного пучения грунта ε fh =0,123. Грунт основания фундамента в соответствии с таблицей Б.27 [X] относиться к чрезмерно пучинистым .

Специфические грунты, к которым по СП 22.13330.2016 относятся пучинистые грунты, как оказывающие оказывают решающее влияние на проектные решения фундаментов деревянных домов, имеют III (сложную) категории сложности инженерно-геологических условий в соответствии с таблица А.1 СП 47.13330.

При заложении фундаментов выше расчетной глубины промерзания пучинистых грунтов (малозаглубленные фундаменты), согласно 6.8.10 , необходимо проводить расчет по деформациям морозного пучения грунтов основания с учетом касательных и нормальных сил морозного пучения.

Столбчатый фундамент на песчаной подушке

Предварительно назначаем размеры бетонного столба фундамента: a×b×h=0.25×0.25×0.9 м, площадь основания столба S ст =0,25×0,25=0,0625 м 2 , глубина заложения d=0,5 м. Вес столба фундамента из мелкозернистого бетона с объемным весом γ=21,7 кН/м 3 равен G f =0.0625×0.7×21,70=1,22 кН. Определям расчетное значение сопротивления глинистого грунта R, используя табличные (таблица Б.3 , e=0,8, I L =0.71) значения сопротивления R 0 =229 кПа:

R = R 0 (d+d 0)/(2d 0)=229кПа××(0,5м+2,0м)/2×2,0м=156,5 кПа (Б.1, II)

Величины подъема S u и относительной деформации ΔS/L u ненагруженного основания меньше предельные допустимых (таблица 3 ,):

• S u =0,925≤ =5 см
• ΔS/L u =0,947/154=0,0053≤S u,max = 0,006

Здесь см - наименьшее расстояние мехду осями столбов фундамента.

Проверка прочности подстилающего слоя

Согласно 5.6.25 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 σ z обеспечивалось условие

σ z =(σ zp -σ zγ)+σ zg ≤R z (5.9 )

• где σ zp , σ zγ и σ zg - вертикальные напряжения в грунте на глубине z от подошвы фундамента (см. 5.6.31), кПа;
• R z - расчетное сопротивление грунта пониженной прочности, кПа, на глубине z, вычисленное по формуле (5.7) для условного фундамента шириной b z , м, равной:
• b z = √(A z 2 + a 2) - a, (5.10 )
• где A z =N/σ zp ,
• a=(l-b)/2.

С учетом слоя растительного грунта, как равномерно распределенной нагрузки (5.6.33 и 5.6.39 )

Коэффициент α p =0,0675 определяем интерполяцией по таблице 5.8 при относительной глубине ξ, равной 2z/b=2×0,65/0,25=5,2;

Вертикальная нагрузка на основание от фундамента N=P/S ст =123,52×0,0625=7,72 кН.

Ширина условного фундамента составит

b z =√(7,72/8,34) 2 =0,926 м.

Удельный вес грунта, расположенного выше подошвы равен

γ"=(γ gr d hr +γ"d)/(d hr +d)=(12×0,2+19,94×0,5)/(0,2+0,5)=17,67кН/м 3

Вертикальное напряжение от собственного веса грунта вычисляем по формуле (5.18 ), при этом коэффициент α γg определяется по таблице 5.8 при ширине котлована b=2δ×0,65+b=1,55 м для относительной глубины ξ=2×0,65/0,926=1,404.

σ zγ =α γg σ zg0 =αγ"d n =0,8387×17,68×0,7=9,65 кН. (5.18 )

Вертикальное эффективное напряжение от собственного веса грунта σ z,g , кПа, на кровле глинистого грунта z=0,65 м вычисляем по формуле (5.23)

σ z,g =γ"d n +Σ i=1 n γ i h i +γ 1 (z-z i-1)+q=17,68×0,7+Σ 6 1 19,94×0,1+19,94(0,65-0,6)+2,4=25,32

Рассчитываем значения напряжений на кровле глинистого слоя по формуле (5.9 )

σ z =(8,34-9,65)+25,33=24,02 кПа.

Определяем расчетное сопротивление глинистого грунта под условным фундаментом по формуле (5.7 ) при d b =0. Коэффициенты M принимаем по таблице 5.5 при φ=13°

R = γ c1 γ c2 /k =1,1×1×[0,26 ×1,1×0,926×19,94+2,05 ×1,15×17,78+4,55 ×38,5]/1,1=221,61кПа.

Условие (5.9 ) выполнено :

R =221,61>σ z =24,02 кПа.

Расчет осадок основания

• осадка основания s=0,08≤s u =20 см,
• относительная разность осадок Δs/L=0,00045≤(Δs/L) u =0,006.

Рассматриваемая конструкция фундамента удовлетворяет действующим в настоящее время нормативным требованиям.

Свайные фундаменты

4.6 Свайные фундаменты следует проектировать на основе результатов инженерных изысканий, выполненных в соответствии с требованиями СП 47.13330, СП 11-104 и раздела 5 СП .

Проектирование свайных фундаментов без соответствующих достаточных данных инженерно-геологических изысканий не допускается.

Согласно 7.1.15 сваи и свайные фундаменты следует рассчитывать по прочности материала и производить проверку устойчивости фундаментов при действии сил морозного пучения, если основание сложено пучинистыми грунтами (приложение Ж).

Винтовые сваи

Рассмотрим возможность применения в качестве фундамента винтовых стальных свай с диаметром ствола d 0 = 57 мм, лопасти - d = 200 мм, длиной L 0 = 5000 мм. Вес сваи 24 кг. Расчетная нагрузка на сваю N= /11=6,56 кН, здесь 11- число свай.

