8. Гидроизоляция подвальных помещений

Влага, содержащаяся в порах грунта основания по капиллярам проникать в стены подвальных помещений. При заглублении конструкций ниже УГВ под действием их напора возможны повреждения пола подвала или всплытие всего сооружения. Поэтому для таких сооружений разрабатывают водозащитные мероприятия, которые включают в себя: 1) устройство дренажных систем; 2) устройство гидроизоляции; 3) конструктивные мероприятия от всплытия.

Рис. 13. Гидроизоляция подвальных помещений: 1 – обмазочная; 2 – гидроизоляция между фундаментом и стеной; 3 – цементный слой или плитка; 4 – бетонная подготовка; 5 – пригрузочный слой бетона; 6 – рулонная.

Гидроизоляция устраивается для обеспечения водонепроницаемости конструкций и повышения срока их службы. Проектирование гидроизоляции ведется с учетом возможного подъема капиллярных вод на 0,5 м – в крупных, средних и мелких песках, до 1,5 м – в пылеватых песках и до 2 м – в глинистых грунтах.

При отсутствии подвалов гидроизоляция фундаментов в неагрессивных средах не устраивается. Но во всех случаях обязательна рулонная (двухслойная) или цементная горизонтальная прорезающая на отметке на 15 – 20 см выше отмостки стену здания.

Существуют следующие виды гидроизоляции: обмазочная, оклеечная, штукатурная, пластмассовая, металлическая.

Обмазочная – выполняется нанесением горячих битумных мастик 2 р. Оклеечная – устраивается путем наклейки 1 или нескольких слоев рулонных или листовых материалов на грунтованные поверхности мастиками. Для долговечных зданий используется стеклопластики или гидроизол. Изоляционный ковер располагают обычно только с внешней стороны здания, он должен быть защищен от повреждений, кирпичной стенкой. Штукатурная – применяется двух видов – цементная и асфальтовая. Цементная – толщиной до 30 мм наносится на ограждающие конструкции, применяются специальные цементы, обладающие повышенной стойкостью.

Пример 8. Необходимо разработать гидроизоляцию фундаментов, УГВ находится на уровне 2,7 м от уровня земли в слое глинистого грунта. Глубина заложения фундамента под стену в подвальной части здания d = 1,92 м, подвал на отметке 1,4 м от уровня земли.

УГВ ниже подошвы фундамента на (2,7–1,92) 0,78 м и пола подвала на (2,7–1,4) 1,3 м.

Гидроизоляция подвального помещения выполняется обязательно, рисунок 13. а. (показать)

9. Расчет свайного фундамента

При проектировании свайных фундаментов следует руководствоваться следующими общими принципами: выгоднее применять меньшее количество свай в фундаменте, но большей длины; острие сваи располагается в плотных, малосжимаемых грунтах; заглубление сваи в несущий слой глинистого грунта должно быть не менее 1 м, заглубление в песчаный грунт не менее 0,5 м; в плане сваи предусматриваются в углах здания и в местах пересечения стен.

Чтобы все сваи в фундаменте работали одновременно их объединяют ж/б плитой – ростверком, который обеспечивает равномерное распределение нагрузки на сваи.

Сваи чаще выполняются из железобетона (рис. 15) применяются полнотелые квадратные и пустотелые квадратные и круглые, с постоянным сечением по длине. Квадратные сваи делаются размерами от 200 до 400 мм, длиной от 3 до 20 м. Сваи маркируются как С 6 – 30, где С – свая с ненапряженной арматурой, 6 – длина сваи 6 м, 30 – сечение 300 мм. СН – свая с напрягаемой арматурой. В голове укладывают 3 – 5 арматурных сеток.

