Фундаменты на естественном основании. Область применения, конструктивные особенности, классификация Столбчатые фундаменты разрез на естественном основании

ВВЕДЕНИЕ

Фундамент -- (лат. fundamentum) -- подземное (подводное) основание для домов, зданий и сооружений, которое изготовлено, как правило, из бетона, камня или дерева. Служит неотъемлемой частью здания и является основной несущей конструкцией, основная функция которой заключается в передаче нагрузки от здания на грунтовое основание.

Основанием считают слои грунта, залегающие ниже подошвы фундамента и в стороны от него, воспринимающие нагрузку от сооружения и влияющие на устойчивость фундамента и его перемещения. Проектирование оснований зданий и сооружений зависит от большого количества факторов, основными из которых являются: геологическое и гидрогеологическое строение грунта; климатические условия района строительства; конструкция сооружаемого здания и фундамента; характер нагрузок, действующих на грунт основания.

Основание под фундаменты зданий и сооружений может быть естественным, называют грунты, которые в условиях природного залегания обладают достаточной несущей способностью, чтобы выдержать нагрузку от возводимого здания или сооружения. Естественные основания не требуют дополнительных инженерных мероприятий по упрочнению грунта; их устройство заключается в разработке котлована на расчетную глубину заложения фундамента здания или сооружения.

К грунтам, пригодным для устройства естественных оснований, относятся скальные и нескальные. Скальные грунты представляют собой залежи изверженных, осадочных и метаморфических горных пород (граниты, известняки, кварциты и др.). Встречаются они в виде сплошного массива или отдельных трещиноватых пластов. Они обладают большой плотностью, а следовательно, и водоустойчивостью и являются прочным основанием для любого вида сооружений. К нескальным грунтам относятся крупнообломочные, песчаные и глинистые грунты. Крупнообломочные грунты (щебень, гравий, галька) представляют собой куски, образовавшиеся в результате разрушения скальных пород, с размерами частиц более 2 мм. Они уступают по прочности скальным грунтам. Если крупнообломочные грунты не подвержены воздействию грунтовых вод, они также являются надежным основанием.

Песчаные грунты представляют собой частицы горных пород крупностью 0,1...2 мм. Пески крупностью 0,25...2 мм обладают значительной. Прочность и надежность песчаных оснований зависят от плотности и мощности залегающего слоя песка: чем больше мощность залегания и равномерней плотность слоя песка, тем прочнее основание. При регулярном воздействии воды прочность песчаного основания резко снижается.

Глинистые грунты представляют собой тонкодисперсные частицы чешуйчатой формы размером менее 0,005 мм. Сухое глинистое основание может выдерживать большие нагрузки от массы зданий и сооружений. С увеличением влажности глины резко падает ее несущая способность. Влияние положительных и отрицательных температур вызывает во влажной глине усадку при высыхании и вспучивание при замерзании воды в порах глинистого грунта. Разновидностью глинистых грунтов являются супеси, суглинки и лёссы.

Супесчаные грунты представляют собой смесь песка и глинистых частиц в количестве 3...10 %. Суглинистые грунты состоят из песка и содержат 10...30 % глинистых частиц. Эти виды грунтов могут использоваться в качестве естественных оснований (если они не подвержены увлажнению). По своей прочности и несущей способности они уступают песчаным и сухим глинистым грунтам. Отдельные виды супесей, подверженных регулярному воздействию грунтовых вод, становятся подвижными. Поэтому они получили название плывунов. Этот вид грунтов непригоден в качестве естественного основания.

Лёссовые грунты частицы пылеватых суглинков со сравнительно постоянным гранулометрическим составом. Лёссовые грунты в сухом состоянии могут служить надежным основанием. При увлажнении и воздействии нагрузок лёссовые грунты сильно уплотняются, в результате чего образуются значительные просадки. Поэтому они называются посадочными.

Наименование грунтов, а также критерии выделения грунтов со специфическими свойствами и их характеристики приведены в СНиП «Основания зданий и сооружений. Нормы проектирования».

Фундаменты, как правило, закладываются ниже глубины промерзания грунта, для того, чтобы предотвратить их выпучивание. На пучинистных грунтах при строительстве легких деревянных построек применяют мелкозаглубленные фундаменты.

