12. Фундаменты

12.1. Фундаменты неглубокого заложения

Различают фундаменты неглубокого заложения, свайные фун­даменты и фундаменты глубокого заложения (опускные колодцы, кессоны).

12.1.1. Общие положения

Фундаменты неглубокого заложения выполняются в заранее вырытых траншеях или котлованах глубиной до 5 м (чаще всего глубина заложения таких фундаментов составляет 1—3 м). Мож­но выделить следующие типы фундаментов неглубокого заложе­ния: ленточные фундаменты под стены или под ряды колонн; отдельные фундаменты под колонны или стены в комбинации с фундаментными балками; сплошные — выполненные в виде пли­ты под всем зданием или сооружением; массивные фундаменты под башни, мачты и т.п. (рис. 12.1).

По материалу фундаменты выполняются железобетонными (сбор­ными или монолитными), бетонными, бутобетонными, бутовыми.

12.1.2. Глубина заложения фундамента

Глубина заложения фундамента d_x (расстояние от отметки пла­нировки до подошвы фундамента) обычно назначается с учетом:

• геологических и гидрогеологических условий площадки стро­ительства;

• климатических особенностей района строительства (глубины промерзания);

• конструктивных особенностей зданий и сооружений.

При назначении глубины заложения фундамента должны так­же учитываться особенности приложения и величины нагрузок, технология производства работ при возведении фундаментов, ма­териалы фундаментов и другие факторы.

Минимальная глубина заложения фундаментов при строитель­стве на дисперсных грунтах принимается не менее 0,5 м от поверх­ности планировки. При строительстве на скальных грунтах доста­точно бывает убрать только верхний, сильно разрушенный слой — и можно выполнять фундамент.

Влияние геологических и гидрологических факторов

При определении глубины заложения фундамента стремятся, чтобы подошва фундамента передавала нагрузку на относительно

прочные грунты, расположенные выше уровня грунтовых вод. Как уже отмечалось, не рекомендуется опирать фундаменты на рых­лые пески, текучие и текучепластичные глинистые грунты, грун­ты с большим количеством органических веществ (торфы, лессы и т.п.), неуплотненные насыпные грунты и др. Если прочные грунты находятся глубоко, часто рациональным бывает принять свайные фундаменты, фундаменты в виде сплошной плиты или изменить основание: произвести укрепление грунтов или их за­мену.

Назначая глубину заложения фундамента, следует учитывать положение уровня грунтовых вод, его сезонные колебания, на­правление движения грунтовых вод, степень их агрессивности по отношению к фундаментам и основаниям. В случае если грунты слабые или фундамент расположен ниже уровня грунтовых вод, резко усложняется производство работ и возрастает стоимость фундамента.

Положение уровня грунтовых вод учитывается и при назначе­нии глубины заложения фундаментов из условий пучения грунта при промерзании.

Влияние климатических особенностей

Глубина промерзания грунтов учитывается при назначении глубины заложения фундамента в случае, если при сезонном про­мерзании грунта происходит его пучение. Морозное пучение фун­та происходит в значительной мере за счет миграции влаги к фронту промерзания, в результате чего происходит образование линз льда и грунт выдавливается. Морозное пучение грунта воз­можно в глинистых грунтах, пылеватых и мелких песках, и веро­ятность этого тем больше, чем ближе уровень грунтовых вод к поверхности земли. Возможность морозного пучения грунта опре­деляется по табл. 2 СНиП 2.02.01-83*. В случае если возможно пучение грунтов, глубина заложения фундаментов принимается не менее расчетной глубины промерзания d/.

(12.1)

где d_f„ — нормативная глубина промерзания грунта. Нормативная глубина промерзания принимается по карте нормативных глубин промерзания (рис. 12.2), которая составлена на основании мно­голетних наблюдений за фактическим промерзанием для сугли­нистых грунтов;

k_h — температурный коэффициент, определяемый по табл. 1 СНиП 2.02.01-83* в зависимости от температурного режима помещения и передачи температуры в грунт через перекрытия или полы. Так, например, в случае утепленного цокольного перекры­тия и температуры внутри помещения + 20 °С коэффициент k_h = 0,7.