Несущая способность сваи трения зависит от сопротивления грунта под нижним концом сваи и развивающихся по боковой поверхности сил сопротивления сдвигу, определяемых по первой группе предельных состояний. Используя практический метод определим несущую способность сваи по СНиП 2.02.03 F_d = _c (_cR R A + u  _cf f_i h_i ), (27)

где _c – коэффициент условия работы сваи в грунте, принимается = 1;

_cR и _cf - коэффициенты работы грунта соответственно под нижним концом сваи и по боковой поверхности, для забивных свай _cR = _cf = 1;

R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, по табл. 13;

А – площадь опирания сваи о грунт; u – периметр поперечного сечения сваи;

f_i – расчетное сопротивление сдвигу боковой поверхности сваи по i-му слою грунта, по табл. 14;

h_i – толщина i-го слою грунта в пределах длины сваи, по условию h_i  2м.

Глубина погружения сваи и залегание отдельных слоев z для определения R и f_i принимают от природного рельефа при срезке.

Значение расчетного сопротивления грунта под нижним концом сваи, погруженных в грунт или изготовленных в грунте R кПа. Таблица 13

Глубина погружения нижнего конца сваи Zо, м.	Для песчаных грунтов средней плотности сложения
	гравий		крупный		-	средний	мелкий	пыль	-
	Для пылевато-глинистых грунтов показатель текучести IL
	0	0,1		0,2		0,3	0,4	0,5	0,6
3	7500	6600 4000		3000		3100 2000	2000 1200	1100	600
4	8300	6800 5100		3800		3200 2500	2100 1600	1250	700
5	8800	7000 6200		4000		3400 2800	2200 2000	1300	800
7	9700	7300 6900		4300		3700 3300	2400 2200	1400	850
10	10500	7700 7300		5000		4000 3500	2600 2400	1500	900
15	11700	8200 7500		5600		4400 4000	2900	1650	1000
20	12600	8500		6200		4800 4500	3200	1800	1100

Примечание: В числителе дроби значение R для песков, в знаменателе R – для глинистых грунтов.

Значение расчетного сопротивления грунта сдвигу боковой поверхности забивных свай по грунту f кПа Таблица 14

Глубина погружения нижнего конца сваи Zо, м.	Для песчаных грунтов средней плотности сложения
	круп. сред.	мелкий	пыль	-	-	-	-	-	-
	Для пылевато-глинистых грунтов при показатели текучести IL
	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0
1	35	23	15	12	8	4	4	3	2
2	42	30	21	17	12	7	5	4	4
3	48	35	25	20	12	8	7	6	5
4	53	38	27	22	16	9	8	7	5
5	56	40	29	24	17	10	8	7	6
6	58	42	31	25	18	10	8	7	6
8	62	44	33	26	19	10	8	7	6
10	65	46	34	27	19	10	8	7	6
15	72	51	38	28	20	11	8	7	6
20	79	56	41	30	20	12	8	7	6

Для плотных песков значение f_i увеличивают на 30%, а для R принимают на 60 % больше чем указано в табл. 13 и 14 но не более чем 20 МПа.

Определим расчетную нагрузку допускаемую на одну сваю Р = F_d / _k, (28)

где _k – коэффициент надежности принимаемый = 1,2 – при статических испытаниях сваи; = 1,25 – при статическом зондировании или динамических испытаниях; = 1,4 – при определении F_d – расчетами по СНиП;

Число свай в фундаменте устанавливается исходя из допущения, что ростверк осуществляет равномерное распределение нагрузки на все свая в кусте. Расчет по первой группе предельных состояний по формуле n = _k N_o / (F_d - _k a² d _m ), (29)

где N_o – расчетная нагрузка, действующая по обрезу фундамента; а – шаг свай; d – глубина заложения подошвы ростверка; _m – средний удельный вес материала ростверка, фундамента и грунта. n – округляется до целого, всегда в сторону увеличения, минимальное значение свай для фундамента под колонну - n = 3.