фундамент опорный конструкция глубина

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

В настоящее время для построек жилых зданий применяются следующие типы фундаментов -- столбчатые, ленточные и сплошные плитные. Выбор конструкции фундамента зависит в основном от грунтовых условий строительной площади, нагрузок на фундаменты и конструктивных особенностей проектируемого здания.

Ленточные фундаменты используются для домов с большой массой стен: кирпичные, каменные, бетонные, а также под деревянные, которые планируется облицовывать кирпичом.

Закладывается фундамент по всему периметру дома, включая внутренние и внешние капитальные стены. Кладка может быть различной формы: прямоугольной, трапецеидальной, ступенчатой, или с расширенной нижней частью, иначе называемой подушкой. Для оптимальной компенсации нагрузки от массивного здания является форма трапеции. При использовании в качестве материала для фундамента кирпича или бутового камня угол наклона боковой грани к вертикали не должен превышать 30°, а для бетона - 45°.

Ленточные фундаменты подразделяются на: монолитные и сборные. Для возведения монолитного фундамента обычно используются бетон и железобетон. Для изготовления их сооружения необходима опалубка - арматурная конструкция, или так называемая форма для бетона, которая устанавливается на дно котлована. Она может быть подвижной, разборно-переносной, объемно-блочной. В качестве материла для её изготовления применяют дерево или металл. Внутри опалубки, как правило, прокладывают листы теплоизоляции, керамзит, минераловатные плиты, или же пенопласт. Бетон заливают ровным слоем, непременно уплотняя. Достоинства монолитного фундамента состоят не только в его прочности и долговечности, но и в том, что он подходит для строительства домов любой формы.

Материалом для сборных фундаментов являются бетонные или железобетонные блоки (ФБС), которые укладываются на раствор и закрепляются между собой толстой стальной проволокой. Они возводятся быстрее и проще монолитных и не уступают им в прочности, однако имеют высокую себестоимость, а также могут пропускать воду в местах соединения плит.

Кирпичный фундамент - менее прочен и более трудоемок, чем монолитный. При его возведении используют полнотелый влагостойкий красный кирпич.

Бутовый фундамент считается наиболее прочным, но является слишком затратным, так как бутовые камни, используемые для его возведения сложно подбирать и подгонять по размеру. Но строительство такого фундамента просто необходимо на влажных грунтах, благодаря влагоустойчивости бутового камня.

В общем, недостатками ленточных фундаментов являются их массивность, большие затраты труда, материалов и, соответственно, средств. Однако они получили широкое распространение благодаря своей простой технологии возведения.

Столбчатые фундаменты под стены устраивают при небольших нагрузках и прочных основаниях. Их применяют, как указывалось выше, в основном в промышленном строительстве в каркасных зданиях. В жилых и гражданских их проектируют, как правило, в малоэтажных зданиях без подвалов. Столбчатые фундаменты выполняют в виде деревянных стульев и в форме столбов квадратного, прямоугольного и трапецеидального сечений из керамического кирпича, бута, бетона, железобетона и других материалов.

Столбчатые фундаменты применяются для строительства домов с деревянными, рубленными, каркасными щитовыми стенами, то есть легкими по весу стенами. Техника возведения весьма проста: бурится скважина в грунте, в нее устанавливается арматура, а потом заливается цемент или же другой предусмотренный материал. Особенно удачно дополнение фундамента армированной лентой-ростверком, это почти в 2 раза экономичнее.

Однако при несоблюдении некоторых правил установки столбчатого фундамента, он не сможет выполнять свои функции. Основополагающим является то, что скважина должна буриться на глубину не менее 2 м, то есть глубже уровня промерзания почвы. Во-вторых, на её дне устраивается песчаная подушка, или же устанавливается специальная каменная или бетонная плита, в крайнем случае - пластина из деревянных брусьев толщиной 10 см, шириной 20 см и длинной 50 см. Её функции состоят в обеспечении устойчивости фундамента и снижении давления дома на грунт. В-третьих, столбы устанавливаются под все углы здания, а также под все пересечения капитальных и некапитальных стен. Промежутки между столбами должны составлять не более 1,2-2,5 м, в которых следует организовать перемычку, служащую для стяжки опор между собой и основанием для цоколя. При расстоянии между столбами больше указанного, необходимо возведение рандбалок, железобетонных или металлических.

