Расчет фундаментов мелкого заложения

Расчет ФМЗ начинают с предварительного выбора его конструкции и основных размеров (это глубина заложения фундамента и размер его подошвы).

Далее производят расчет по двум предельным состояниям:

I – Расчет по прочности (устойчивость)

II – Расчет по деформациям, которые являются основным и обязательным для всех ФМЗ.

А расчет по I группе предельных состояний является дополнительным и производится в одном из следующих случаев:

- Сооружение расположено на откосе (склоне) или вблизи него;

- На основание передаются значительные по величине горизонтальные нагрузки;

- В основании залегают очень слабые грунты (или текучие и текучепластичные глинистые грунты и т.п.), обладающие малому сопротивлению сдвигу;

- В основании залегают наоборот, очень прочные – скальные грунты.

Установив окончательные размеры фундамента, удовлетворяющие двум группам предельного состояния, переходят к его конструированию (курс ЖБК).

расчетах оснований следует учитывать совместное действие силовых факторов и неблагоприятных влияний внешней среды (например, влияние на физико-механические свойства грунтов атмосферных или подземных вод, тепловых источников различного вида, климатических воздействий и т.п.). Необходимо иметь в виду, что к изменению влажности особенно чувствительны просадочные, набухающие и засоленные грунты, к изменению температурного режима — набухающие и пучинистые грунты.

Расчет оснований по деформациям должен выполняться всегда, расчет по несущей способности выполняется в следующих случаях:

а) на основание передаются значительные горизонтальные нагрузки (подпорные стены, фундаменты распорных конструкций и т.п.), в том числе сейсмические;

б) фундамент или сооружение расположены на откосе или вблизи откоса;

в) основание сложено медленно уплотняющимися водонасыщенными пылевато-глинистыми и биогенными грунтами (заторфованными, торфами и сапропелями), а также илами при степени их влажности Sr ≥ 0,85 и коэффициенте консолидации сv ≤ 107 см2/год;

г) основание сложено скальными грунтами.

Расчет оснований по несущей способности в случаях «а» и «б» можно не производить, если приняты конструктивные мероприятия, исключающие возможность смещения рассматриваемого фундамента.

Если проектом предусматривается возведение сооружения непосредственно после устройства фундаментов до обратной засыпки грунтом пазух котлованов, необходимо проверить несущую способность основания с учетом нагрузок, действующих в процессе строительства.

Расчет по первому предельному состоянию производится для обеспечения несущей способности (прочности и устойчивости) и ограничения развития чрезмерных пластических деформаций грунта основания с учетом возможных неблагоприятных воздействий и условий их работы в период строительства и эксплуатации сооружений; по второму предельному состоянию — для ограничения абсолютных или относительных перемещений (в том числе колебаний) конструкций и оснований такими пределами, при которых обеспечивается нормальная эксплуатация сооружения.

Сооружение и его основание должны рассматриваться как единое целое. О предельном состоянии основания можно говорить лишь в том случае, если все сооружение или отдельные его элементы находятся в предельном состоянии.

При проектировании необходимо учитывать, что потеря несущей способности основания, как правило, приводит конструкции сооружения в предельное состояние первой группы. При этом предельные состояния основания и конструкций сооружения совпадают, Деформации же основания могут привести конструкции сооружения в предельное состояние как второй, так и первой группы, поэтому деформации основания лимитируются как прочностью, устойчивостью и трещиностойкостью конструкций, так и архитектурными и технологическими требованиями, предъявляемыми к сооружению или размещенному в нем оборудованию.

Расчетная схема системы «сооружение-основание» или «фундамент-основание», представляющая собой совокупность упрощающих предположений относительно геометрической схемы конструкции, свойств материалов и грунтов, характера взаимодействия конструкции с основанием (включая схематизацию возможных предельных состояний), должна выбираться с учетом наиболее существенных факторов, определяющих напряженное состояние и деформации основания и конструкций сооружения (статической схемы сооружения, характера напластований и свойств грунтов основания, особенностей возведения сооружения и т.д.). В необходимых случаях должны учитываться пространственная работа конструкций, геометрическая и физическая нелинейность, анизотропность, пластические и реологические свойства материалов и грунтов, а также возможность их изменения в процессе строительства и эксплуатации сооружения.

Для расчета деформаций основания чаще всего используются расчетные схемы основания в виде линейно-деформируемого полупространства или линейно-деформируемого слоя.