Сваю в составе фундамента и одиночную по несущей способности грунта основания следует рассчитывать исходя из условия

γ n N≤F d /γ c.g , (7.2 свайные)

• где N - расчетная нагрузка, передаваемая на сваю от наиболее невыгодного сочетания нагрузок, действующих на фундамент, определяемая в соответствии с 7.1.12;
• F d - предельное сопротивление грунта основания одиночной сваи, называемое в дальнейшем несущей способностью сваи , которое определяется в соответствии с подразделами 7.2 и 7.3;
• γ n - коэффициент надежности по ответственности сооружения, принимаемый по ГОСТ 27751 [V], но не менее 1;
• γ c.g - коэффициент надежности по грунту, принимаемый равным
  • 1,4 - если несущая способность сваи определена расчетом с использованием таблиц свода правил, в том числе по результатам динамических испытаний свай, выполненных без учета упругих деформаций грунта;

Несущая способность F d ,кН сваи (7.2.10 ) , работающей на вдавливающую или выдергивающую нагрузку , определяется по формуле

F d = γ c , (7.15 )

• где γ c - коэффициент условий работы сваи, зависящий от вида нагрузки, действующей на сваю, и грунтовых условий и определяемый по таблице 7.9 ;
• F d0 - несущая способность лопасти, кН;
• F df - несущая способность ствола, кН.

Несущая способность лопасти винтовой сваи определяется по формуле

F d0 = γ c (α 1 c 1 + α 2 γ 1 h 1)A, (7.16 )

• где α 1 , α 2 - безразмерные коэффициенты, принимаемые по таблице 7.10 в зависимости от расчетного значения угла внутреннего трения грунта в рабочей зоне φ (под рабочей зоной понимается прилегающий к лопасти слой грунта толщиной, равной d);
• c 1 - расчетное значение удельного сцепления грунта в рабочей зоне, кПа;
• γ 1 - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше лопасти сваи (при водонасыщенных грунтах с учетом взвешивающего действия воды), кН/м 3 ;
• h 1 - глубина залегания лопасти сваи от природного рельефа, а при планировке территории срезкой - от уровня планировки, м.
• A - проекция площади лопасти, м 2 , считая по наружному диаметру, при работе винтовой сваи на сжимающую нагрузку, и проекция рабочей площади лопасти, т.е. за вычетом площади сечения ствола, при работе винтовой сваи на выдергивающую нагрузку.

Несущая способность ствола винтовой сваи определяется по формуле

F d0 =uf 1 (h-d), (7.17 )

• где f 1 -расчетное сопротивление грунта на боковой поверхности ствола винтовой сваи, кПа, принимаемое по таблице 7.3 (осредненное значение для всех слоев в пределах глубины погружения сваи);
• h- длина ствола сваи, погруженной в грунт, м;
• d- диаметр лопасти сваи, м;

F d = 0,8××0,0314+0,179×5,3×(4,0-0,2)=15,33 кН

Несущая способность одиночной винтовой сваи на вдавливиющую нагрузку больше расчетной нагрузки, передаваемой на сваю, условие (7.1 ) выполнено!

γ n ×N= 1×5,9 =15,33 (7.1 )

Устойчивость свайных фундаментов на действие касательных сил морозного пучения

Устойчивость свайных фундаментов на действие касательных сил морозного пучения грунтов надлежит проверять по условию

τ fh A fh - F ≤ γ c F rf /γ k , (Ж1, )

• где τ fh - расчетная удельная касательная сила пучения, кПа, значение которой при отсутствии опытных данных допускается приниматьпо таблице Ж.1 в зависимости от вида и характеристик грунта.
• A fh - площадь боковой поверхности смерзания сваи в пределах расчетной глубины сезонного промерзания-оттаивания грунта или слоя искусственно замороженного грунта, м 2
• F - расчетная нагрузка на сваю, кН, принимаемая с коэффициентом 0,9 по наиболее невыгодному сочетанию нагрузок и воздействий, включая выдергивающие (ветровые, крановые и т.п.);
• F rf - расчетное значение силы, удерживающей сваю от выпучивания вследствие трения его боковой поверхности о талый грунт, лежащий ниже расчетной глубины промерзания, кН, принимаемое по указаниям Ж.4;
• γ c - коэффициент условий работы, принимаемый равным 1,0;
• γ k - коэффициент надежности, принимаемый равным 1,1.

Согласно расчетное значение силы F rf винтовой сваи, удерживающую сваю от выпучивания и работающую на выдергивающую нагрузку, определяется по формуле (7.15 ), при этом принимаются

• f 1 -расчетное сопротивление грунта на боковой поверхности ствола винтовой сваи о талый грунт, кПа, определяемое по таблице 7.3 (осредненное значение для всех слоев в пределах глубины погружения сваи);
• h- длина ствола сваи, погруженной в талый грунт, м;

Определим расчетную касательную силу пучения как произведение значения нормативной силы τ fh =110 кН по таблице Ж.1 при глубине сезонного промерзания d fh =1,35 м и показателе текучести I l =0,71, и коэффициентов 0,8 и 0,9 согласно соответственно примечаниям 3 и 4 к таблице Ж.1

F τfh =τ fh A fh =0,8×0,9×110кН/м 2 ×0,024 м 2 =19,18 кН.

Здесь площадь поверхности ствола винтовой сваи, находящейся в зоне промерзания грунта равна

A fh =πd 2 d f =π×0,057 2 ×1,35=0,024 м 2 .

Вычисляем значение удерживающей силы, подставив соответствующие значения в формулу (7.15 )

F d =0,7×{×0,0288+0,179×7,8×(4,6-1,35-0,2)}=
14,23кН. (7.15 )

Проверяем условие (Ж1, )