Материалом для столбов может служить дерево, кирпич, камень, бетон. Что касается дерева, то рекомендуется использовать сосну или дуб, срок службы которых не менее 6 и 13 лет соответственно. Обожженные или обмазанные битумом столбы прослужат в 1,5-2 раза дольше. Их диаметр должен составлять около 20 см. Красный кирпич не пригоден к строительству фундамента, зато прекрасно подходит кирпич-железняк, получаемый путем обжигания обыкновенного кирпича. Размеры столбов при использовании бутового камня - 60х60см, кирпича-железняка - 50х50 см, бетона или бутобетона - 40х40см.

В настоящее время широкое распространение получил метод совмещения столбчатого и ленточных фундаментов, хотя многие эксперты считают, что фундамент должен быть однородным, так как только в этом случае можно точно прогнозировать его срок службы, реакцию на климатические и другие условия.

Достоинствами столбчатого фундамента являются: его экономичность и низкая трудоемкость. Особенно удобно применение этого фундамента в климатических зонах с глубоким промерзанием почв. Однако серьезными недостатками этого вида фундамента считаются: недостаточная устойчивость в горизонтально подвижных грунтах, сложность при возведении цоколя, неприемлемость для строительства на слабонесущих почвах, особенно при большой массе стен.

Сплошной фундамент. Необходимость возведения сплошного фундамента возникает при строительстве на так называемых «плавающих» грунтах, а также на почвах с высоким залеганием грунтовых вод. Например, на песчаных подушках, слежавшихся свалках, вспучивающихся грунтах.

Плитные фундаменты сооружаются под всю площадь здания в виде либо монолитной плиты, либо железобетонной решетки. Такой фундамент целесообразен для строительства небольших компактных сооружений, не требующих высокого цоколя, например, гаражи, бани, мастерские. Для возведения более массивных зданий прибегают к использованию ребристых плит или армированных перекрестных лент.

К плюсам сплошного фундамента относятся: его способность выравнивать вертикальные и горизонтальные перемещения грунтов, исключать проникновение в подвальные помещения грунтовой воды даже под большим гидростатическим давлением, а также простота сооружения. Наиболее часто этот тип используют для придания фундаменту качества пространственной жесткости. Но ввиду большого расхода материалов на его возведение, он весьма дорог для потребителя со средним уровнем дохода.

В зависимости от нагрузок, действующих на фундамент, сваи в нем располагают: по одной -- под отдельные опоры; рядами -- под стеновые конструкции; кустами -- под колонны; свайными полями -- под здания и сооружения малой площади со значительными нагрузками.

Основная функция фундамента - передача нагрузки от стен и крыши на основание перенести нагрузку здания на поверхность почвы.

Глубина заложения фундаментов зависит от ряда условий: вида сооружения (дом, баня, гараж, хозяйственные постройки) и его конструктивных особенностей (наличия цокольного, подвального этажа и т.д.); величины и характера нагрузок, действующих на фундамент; геологических и гидрогеологических условий площадки; возможности пучения грунта при промерзании и осадки при оттаивании.

Минимальная глубина заложения фундаментов под наружные конструкции сооружений, возводимых на всех грунтах, кроме скальных, должна быть не менее 0,5 м от поверхности планировки участка. В зданиях с подвалами приведенная глубина заложения подошвы фундаментов относительно пола должна быть не менее 0,5 м; при плотных или утрамбованных грунтах допускается не заглублять фундамент в грунт, т.е. принимать глубину заложения равной толщине подготовки под полы и пола подвала (рис. 1).

1. Типа грунта

2. Уровня грунтовых вод

3. Глубины промерзания.

Очень сильное влияние на глубину заложения оказывает тип грунтов. Прежде всего, важно свойство грунта изменять свой объём во влажном состоянии при замораживании (так называемое морозное пучение грунта), по этой характеристике различают следующие виды грунтов:

Рис. 1.