Зная число свай, их размещают в плане, сваи располагают рядами или в шахматном порядке. Сваи заделывают в ростверк на 5 – 10 см со сколом головки сваи и с выпусками арматуры. Проверку расчетной нагрузки приходящейся на отдельную свая для центрально нагруженного фундамента выполняют по формуле N = ( N_o + G_f + G_g ) / n, (30)

G_f и G_g – расчетная нагрузка от веса фундамента с ростверком и грунта; n – принятое (целое) число свай в фундаменте. N  Р, (31)

Если это обязательное условие, формула (32) не выполняется, то увеличивают число свай и проводят повторную проверку.

Для внецентренно загруженного фундамента стремятся конструктивно совместить центр тяжести сечений свай с точкой приложения равнодействующей. Размещать сваи с большей частотой у загруженного края ростверка нежелательно, из-за возможного возникновения крена.

(32)

где М_х и М_у – моменты относительно главных осей инерции в плоскости горизонтального сечения куста свай; х и у – координаты центра сечения рассматриваемой сваи, для которой определяется нагрузка N; x_i и y_i – координаты центра тяжести i-й сваи.

Пользуясь формулой (32) необходимо определить расчетную нагрузку на все сваи в кусте, каждое значение сравнивается по формуле (31). Если уравнение (31) не выполняется хоть 1 раз приходится увеличивать число свай с кусте и повторять проверочный расчет.

Для выполнения дальнейших расчетов необходимую определим высоту ростверка по формуле ; (33)

где b – ширина сваи; Р – расчетная нагрузка действующая на одну сваю; k – коэффициент, равный 1; R_bt– расчетное сопротивление бетона растяжению.

Пример 9. Спроектируем свайный фундамент под несущую стену, передающую в уровне обреза вертикальную нагрузку N^р₀ = 330,05 кН с глубиной заложения подошвы ростверка 0,6 м из свай квадратным сечением 30 х 30 см.

Длину сваи определяем из условия, что нижний конец сваи должен заглубляться в последний слой грунта не менее чем на 2 м. L₀ = 1,5 + 3,2 + 2 – 0,6 = 6,1 м. Поскольку длина сваи должна быть кратна 0,5 м принимаем длину сваи - L = 6 м.

В пределах длины сваи разбиваем грунтовые пласты на элементарные слои толщиной h  2 м (рис. 14) на глубине центра тяжести z каждый слой имеет следующие характеристики:

1) z1 = 1,05 м суглинок, показатель текучести I_L = 0,75; f₁ = 4,1 кП;

2) z2 = 2,1 м глина выше УГВ, I_L =0,18; f₂ = 42,6 кП;

3) z3 = 3,7 м глина ниже УГВ, I_L =0,41; f₃ = 25,9 кП;

4) z4 = 5,65 м песок крупный. f₄ = 57,3 кП;

z0 = 6,6 м - песок крупный – для определения лобового упора. R= 7230 кПа.

Значения сопротивления грунта сдвигу по боковой поверхности f_i для все слоев и сопротивление грунта под нижним концом R, по табл. 13 и 14.

Рис. 14. Схема к расчету свайного фундамента под стену.

Несущая способность сваи определяется по формуле (28)

F_d = 1 (1*7230*0,09 + 1,2*1*( 4,1*0,9 + 42,6*1,2 + 25,9*2 + 57,3*1,9 )) = 909,3 кП.

где γ_с = 1; А = 0,3*0,3 = 0,09 м²; u = 4*0,3= 1,2 м; γ_сR = 1 γ_сf = 1 – коэффициенты условий работы грунта под острием и по боковой поверхности, для забивных свай.

Расчетная нагрузка, допускаемая на сваю Р = 909,3 / 1,4 = 649,5 кПа.

Определим количество свай в кусте n = 330,05 / 649,5 = 0,51  1 шт.

Примем, что на один погонный метр ленточного свайного фундамента приходится одна свая. Ростверк выполним из бетона В-25 - R_bt = 1,05 МПа.

0,27 м. Примем высоту ростверка 0,3 м.

Рис. 15. Свайный фундамент под стену: а) вид по оси А; б) план.

Выполним проверку на нагрузку приходящуюся на один погонный метр ленточного свайного фундамента по формулам (31 - 32).

