9.5.4. Климатические факторы

Под влиянием ежегодного промерзания и оттаивания, высыхания и увлажнения грунт может менять свой объем. Мно­гие грунты при промерзании испытывают пучение. Пучение ча­сто, как отмечено в п. 3.3.3, сопровождается образованием линз и прослоек льда вследствие миграции влаги к фронту промер­зания; такое явление может развиваться и при промерзании грунта под фундаментами. Однако некоторые грунты не испы­тывают пучения, поэтому различают грунты пучиноопасиые и непучиноопасные. К пучиноопасным относятся все пыле-вато-глинистые грунты, а также пылеватые и мелкие пески. Непучиноопасными являются пески средней крупности, крупные и гравелистые, гравий, галька и скальные породы.

Для определения возможности промерзания грунтов под фундаментами необходимо прежде всего знать нормативную глубину промерзания df, „. Ее значение принимают по данным наблюдений как среднюю из ежегодных (не менее 10 лет) мак­симальных глубин сезонного промерзания под оголенной от снега поверхностью или по карте СНиП 2.01.01—82, либо вычис­ляют по формуле (9.2).

^._п = й_йЛ/~Щ, (9.2)

где Mt — безразмерный коэффициент, равный сумме абсолютных среднеме­сячных отрицательных температур за зимний период в районе строительства; do — глубина промерзания при Mt = 1, принимаемая равной 23 см для глин и суглинков, 28 см — для супесей и песков пылеватых и мелких, 30 см — для песков средней крупности, крупных и гравелистых, 34 см — для крупно-обломочных грунтов (при котлованах со значительным развитием их за на­ружную грань стены do принимают в зависимости от грунта обратной за­сыпки),

236

Таблица 9.1. Глуби заложения подошвы фундаментов d в зависимости от расчетной глубины промерзания dj,

Грунты под подошвой фундаментов до глубины d*

Расстояние от поверх­ности

планировки до уровня подземных

Глубина

заложения

подошвы

фундамента

й, м

Скальные (медленно выветриваю­щиеся), пески гравелистые, круп­ные и средней крупности Пески мелкие и пылеватые, супеси твердые

Пески мелкие и пылеватые Суглинки и глины полутвердые и твердые

Супеси пластичные и текучие, су­глинки и глины текучие, текуче-, мягко- и тугопластичные

Любое > df + 2

Любое

Любая

То нее

>d_f > 0,5d_f >d_S >d_t

Так как пучинистость грунтов зависит.от положения уровня подземных вод и состояния грунтов по показателю текучести глубина заложения фундаментов наружных стен устанавли­вается по табл. 9.1 в зависимости от расчетной глубины про­мерзания df, которая определяется по формуле

где k_h — коэффициент влияния теплового режима здания на промерзание грунта у наружных стен; у_с — коэффициент условий работы, учитывающий изменчивость климата в районе строительства.

Величину kh определяют для наиболее неблагоприятных условий, к которым относится промерзание грунтов с северной стороны здания и около выступающих углов. Правильнее на­ходить kh теплотехническим расчетом, однако можно принимать kh по СНиП 2.02.01—83. При этом следует учитывать вынос фундаментов за наружную грань стены.

Введением в формулу (9.3) коэффициента у_с вносится по­правка на глубину промерзания в холодные зимы. Величина df. _n обеспечивает лишь в 50 % случаев непромерзания грунта под фундаментом. При возведении капитальных сооружений такую обеспеченность нельзя считать достаточной. Поэтому в районах, где сумма среднемесячных отрицательных температур воздуха за отдельную суровую зиму в 1,5 раза и более превы­шает средние данные многлетних наблюдений, целесообразно принимать 7с > 1. В настоящее время в указанных районах ре­комендуется брать Yc = 1,1.