1 - песчаная подготовка под полы h1;

2 - бетонный пол подвала h2;

3 - уровень пола подвала;

4 - глубина заложения фундамента относительно пола подвала Нп;

1. Не пучинистые - скальные и полускальные породы.

2. Слабопучинистые - крупнообломочные грунты, пески гравелистые, крупные и средние.

3. Пучинистые - мелкие пески, пылеватые супеси, суглинки.

Уровень грунтовых вод также имеет важное значение при проектировании фундаментов и всецело определяется гидрогеологическими условиями данной местности. Высокий уровень грунтовых вод при пучинистом грунте может потребовать столь дорогостоящих решений конструкций фундаментов и гидроизоляции подвала, что выгоднее будет отказаться от такого участка для строительства.

Часто можно предварительно выяснить уровень грунтовых вод и без проведения серьезных физических исследований. Такую информацию можно получить на соседних заселенных территориях. Источниками ее в этом случае могут быть: местные фирмы, занимающиеся изучением и испытанием грунтов; местные инженеры, консультирующие в области строительства; городские управления по делам строительства; местные агенты по продаже недвижимости; владельцы соседних участков.

Глубина заложения фундамента для скальных и полускальных пород может быть любой и не зависит от уровня грунтовых вод или глубины промерзания. Если грунт состоит из гравелистых, крупных или средних песков, то глубина заложения фундамента должна составлять 0.5 метра вне зависимости от уровня грунтовых вод и глубины промерзания.

Когда же грунт пучинистый, то в зависимости от уровня грунтовых вод возможны три варианта:

1. Если уровень грунтовых вод превышает расчетную глубину промерзания грунта более чем на 2 м, фундамент достаточно заглубить всего на 0.5 метра.

2. Если уровень грунтовых вод превышает глубину промерзания грунта менее чем на 2 м, то глубина заложения составляет около 75 % от глубины промерзания грунта, но не должна быть меньше 0.7 метра.

3. Если же уровень грунтовых вод менее расчетной глубины промерзания грунта, то глубина заложения должна быть не меньше глубины промерзания грунта.

ВЫВОДЫ

Фундамент - это опорная конструкция всего дома. Именно от него зависят прочность и долговечность дома. Функции фундамента включают в себя передачу нагрузки от здания грунту, а также сопротивление влиянию грунтовых вод и мороза.

Основными требованиями, предъявляемыми к фундаментам, являются: прочность, устойчивость, сопротивляемость влиянию атмосферных условий и отрицательных температур, долговечность, соответствующая эксплуатационному сроку службы надземной части зданий и сооружений, индустриальность устройства конструкций, экономичность.

Главная функция фундамента - нести на себе всю нагрузку основных архитектурных составляющих строения, предотвращая их преждевременное разрушение, гниение, проседание, растрескивание, деформацию и другие негативные процессы, возникающие под естественным влиянием силы тяжести или негативных климатических условий.

Ленточные фундаменты выполняют в виде непрерывных стен, столбчатые -- в виде системы отдельно стоящих столбов и сплошные -- в виде сплошной плиты прямоугольного или ребристого сечения под все здание.

Глубина заложения фундамента находится в непосредственной зависимости от трёх факторов:

1. Типа грунта

2. Уровня грунтовых вод

3. Глубины промерзания.

Прочность и устойчивость любого сооружения, прежде всего зависят от надежности основания и фундамента.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Анатолий Сергеевич Щербаков «Основы строительного дела»

2. Глубина заложения фундаментов: ;

Прочность и устойчивость любого сооружения обеспечивается, прежде всего, прочностью и устойчивостью фундамента, который должен быть заложен на надежном основании.

Основанием называется толща естественных напластований грунтов, непосредственно воспринимающая нагрузку и взаимодействующая с фундаментом возводимого сооружения.

Основания называют естественными , если грунты под подошвой фундамента остаются в естественном состоянии. В случае недостаточной прочности грунтов принимают меры по искусственному их упрочнению. Такие основания называют искусственными . Естественным основанием

могут служить самые разнообразные грунты, слагающие верхнюю часть земной коры. Естественные грунты, используемые в качестве естественных оснований, подразделяют на четыре вида: скальные, крупнообломочные, песчаные и глинистые.