При использовании схемы полупространства для расчета осадок глубина сжимаемой толщи основания Hс ограничивается значениями, зависящими от соотношения дополнительных вертикальных нормальных напряжений от внешней нагрузки σzp и от собственного веса грунта σzg.

Расчетная схема основания в виде линейно-деформируемого слоя применяется в следующих случаях [4]:

– в пределах сжимаемой толщи основания Hc, определенной как для линейно-деформируемого полупространства, залегает слой грунта с модулем деформации E1 ≥ 100 МПа и толщиной h1 удовлетворяющей условию

где Е2 — модуль деформации грунта, подстилающего слой грунта с модулем деформации E1

– ширина (диаметр) фундамента b ≥ 10 м и модуль деформации грунтов основания Е ≥ 10 МПа.

Толщина линейно-деформируемого слоя Н в первом случае принимается до кровли малосжимаемого грунта, во втором случае вычисляется по формуле (5.62).

Схему в виде линейно-деформируемого слоя допускается также применять для фундаментов шириной b ≥ 10 м при наличии в пределах сжимаемой толщи слоев грунта с модулем деформации E < 10 МПа, если их суммарная толщина не превышает 0,2 Н.

При расчете деформаций основания с использованием расчетных схем основания в виде линейно-деформируемой среды давление под подошвой фундамента ограничивается в соответствии с указаниями п. 5.5.2.

Для расчета конструкций на сжимаемом основании могут применяться схемы, характеризуемые коэффициентом постели или коэффициентом жесткости. Под коэффициентом жесткости понимается отношение нагрузки, действующей на основание, к его расчетной осадке. Такая характеристика сжимаемости основания целесообразна при необходимости учета неоднородности грунтов основания (в том числе вызванной неравномерным замачиванием просадочных грунтов), при расчете конструкций на подрабатываемых территориях и т.д.

В расчетах конструкций пространственно жестких сооружений во взаимодействии со сжимаемым основанием, особенно при значительных ожидаемых неравномерных деформациях основания, рекомендуется учитывать нелинейность деформирования грунтов. При этом допускается использовать упрощенные методы, в которых, в частности, фундаменты сооружения рассматриваются как отдельные нелинейно-деформирующиеся опоры. Зависимость осадки основания таких опор от давления p рекомендуется принимать в виде [2]

где sR — расчетная осадка основания при давлении p1, равном расчетному сопротивлению грунта основания; pu — давление на основание, соответствующее исчерпанию его несущей способности.

Разновидности и конструктивные особенности.

Ленточный фундамент

Столбчатый фундамент

Плитный фундамент

Сборный железобетонный фундамент

Ленточный фундамент

И так начнем рассматривать в отдельности каждый вид фундаментов мелкого заложения. Первый вид – это ленточные фундаменты. Необходимо сказать, что данный вид фундаментов считается универсальным, его можно использовать практически под любой тип здания, возведенного из любых строительных материалов. Ленточный фундамент достаточно прочный и очень надежный. Если ведется малоэтажное строительство, то лучше чем ленточный фундамент вам не найти.

Ленточный фундамент мелкого заложения обычно закладывается на глубину 0,5-0,7 метра. И здесь многое будет зависеть от типа грунтов, где возводится загородный дом. Если грунт на участке песчаный, то под основанием фундаментов придется делать подушку, и лучше всего, если она будет из щебенки. В случае, глинистых грунтов можно подушку вообще не делать или использовать небольшой слой размером 10-15 сантиметров из песка. Кстати, подушку в любом случае необходимо утрамбовать.

Так же на выбор вида фундаментов огромное влияние имеет наличие грунтовых вод, а точнее сказать, глубина их залегания. И в том случае, если грунтовые воды проходят недалеко от поверхности почвы, то фундамент мелкого заложения здесь использовать категорически запрещается. Это связано с уровнем промерзания грунта, который в Российской Федерации в среднем по стране составляет 1,5 метров. Отсюда вывод: глубина заложения фундаментов должна составлять не менее 1,7-1,8 метров.

А вот если грунтовые воды пролегают на глубине более двух метров, то в таких грунтах можно использовать фундаменты мелкого заложения, то есть их высота составляет 0,5-0,7 метра. Как видите, факторов выбора фундаментов достаточно много и каждый из них будет влиять на выбор.

Необходимо так же отметить, что для возведения ленточных фундаментов используют различные строительные материалы. Это могут быть кирпич, бутовый камень, бетон, дерево и другие прочные материалы. Но все же сегодня предпочтение отдается бетону, как самому прочному материалу.