Глубину заложения фундаментов внутренних стен и колонн отапливаемых зданий назначают независимо от глубины

217

Рис. 9.17. Тепловая изоляция грунта около фундамента для уменьшения глубины промер­зания и глубины заложения подошвы фундамента

•I — граница промерзания', 2 — теп­лоизоляция; 3 — отмостка

промермерзания, но обычно не менее 0,5 м. При этом предусмат­ривают меры, исключающие промерзание основания в период воз­ведения здания до его отопления (утепляют грунт около фун­даментов в пределах верхнего слоя или подвальные помеще­ния, включая лестничные клетки). Своевременное утепление подвальных помещений приводит к тому, что глубина промер­зания грунта в подвале зданий обычно не превышает 0,5df. п.

При неотапливаемых зданиях и сооружениях глубина зало­жения подошвы фундаментов для пучинистых грунтов обычно принимается не менее расчетной глубины промерзания, равной l.lrff. _п. В районах глубокого промерзания грунтов со среднего­довой температурой воздуха ниже 0°С для определения рас­чета глубины промерзания приходится проводить теплотехни­ческие расчеты.

С целью уменьшения глубины заложения подошвы фунда­ментов, особенно в районах глубокого промерзания грунтов, иногда целесообразно утеплять грунт в пределах верхнего слоя теплоизоляционными материалами, не впитывающими влагу (рис. 9.17).

В южных районах, где чередуются засушливые и дождли­вые периоды года, иногда возникает необходимость устанавли­вать зону сезонного набухания глин при увлажнении и сезон­ного их высыхания с усадкой. В таких районах подошву фунда­ментов располагают на глубине, ниже которой объем грунта не изменяется.

Как набухание и усадка, так и пучинистость грунтов могут существенно меняться после застройки территории вследствие более интенсивной инфильтрации воды в грунт, уменьшения ис­паряемости с поверхности и проникания воды из неисправных трубопроводов. Это необходимо учитывать при оценке возмож­ного развития деформации морозного пучения или деформаций усадки и набухания в результате изменения влажности грунта.

9.5.5. Особенности сооружений

К особенностям сооружений, влияющим на выбор глу­бины заложения подошвы фундамента, относятся: наличие под­вальных помещений, приямков, глубоких фундаментов под

218

Рис. 9.18. Взаимное рас­положение фундаментов с различной глубиной за­ложения

оборудование, примыкание к фундаментам ранее построенных или будущих сооружений, характер подземного хозяйства около объекта строительства, а также конструкции самого фунда­мента. Обычно стараются предотвратить возможность наруше­ния структуры грунтов в основании фундамента при отрывке рядом более глубокого котлована. С этой целью предусмат­ривают устройство перехода от подошвы фундаментов к глубо­кому котловану на величину

(9.4)

где а — размер (указан на рис. 9.18, a); cpi и С\ — расчетные, соответственно, угол внутреннего трения, град, удельное сцепление, кПа, грунта (для расчета по первой группе предельных состояний); р_г —среднее давление под по­дошвой вышерасположенного фундамента от расчетных нагрузок (для рас­чета основания по несущей способности), кПа.

В ленточных сборных фундаментах по их длине делают уступы высотой 0,3...0,6 м (полувысота или высота блока). Их располагают на расстояниях не менее двойной высоты уступа.

Указанные выше требования могут не соблюдаться, если более глубокие котлованы ограждают металлическим шпун­том, имеющим крепление, исключающее горизонтальные его перемещения.

При возведении сооружений в водоемах глубину заложения фундаментов назначают с учетом возможного размыва грунта.

К особенностям сооружений относятся также нагрузки, пе­редаваемые на основание, чувствительность конструкций к не­равномерным осадкам, планируемая долговечность сооружений и их уникальность. При высоких сооружениях, например ды­мовых трубах, мачтах и т. п., глубина заложения фундаментов диктуется необходимостью значительного развития их в сто­роны.

9.6,

Проектирование оснований по второй группе предельных состояний (по деформациям)

9.6.1.