Несущая способность глинистого грунта в большой степени зависит от влажности. Несущая способность сухих глин довольно высокая и такие грунты могут служить хорошим основанием, при увеличении влажности их несущая способность значительно падает.

Супеси и мелкозернистые пески при разжижении водой становятся я настолько подвижными, что текут, как жидкость, и называются плывунами.

Возведение зданий на таких грунтах связано со значительными трудностями.

К глинистым грунтам относятся также лёссы , которые при замачивании водой обладают просадочными свойствами или набухают. Использование так их грунтов в качестве оснований требует применения специальных мер.

Помимо перечисленных видов встречаются также грунты с органическими примесями (растительный грунт, торф, болотистый грунт и др.), многолетнемерзлые и насыпные грунты. Грунты с органическими примесями в качестве естественных оснований не применяют, так как они неоднородны по своему составу, рыхлы, обладают значительной и неравномерной сжимаемостью. Насыпные грунты также неоднородны по составу и сжимаемости и их использование в качестве оснований требует особых обоснований.

Упрочнение грунтов путем поверхностного ил и глубинного их уплот- нения осуществляется трамбованием пневматическими трамбовками с втрамбовыванием щебня ил и гравия. Уплотнение трамбовочными плитам и массой 1 т и более, которые сбрасывают с высоты 3–4 м, доходит до глубины 2–2,5 м. Для уплотнения больших площадей применяют укатку грунта тяжелыми катками.

Песчаные и пылеватые грунты хорошо уплотняют вибрированием специальным и поверхностными вибраторам и, такое уплотнение осуществляется значительно быстрее, чем при трамбовании.

Глубинное уплотнение грунта осуществляют применением песчаных или грунтовых свай. Предварительно вибропогружателем вводят в грунт инвентарные стальные трубы диаметром 400–500 мм с остроконечным раскрывающимся стальным башмаком на конце. Погруженные на необходимую глубину трубы заполняют песком и затем извлекают с вибрированием. При таком извлечении песок уплотняется и хорошо заполняет скважину.

Закрепление слабого грунта основания (его упрочнение) достигается также применением тампонажа (цементации, силикатизации и битумизации).

Фундаментом (рис. 1.1) называется подземная часть сооружения, возводимая на естественных ил и искусственных основаниях и служащая для передач и нагрузок от сооружений на основания. Конструктивная форма фундамента позволяет обеспечить бол ее равномерное распределение давления от сооружения на грунт.

Верхняя граница между фундаментом и наземной частью сооружения так же, как и границы между отдельным и уступами фундамента, называется обрезом фундамента . Нижняя плоскость фундамента, опирающаяся на грунт, называется подошвой фундамента. Расстояние от уровня земли около законченного здания (отметка планировки) до подошвы называется глубиной заложения фундамента.

Фундаментами мелкого заложения на естественных основаниях называют такие фундаменты, которые сооружают в открытых котлованах глубиной на более 5-6м.Основные требования к фундаментам – их достаточная прочность, долговечность, морозостойкость, стойкость против агрессивного воздействия подземных вод.

Фундамент должен иметь такие размеры, чтобы среднее давление по подошве фундамента на превышало расчетного сопротивления грунта основания.

Кроме того, расчетные значения абсолютных осадок и разностей осадок между отдельными фундаментами одного сооружения не должны превышать установленных нормами проектирования предельных значений.

Классификация фундаментов мелкого заложения

К отдельным фундаментам стаканного типа относятся фундаменты под колонны. Обычно такие фундаменты применяются в промышленных зданиях. При не слишком больших нагрузках на грунт, при достаточно прочных и малосжимаемых грунтах, а так же при гибкой схеме работы надземной части здания, когда колонны и ригели или колонны и фермы соединены шарнирно.

Различают способом крепления фундамента с колонной:

а) замоноличивание (?мелкие, холодные?)

1 - Бетон на мелком заполнителе не ниже класса бетона самого фундамента (не ниже В20).

2 - стакан

б) большие колонны устанавливаются без стакана

жесткий стык – сварка и стык замоноличиваются бетоном

Обычно отдельные фундаменты под колонну выполняются с сочетанием с рандбалками (или фундаментными балками).

