Ф.10.5. Как определяются нормируемые (предельные) значения деформации основания?

Предельные значения деформации основания определяются с использованием таблицы прил.4 СНиП [1], где приведены рекомендуемые значения: относительной разности осадок  s/L, средней осадки основания и крена фундамента i. Эти значения получены на основании многолетних наблюдений за деформациями зданий и сооружений с различной конструктивной схемой (см. также вопрос Ф.10.7).

Вопрос 11 Центрально и внецентренно нагруженные фундаменты, характер распределения давлений под подошвой фундамента. Особенности их проектирования

Определение размеров подошвы центрально нагруженного фундамента по заданному значению расчетного сопротивления грунта основания. Обычно вертикальная нагрузка на фундамент N₀ задается на уровне его обреза, который чаще всего практически совпадает с отметкой планировки. Тогда суммарное давление на основание на уровне подошвы фундамента:

р = N₀/А + γd, (3)

где γ – среднее значение удельного веса фундамента и грунта на его обрезах, принимаемое обычно равным 20 кН/м³; d и А – глубина заложения и площадь подошвы фундамента.

Если принять р = R, получим следующую формулу для определения необходимой площади подошвы фундамента:

А = N₀/(R – γd). (4)

Задавшись соотношением сторон подошвы фундамента η = l/b, получим:

b² = N₀/ [ η (R – γd)]. (5)

Зная размеры фундамента, вычисляют его объем и вес N_f, а также вес грунта на его обрезах N_g и проверяют давление по подошве:

р = (N₀ + N_f + N_g)/(bl) ≤ R. (6)

При действии на фундамент внецентренной нагрузки следует ограничивать краевые давления под подошвой, которые вычисляют по формулам внецентренного сжатия. Краевые давления при действии момента в направлении главных осей подошвы фундамента не должны превышать 1,2R, а давление в угловой точке – 1,5R. Краевые давления рекомендуется определять с учетом бокового отпора грунта, расположенного выше подошвы фундамента, а также жесткости конструкции, опирающейся на рассматриваемый фундамент.

Действующие нормы допускают увеличение до 20% расчетного сопротивления грунта основания, если определенные расчетом деформации основания при давлении р=R не превышают 40% предельных значений. При этом расчетные деформации, соответствующие давлению р₁=1,2R, должны быть не более 50% предельных. В этом случае, кроме того, требуется проверка основания по несущей способности.

Вопрос 12Принципиальный подход к выбору оснований и фундаментов. Какие основания не рекомендуется использовать в качестве несущего слоя. Что является определяющим при выборе типа фундаментов.

Основными исходными данными для проектирования фундаментов являются: результаты геодезической съемки площадки предполагаемого строительства; материалы инженерно- геологических изысканий; проект надземной части сооружения; сведения о нагрузках, действующих на сооружение; сведения о районе строительства, его географическом положении, климате, наличий сейсмичности, вечной мерзлоты.

При выборе типа фундаментов сооружения необходимо, прежде всего оценить грунтовые условия на основе материалов инженерно-геологических исследований.

Прежде всего выясняют, имеются ли на участке строительства такие инженерно- геологические процессы, как оползни, механическая и химическая суффозия (карст), а также условия, которые могут вызвать подобные процессы в связи со строительством сооружения. Возведение инженерного сооружения в районе, где развиты эти процессы, не всегда возможно или требует больших дополнительных затрат, чтобы устранить вредное воздействие указанных процессов на сооружение. Недооценка инженерно-геологических процессов нередко служит причиной его аварийного состояния в строительный или эксплуатационный периоды.

Несущую способность грунтов оцениваются послойно, сверху вниз, по геологическим разрезам или грунтовым колонкам.

Оценка несущей способности грунтов не может быть абсолютной. Она в значительной степени зависит от конструкции проектируемого сооружения, значений и характера передаваемых нагрузок на основание.

Кроме анализа прочности грунтов оценивают их сжимаемость. С увеличением глубины заложения фундамента эта оценка приобретает главенствующее значение. Предварительно такую оценку можно сделать путем анализа значений модулей деформации грунта. В результате выявляют слои грунтов с повышенной и малой сжимаемостью.

На выбор типа фундамента влияют условия строительства. При назначении типа фундаментов и размеров несущих элементов необходимо учитывать существующий опыт строительства и эксплуатации сооружений в условиях аналогичных проектируемому сооружению.

Выбор типов фундаментов зависит главным образом о глубины залегания несущего слоя и наличия поверхностных или грунтовых вод. При залегании слоя, имеющего необходимую для сооружения прочность сжимаемость, от поверхности грунта или воды на глубине в среднем менее 4 м наиболее целесообразно устраивать фундаменты мелкого заложения на естественном основании. При большей глубине залегания прочностных грунтов применяют свайные или столбчатые фундаменты, а также опускные колодцы.

Когда уровень залегания подземных вод высок и необходимо расположить подошву фундамента ниже его, что встречается при устройстве фундаментов пойменных опор и устоев мостов, возводить фундаменты мелкого заложения можно в шпунтовых ограждениях с применением открытого водоотлива или с использованием одного из методов глубинного водопонижения и применением закладных креплений стен котлована.

Кессоны применяют в особо сложных геологических условиях, когда использовать другие типы фундаментов весьма затруднительно. Это бывает в случаях, когда верхние слои слабых водонасыщенных грунтов содержат много крупных валунов, прочных прослоек скальных и полусальных пород, затрудняющих погружение опускных колодцев, свай, столбов, при наклонной поверхности кровли прочного грунта. К кессонам иногда приходится прибегать при необходимости прорезки слоя галечников с валунами по условиям размыва на горных реках. В подобных случаях следует рассматривать также возможность применения ж/б свай-оболочек и буронабивных свай.

В результате анализа грунтовых условий и учета применимости различных видов фундаментов намечают варианты, которые могут различаться не только типом фундамента, но и разной глубиной заложения. Затем выполняют расчеты намеченных вариантов фундаментов по предельным состояниям и устанавливают размеры их элементов. После этого сравнивают варианты по приведенным затратам, стоимости, расходу материалов, по трудоемкости и срокам производства работ. При сравнении полезно сопоставлять значения перемещений фундаментов и опор. В результате всех сравнений выбирают оптимальный вариант фундамента.

При проектировании фундаментов должны рассматриваться все конкурентоспособные варианты, которые технически возможно осуществить в данных условиях. Сопоставляя оптимальные решения каждого вида фундамента по технико-экономическим показателям с учетом реальных условий строительства можно выбрать оптимальное для данной конструкции решение фундамента.