Исходные положения

После того как задались типом и глубиной заложения фундамента (для одного из вариантов), определяют размеры его подошвы,

219

Рассмотренная ранее, зависимость, осади фвдшента of приложенной нагрузки (см. рис. 6.1,6) позволяет выделить че­тыре фазы напряженного состояния грунтов оснований. Стрем- ление к полному использованию несущей способности грунта, казалось бы, должно приводить к назначению размеров по­дошвы фундамента, сообразуясь с предельным давлением, при котором происходит выбор грунта основания. Однако это воз­можно лишь при возведении сооружений, не чувствительных к неравномерным осадкам, так как у остальных сооружений не­допустимые неравномерности осадки, нарушающие их нормаль­ную эксплуатацию, возникают уже при значительно меньших давлениях. Таким образом, главным положением при проекти­ровании оснований, т. е. при выборе основных размеров по­дошвы фундаментов, является ограничение неравномерностей осадок, приводящих к деформации конструкций сооружений. Именно этот основной принцип заложен в нормах проектиро­вания оснований зданий и сооружений.

9.6.2. Расчет оснований по деформации

Поскольку неравномерные осадки сооружения могут вызвать появление в нем недопустимых деформаций или пару-' шить нормальные условия эксплуатации, приходится ограничи­вать величины неравномерности осадок. Это ограничение сво­дится к проверке условия

(As/I) < (As/L)_e, или /</_а, (9.5)

где As— разность мел-еду осадками соседних фундаментов, определяемая расчетом, в т.ч. с учетом фактора времени; L — расстояние между осями рассматриваемых соседних фундаментов; (As/L)_u — предельно допустимое значение относительной неравномерности осадки; i — крен сооружения по расчету, i_u — предельно допустимый крен сооружения.

Значения ks/L должны определяться с учетом совместной работы сооружения с фундаментами и основанием. Однако СНиП 2.02.01—83 допускает, если конструкции сооружения не рассчитаны на усилия, возникающие в них при взаимодействии с основанием, находить (As/L)« и i_u по прилож. 4 к этому СНиПу. Величина (As/L)_u зависит от чувствительности кон­струкций к неравномерным осадкам и от предъявляемых к со­оружениям эксплуатационных требований (архитектурный об­лик, работа транспорта и другого оборудования).

Расчет основания по условию (9.5) является главным. Од­нако, чтобы убедиться в соблюдении этого условия, необходимо определить осадку каждого фундамента сооружения с учетом влияния загружения соседних фундаментов и. площадей, а так­же с учетом возможных причин развития неравномерных оса­док фундаментов (см. п. 9.2). Такой способ определения осадок трудоемок даже при использовании ЭВМ, В то же время иа-

220

блюдениями установлено, что неравномерности осадки являют­ся функцией средней осадки сооружения или абсолютной наи­большей осадки отдельных фундаментов. В связи с этим при горизонтальном залегании слоев достаточно убедиться в удов­летворении одного из следующих условий:

где s — средняя осадка сооружения по расчету; s_u— предельное допустимое значение средней осадки сооружения; s_max — абсолютная наибольшая осадка фундамента по расчету; s_{max u} — предельно допустимое значение абсолютной осадки фундамента.

(9.7)

s = •

Среднюю осадку сооружения определяют по формуле a, s_tA_t + a₂s₂^2 + • • • + a_ns_nA_n

a₂A₂ + ... + a_nA_n

где a\, Яг, ..., a_n — число однотипных фундаментов с одинаковой осадкой даже при учете влияния загружения соседних фундаментов; s\, s%, ..., s_n — осадки отдельных или ленточных фундаментов; Ai, А₂, ,.,, А„ — площади подошвы этих фундаментов.

При расчете основания по условию (9.6) во многих случаях нет необходимости определять осадки большого числа фунда­ментов. Обычно достаточно найти осадку одного-двух наиболее загруженных фундаментов, на которые, кроме того, оказывает влияние загружение соседних фундаментов. Если полученные при расчете осадки будут меньше §_и, то можно утверждать, что остальные фундаменты, менее загруженные, также будут иметь осадку, меньшую s_u, т. е. условие (9.6) будет удовлетворено. Аналогично поступают при расчете s_raax, определяя осадку наи­более тяжело загруженного фундамента с учетом влияния за­гружения соседних фундаментов.