Столбчатые бесстаканные фундаменты под кирпичную стену

Применяются для одноэтажных зданий при хороших грунтовых условиях для частного индивидуального строительства.

Ленточные фундаменты

Под кирпичные стены иногда назначаютнепрерывными.

Применяются при равномерной нагрузке от стен на грунт и постоянных вдоль стены в грунтовых условиях. (l/b≥10).

Изменение размеров глубины заложения возможны только на отдельных участках ограниченной длины. Участки имеющие разные размеры отделяются осадочными швами. Применяются при значительных нагрузках и достаточно слабых грунтах. Несущественно изменяют жесткость сооружения, почти не работают на изгиб в продольном направлении (при большой жесткости стен).

Параллельные ленточные фундаменты под колонны применяются при шаге колонн не более 6 м и при наличии слабых грунтов. Такие фундаменты уменьшают неравномерность осадок отдельных колонн.

Лекция 7 – 10.05.12

Фундаменты перекрестных лент под колонны

Применяются при малом шаге колонн, при больших нагрузках и слабом грунте. Перекрестные ленты позволяют выравнивать осадки не только отдельных колонн в ряду, но и здания в целом.

Сплошные фундаменты

Фундаменты в виде сплошной плиты как под колонны, так и под кирпичные стены, устраивают под всем сооружением или под его частью в виде ж/б плит под сетку колонн и стен. Такие фундаменты работают на изгиб в двух взаимно перпендикулярных направлениях, имеют небольшую равномерную осадку, им не страшно подмачивание поверхностными водами, а так же они защищают подвальные части здания. Размеры таких фундаментов обусловлены размерами сооружения в плане.

Перед началом строительства дома по выполняют необходимый расчет оснований фундаментов.

Для определения прочности самого фундамента необходимо также выполнить соответствующие вычисления.

Поскольку имеется несколько типов несущего основания и достаточно много видов естественных грунтов, то приведенные примеры расчета оснований и фундаментов не охватывают всего этого многообразия. Если не требуется дополнительных инженерных работ по укреплению почвы, сооружают фундаменты на естественном основании, для которых существуют специальные методы вычисления.

Характеристика естественных оснований

В распоряжение строителя природа предоставляет грунт как естественное основание. Тип фундамента определяет дополнительно ряд факторов: геологическое строение, глубина залегания подземных вод, глубина промерзания и др. Характер нагрузок также оказывает влияние, но для частного домовладения надо ориентироваться на постоянную нагрузку. В то же время нельзя исключить вероятность того, что сосед начнет рядом строить дом на забивных сваях.

Естественным фундаментом являются скальные грунты (гранит, известняк, кварциты и др.), которые являются водонепроницаемыми и надежными для любых сооружений. Аналогичные характеристики присущи и крупноблочным грунтам, которые образовались из скальных пород в результате их разрушения. Это щебень, гравий, галька. Они состоят из частиц, размеры которых превышают 2 мм. Их надежность существенно зависит от присутствия подземных вод.

Горные породы, измельченные до размеров 0,1-2 мм, называют песками. Пески с размером частиц 0,25-2 мм практически не вспучиваются в зимних условиях и поэтому не воздействуют на фундамент. Надежность песчаного основания зависит от мощности слоя песка и от воздействия на него грунтовых вод.

В глинистых грунтах содержатся частицы, размеры которых не превышают 0,005 мм. По содержанию глины их делят на:

• супесь: содержание глины от 3 до 10%;
• суглинок: содержание глины от 10 до 30%;
• лессы: являются пылеватым суглинком.

Наиболее прочным основанием является глина. На таком основании, если глина сухая, можно сооружать массивные здания.

Несущая способность всех перечисленных видов естественных оснований сильно зависит от влажности. А влажные лессовые грунты еще и уплотняются под воздействием веса сооружения, сильно проседая.

В качестве оснований непригодны некоторые супеси, способные от избытка влаги превратиться в плывуны, а также растительный грунт, торф, ил и насыпные грунты. На таких почвах строительство возможно после их предварительного уплотнения.

Вернуться к оглавлению

Расчет основания по несущей способности

Изображение 1. Механика грунтов.

