Расчет оснований и фундаментов: правила вычислений

Оглавление:

Характеристика естественных оснований
Расчет основания по несущей способности
Примеры расчета оснований и фундаментов
Расчет фундамента на естественном основании по деформациям

Перед началом строительства дома по характеристикам грунта выполняют необходимый расчет оснований фундаментов.

Для определения прочности самого фундамента необходимо также выполнить соответствующие вычисления.

Ленточный фундамент виды и формы.

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

Схема ленточного фундамента.

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.

Схема заливки ленточного фундамента.

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.

Расчет основания по несущей способности

Изображение 1. Механика грунтов.

Под несущей способностью грунта следует понимать предельную нагрузку, которую он может выдержать без разрушения. На Изображении 1 показаны случаи, требующие выполнения расчета основания по несущей способности, 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 расчет фундамента 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?= 0,5. На него действует вес дома. Это реально возможные ситуации.

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

Ленточный монолитный фундамент.

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

Далее обозначения в формулах такие, как и в нормативной строительной документации.

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

F??c?Fu/?n, (1)

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

Таблица № 1.

Вид ?c Несущая способность [?], кг/см? плотный средней плотности Песок крупный 1,0 6 5 Песок среднего размера 5 4 Супесь (сухая) 0,85 3 2,5 Супесь, влажная (пластичная) 2,5 2 Суглинок (сухой) 3 2 Суглинок, влажный (пластичный) 3 1 Глина (сухая) 0,9 6 2.5 Глина, влажная (пластичная) 4 1

Примеры расчета оснований и фундаментов

Схема основных видов фундамента.

В качестве примера можно рассмотреть случай под буквой «д»: фундамент, основание которого опирается на глинистый грунт. Для определения его противодействия, Fu, необходимо знать несущую способность грунтов (см. Таблицу 1) и площадь Sф, 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:

Sф = (10?2+7?3)?0,5=20,5 м? =20,5?104 см?.

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

Fu=[?]?Sф = 2,5?20,5?104 =51,25?104 кг=512,5 т.

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

F??c?Fu/?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.

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.

Схема внецентренно нагруженного свайного фундамента.

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 осадка фундамента, 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.

Схема не симметричного свайного фундамента с определением смещенного центра тяжести.

Второй причиной осадки фундаментов могут быть слабые грунты. Это насыпные почвы, рыхлые пески в глинистых типах, находящихся в текучем состоянии, грунты с большим содержанием органических остатков. В таких видах возможна деформация фундамента.

Расчет оснований состоит в проверке выполнения неравенства:

S ? f, (2)

где S – расчетная абсолютная величина осадки; f – предельно допустимая осадка.

Предельные осадки, при которых не выполняется условие (2) могут быть причиной для формирования искусственного основания.

Значение S определяют путем проведения по установленной методике испытаний на сжимаемость в различных местах строительной площадки. В результате находят максимальное Еmax и минимальное Еmin значение модуля сжимаемости.

Основание считается таким, что его осадка мало зависит от сжимаемости, если Еmin = 200 кг/см?, иначе необходимо проверить выполнение еще двух условий:

1,8? Еmax/Еmin? 2,5 (при 200> Еmin ? 150 кг/см?);

1,3? Еmax/Еmin? 1,5 (при 150> Еmin ? 75 кг/см?);

Существуют специальные таблицы, по которым определяют абсолютные значения деформации f. Не приводя таблицы, следует указать, что в зависимости от типа стен и отношения длины ленточного фундамента к высоте стены, максимальная осадка f изменяется от 8 до 15 см.

При отношении Еmax/Еmin<1,3 основание считают однородным и расчет фундамента на осадки не проводят.

Для строительства дома такие сложные расчеты выполнять самостоятельно нецелесообразно. Допущенная по неопытности ошибка может обернуться существенными материальными затратами.