G_f - расчетная нагрузка от веса 1 п.м. свайного фундамента под стену складывается из веса сваи, веса ростверка и веса фундаментного блока до уровня земли.

G_f = 1,1*[(0,3*0,3* 6 * 25)+(1*0,6*0,3 * 25)+(1*0,6*0,3 * 25)]= 24,75 кН.

G_g – расчетная нагрузка от веса грунта на свесах ростверка, поскольку ширина ростверка равна ширине фундаментного блока, то свеса нет G_g = 0.

N = (330,05 + 24,75) / 1 = 354,8 кН. < Р = 649,5 кПа. Условие равномерного распределения нагрузки на все сваи удовлетворяется. Оставляем число свай 1 шт.

Спроектируем свайный фундамент под колонну, передающую в уровне обреза вертикальную нагрузку N^р₀ = 1376,55 кН и М^р₀ = 115 кН*м сваи квадратного сечения 30 х 30 см.

Глубина заложения ростверка свайного фундамента примем 1 м.

Определим длину сваи L₀ = 1,5 + 3,2 + 2 – 1 = 5,7 м. Примем - L = 6 м.

Рис. 16. Схема к расчету свайного фундамента под колонну.

В пределах длины сваи (рис. 16) определим следующие характеристики:

1) z1 = 1,25 м суглинок, показатель текучести I_L = 0,75; f₁ = 4,5 кП;

2) z2 = 2,1 м глина выше УГВ, I_L =0,18; f₂ = 42,6 кП;

3) z3 = 3,7 м глина ниже УГВ, I_L =0,41; f₃ = 25,9 кП;

4) z4 = 5,3 м песок крупный. f₄ = 56,6 кП;

5) z5 = 6,45 м песок крупный. f₅ = 59 кП;

z0 = 7 м - песок крупный – для определения лобового упора. R= 7300 кПа.

Несущая способность сваи

F_d = 1 (1*7300*0,09 + 1,2*1*( 4,5*0,5 + 42,6*1,2 + 25,9*2 + 56,6*1,2 + 59*1,1)) = 942,6 кП.

Расчетная нагрузка, допускаемая на сваю Р = 942,6 / 1,4 = 673,3 кПа.

Определим количество свай в кусте n = 1376,55 / 673,3 = 2,05  3 шт. – минимально допустимое количество свай для отдельно стоящего фундамента под колонну.

Рис. 17. План свайного фундамента под колонну. Рис. 18. Схема условного свайного фундамента

для расчета осадок.

Определим предварительную высоту ростверка по формуле (33), примем марку бетона для ростверка В-25 R_bt = 1,05 МПа. 0,278 м. Примем h_р = 0,3 м.

Выполним проверку на нагрузку приходящуюся на один погонный метр ленточного свайного фундамента по формулам (31 - 32).

G_f - расчетная нагрузка от веса свайного фундамента под колонну складывается из веса свай, веса ростверка и веса стакана под колонну. G_f = 1,1 * [(0,3 * 0,3 * 6 * 3 * 25) + (1,4 * 1,5 * 0,3 * 25) + ((1 * 1 * 0,55 – 0,5 * 0,5 * 0,45) * 25)] = 56,58 кН.

G_g – расчетная нагрузка от веса грунта на свесах ростверка,

G_g = 1,4 * [(1,4 * 1,5 * 0,7 – 1 * 1 * 0,55) * 17,8 ] = 22,93 кН.

где 1,4 – коэффициент надежности по грунту; 17,8 – удельный вес грунта в первом слое.

N = [(1376,55 + 56,58 + 22,93) / 3]  [115 * 0,45 / (0,45² + (-0,45)² +0²) ] = 485,35 127,8 кН;

N_max = 613,15 кН. < Р = 673,3 кПа. N_min = 357,55 кН. < Р = 673,3 кПа.

Условие равномерного распределения нагрузки на все сваи фундамента удовлетворяется. Оставляем число свай в кусте 3 шт.