Под следует понимать предельную нагрузку, которую он может выдержать без разрушения. На Изображении 1 показаны случаи, требующие выполнения , которая обеспечит их собственную устойчивость и не допустит смещения фундамента основания по его подошве.

Необходимо перечислить случаи, показанные на Изображении 1, и определиться с теми, которые могут относиться к частному домостроению.

а) На сооружение действует горизонтальная сила. Такой расчет может потребоваться, если на подворье будут устанавливать вышку для генератора, работающего под действием силы ветра.

б) Предполагает при наличии подпорной стены, на которую могут действовать горизонтальные силы, возникающие от собственного веса грунта.

в), г) Сооружение находится на откосе или близко к его краю.

д) Основанием является глинистый грунт, степень влажности которого S τ = 0,5. На него действует вес дома. Это реально возможные ситуации.

е) Рассчитывают несущую способность для определения, насколько устойчив естественный склон.

Кроме указанных случаев такой расчет фундаментов необходим, если дом построен на скальных грунтах или на фундамент могут действовать выталкивающие силы.

Чтобы несущая способность грунта обеспечивала надежность построенного на нем сооружения, необходимо проверить условие (1):

F≤γ c ·F u /γ n , (1)

где F — нагрузка от всего сооружения с учетом всех систем жизнеобеспечения, передаваемая на основание фундаментом, кг;
F u — противодействующая сила основания, кг;
γ c — коэффициент, зависящий от типа грунта (см. таблицу №1);
γ n — коэффициент надежности, устанавливается в зависимости от класса сооружения: γ n =1,2; 1,15; 1,1 для сооружений I, II, и III классов, соответственно.

Таблица № 1.

Вернуться к оглавлению

Примеры расчета оснований и фундаментов

В качестве примера можно рассмотреть случай под буквой «д»: фундамент, основание которого опирается на глинистый грунт.
Для определения его противодействия, F u , необходимо знать несущую способность грунтов (см. Таблицу 1) и площадь S ф, на которую опирается фундамент сооружения. К примеру, его ширина d = 0,5 м, а здание имеет размеры 8×10 м.

Внутри здания, посредине, имеется одна несущая стена. Обычно фундамент на естественном основании имеет прямоугольное сечение. Определение площади подошвы необходимо выполнять исходя из положения, что его размеры в сечении должны быть одинаковыми. Тогда значение площади будет равно:

S ф = (10×2+7×3)×0,5=20,5 м² =20,5·10 4 см ² .

Несущая способность сухой глины средней плотности составляет 2,5 кг/см² (см. Таблицу 1). По величине и несущей способности грунта можно определить противодействующую силу.

F u =[σ]·S ф = 2,5·20,5·10 4 =51,25·10 4 кг=512,5 т.

Следует определить вес здания III класса (γ n =1,1) для глины (γ c =0,9):

F≤γ c ·F u /γ n = 0,9·512,5 /1,1=419 т.

Следовательно, если вес сооружения F будет меньше 419 т, то несущая способность грунта обеспечит его надежность. Иначе придется прибегнуть к увеличению площади подошвы фундамента, сделав его сечение не прямоугольным, а трапецеидальным. Увеличение одной только площади подошвы существенно сокращает количество материала.

Расчет по несущей способности для сооружений, расположенных на откосе или недалеко от него, намного сложнее.

Вернуться к оглавлению

Расчет фундамента на естественном основании по деформациям

Строения в процессе эксплуатации деформируются, и причиной этому могут быть вертикальные деформации оснований, на которых они построены. Такие деформации разделяют на осадки и просадки.

Коренное изменение сложившегося строения грунта называют просадкой. Причиной просадки может быть уплотнение почвы при замачивании. Рыхлый грунт может уплотниться при сотрясении. Иногда он начинает выпирать из-под подошвы фундамента. Таких изменений фундаментов по деформациям допускать нельзя. Вероятность их появления необходимо установить до начала строительства.

Если происходит уплотнение прочных грунтов из-за веса строения, в результате чего происходит , такую деформацию оснований называют осадкой. Как правило, в результате осадки в элементах здания трещины не появляются. Если грунт оседает по-разному под каждой из частей здания, это и может явиться причиной появления трещин в отдельных элементах его конструкции.