Влияние конструктивных особенностей зданий и сооружений

На глубину заложения фундаментов влияет наличие и глуби­на подвалов, каналов, расположенных вдоль фундаментов, при­мыкающих к проектируемому фундаменту фундаментов существу­ющих зданий и т.п. При этом подошва фундамента заглубляется ниже пола подвала и каналов не менее чем на 40 см, а в местах примыкания проектируемого фундамента к существующему их подошвы рекомендуется располагать на одном уровне.

Проектируя фундаменты из сборных элементов (фундаментных блоков и подушек, подколонников и др.) следует при назначении тлубины заложения учитывать их размеры и положение по отно­шению к планировочной отметке.

При окончательном назначении глубины заложения фундамен­та uf, ее принимают равной максимальному значению из величин, определенных из условий геологии строительной площадки, кли­матических и конструктивных условий.

12.1.3. Определение размеров подошвы фундаментов, выполняемых на дисперсных грунтах (расчет по грунту)

Как уже отмечалось, для фундаментов на дисперсных фунтах нормальным считается, когда осадка фундамента не превышает предельной величины, при этом давление на грунт под подошвой фундамента обычно не превышает расчетного сопротивления грунта R (см. параграф 11.1.3).

От размеров подошвы фундамента зависит его осадка (дефор­мация). Расчет по деформациям относится ко второй группе пре­дельных состояний, и, соответственно, расчеты размеров подошвы фундамента следует вести по нагрузкам, принятым для расчета второй группы предельных состояний, — N_ser (сервисная нагруз­ка). Сервисная нагрузка принимается равной нормативной нагруз­ке или определяется приближенно через расчетную нагрузку, де­ленную на 1,2 — средний коэффициент надежности по нагрузкам: Ы_хг=№шт N_ser=N/\,2.

Нагрузка N_ser собирается до верхнего обреза фундамента, по­этому при определении размеров подошвы фундамента необходи­мо учитывать и нагрузку от его собственного веса и веса грунта, находящегося на уступах фундамента, — N_f, так как они также ока­зывают дополнительное давление на грунт. Нагрузку N_f можно примерно определить как произведение объема, занятого фунда­ментом и грунтом, находящимся на его обрезах, — V=Ajd_u на средний удельный вес бетона и грунта у_т = 20 кН/м³ (рис. 12.3); A_f— площадь подошвы фундамента.

Давление под подошвой фундамента определяется по формуле

(12.2)

Приравняв давление под подошвой фундамента расчетному со­противлению грунта р = R, можно вывести формулу для опреде­ления требуемой площади подошвы фундамента:

(12.3)

Для проверки достаточности площади существующих или за­проектированных фундаментов пользуются формулой

(12.4)

В случае расчета ленточных фундаментов условно вырезают 1 метр длины фундамента (рис. 12.4), собирают на него нагрузку и находят ширину подушки Ь, пользуясь формулой (12.3) для опре­деления площади подошвы отдельно стоящего фундамента:

(12.3, а)

Для проверки существующих или принятых по расчету ленточ­ных фундаментов определяется давление по подошве фундамен­та аналогично расчету отдельно стоящего фундамента, но вместо площади фундамента подставляется ширина подушки:

(12.4, а)

При горизонтальном залегании пластов грунта среднего и хо­рошего качества (однородный, равномерно и несильно сжима­емый грунт) для зданий и фундаментов обычной конструкции можно считать, что подобранные таким способом размеры подо­швы фундамента (по формуле 12.3) (или проверенный существу­ющий фундамент (по формуле 12.4)) удовлетворяют требовани­ям расчета по деформациям, и расчет осадок фундамента мож­но не производить. (Более подробно — см. п. 2.56 СНиП 2.02.01-83*).

Расчет площади подошвы фундамента выполняют обычно в сле­дующей последовательности: установив по таблицам (табл. 11.7, 11.8) величину расчетного сопротивления фунта Rq, определяем прибли­женное значение площади подошвы фундамента по формуле

(12.3, б)

Затем назначаем размеры подошвы фундамента и, определив механические характеристики грунтов (удельное сцепление с_и и угол внутреннего трения ф_м (табл. 11.5, 11.6)), определяем уточ­ненное значение расчетного сопротивления фунта R по формуле (11.13), по которому, в свою очередь, уточняем требуемые разме­ры подошвы фундамента по формуле (12.13) и окончательно при­нимаем подошву фундамента.

12.1.4. Расчет фундаментов по материалу