Причиной неравномерности осадки грунта могут быть:

• разница плотностей и как следствие, неодинаковая их сжимаемость;
• разное расширение его слоев в результате сезонных промерзаний и оттаиваний;
• неодинаковая мощность пластов;
• различные нагрузки на грунт со стороны строения, что приводит его к разным напряженным состояниям.

Существуют две причины, из-за которых необходимо выполнять расчет оснований по деформациям. Одной из них являются близко стоящие от строительства сооружения, существенно отличающиеся по весу.

Естественные основания - это грунты или скальные породы, находящиеся в условиях их природного залегания и восприни­мающие нагрузку от фундаментов.

Выбор строительной площадки под здание или со­оружение определяется в первую очередь геологическими и ги­дрогеологическими условиями основания. При этом устанавли­вают характер напластований грунтов и толщину каждого слоя, их физико-механические свойства, уровень грунтовых вод, воз­можность размывов и т. п.

Грунты исследуют, при помощи бурения или шурфования. Бурение дает возможность взять пробу грунта с различной глубины. Образцы отбираются не реже чем через каждые 0,5 м по высоте. Это наиболее быстрый и простой способ геологичес­кой разведки основания.

Шурфование позволяет непосредственно осмотреть грунт в естественных условиях и испытать его на образцах значитель­ных размеров с ненарушенной структурой. Шурфы представ­ляют собой колодцы прямоугольного сечения, вырытые на раз­личную глубину.

Для получения геологического профиля определен­ного грунтового участка границы однородных, слоев, которые обнаружены в шурфах или скважинах, расположенных по одной оси, соединяют между собой. Несколько таких вертикальных разрезов дают представление о геологическом строении данного грунтового массива.

Расчет основания заключается в ограничении дефор­маций конструкций зданий, определяемых величиной нагрузки, которую называют расчетным сопротивлением осно­вания. Эта нагрузка должна соответствовать такой осадке ос­нования, при которой деформации, возникающие в конструкциях здания или сооружения, не превышают допустимых для их нор­мальной эксплуатации.

Осадка основания под фундаментом зависит от соотношения между нагрузкой на грунт и его деформацией, а, также от рас­пределения давления в грунте. Подошва фундамента, передавая нагрузку на основание, вызывает в нем соответствующие напря­жения. С возрастанием глубины эти напряжения распространя­ются на все большие объемы грунта, но величина их уменьшается. Если рассматривать горизонтальную плоскость, то на­пряжения в ней распределяются неравномерно. Их наибольшая величина наблюдается в центре приложения нагрузки с посте­пенным уменьшением к периферии (рис. 53).

Распределение давления зависит от формы фундамента в плане. Под ленточным фундаментом давление в грунте с глуби­ной будет уменьшаться значительно меньше, чем под квадрат­ным, где оно распространяется сразу равномерно в четыре сто­роны, а не в две, как под ленточным фундаментом. Например, на глубине 1 м величина среднего давления в грунте под ленточным фундаментом будет равна 0,55 р, а под квадратным фундаментом 0,34 р на глубине 2 и 3 м соответственно 0,31 р и 0,21 р, 0,11 р и 0,06 р (р - величина среднего давления в грунте под подошвой фундамента).

Расчетные сопротивления грунта при глубине заложения фундамента от 1,5 до 2 м и ширине фундамента 0,6-1 м уста­новлены следующие:
глинистые грунты - от 1 до 6 кг/см 2 (в зависимости от по­ристости и влажности);

Рис. 53 График давления в грунтах

Пески - от 1 до 4,5 кг/см 2 (в зависимости от крупности частиц, влажности и плотности);
- крупнообломочные грунты - от 3 до 6 кг/см 2 ;
- скальные породы – 1/6 от предела прочности скалы на сжа­тие (независимо от размеров и глубины заложения фунда­мента).

При глубине заложения фундамента менее 1,5 м расчетное сопротивление уменьшают, а при более 2 м - повышают, так как грунты с увеличением глубины заложения под влиянием веса вышележащих слоев становятся более плотными.

Кроме того, при ширине фундамента менее 0,6 м расчетное сопротивление грунта должно быть уменьшено, а при более 1 м - повышено.