1. Общие положения по проектированию оснований и фундаментов (исходные данные, группы предельных состояний, виды нагрузок).

Основание– массив грунта, воспринимающий давление от фундамента.

Фундамент– конструкция, служащая для передачи грунту (основанию) веса здания или сооружения и др. действующих на него нагрузок.

Исходные данные, необходимые для проектирования оснований и фундаментов:

1.Инженерно-геологические и гидрогеологические условия стройплощадки.

Выполняется комплекс инженерно-геологических исследований стройплощадки с учетом:

- глубина изысканий (скважин) зависит от вида фундаментов, наличия слабых или структурно неустойчивых грунтов,

- количество выработок зависит от сложности инженерно-геологических условий и размеров здания в плае,

- количество проб, отбираемого из каждого инженерно-геологического элемента – не менее 6 шт.

- определяется положение грунтовых вод, определяется их хим. состав,

- определяется глубина сезонного промерзания - d_fn( для Нск – 2,2 м)

По результатам разведывательных работ строится инженерно-геологический разрез. Изыскания производятся раз в 5 лет.

2. Физические и механические характеристики грунтов (определяются в лаборатории или в полевых условиях).

Механические: прочностные – φ (угол внутреннего трения), с (удельное сцепление); деформативные – E (модуль деформации).

Физические: ρ (плотность), n (пористость), е (к-нт пористости), W (влажность), γ (удельный вес).

3. Данные о здании или сооружении:

- высотные положения: нулевая отметка, посадка на инженерно-геологический разрез;

- наличие подвала;

- конструктивная схема, материал несущих конструкций;

- этажность;

- класс ответственности, чувствительность к неравномерности осадки;

- предельные допустимые деформации.

4. Нагрузки, действующие на фундамент.

Нагрузки подразделяются на:

1) постоянные (собственный вес, вес от грунта, взвешенное действие воды);

2) временные

- длительные (вес склад.материала, оборудования, людей, давления жидкости в резервуарах);

- кратковременные (ветровые, снеговые, крановые, гололедные, давление от волн в водоемах, температурные);

- особые (сейсмические, бомбовые).

При расчетах используются следующие сочетания:

а) основное (постоянные + все временные длительные + кратковременные возможные);

б) особое (основное + временные особые).

По 1 НДС расчет выполняется на основное и особое сочетания нагрузок (исп-т расчетные нагрузкиc учетом к-нта запаса по нагрузке – q_p= q_n*γ_f),

по 2 НДС только на основное сочетание нагрузок (нормативные нагрузки без учета к-нта запаса по нагрузке - q_n).

2. Принципы расчета оснований по предельным состояниям (I и II).

1 предельное состояние – обеспечение условий невозможности потери несущей способности, устойчивости и формы.

2 предельное состояние – обеспечение пригодности к нормальной эксплуатации зданий и сооружений при недопущении деформаций сверх нормативных (потери устойчивости не происходит).

По 1 ПС расчет ведется всегда, по 2 (по тещиностойкости) – только для гибких фундаментов (ленточных, притных).

По 1 ПС расчеты ведутся, если:

1) на основание передается значительная горизонтальная нагрузка.

2) фундамент расположен на откосе или вблизи, или основание сложено крупнопадающими пластинами грунта.

3) основание сложено медленноуплотняющимися водонасыщенными пылевато-глинистыми грунтами с показателем водонасыщения S_r≥ 0.8 и к-нтом консолидации с_y≤10⁷cм²/год – прочность скелета грунта при нейтральном давлении.

4) основание сложено скальным грунтом.

Расчетное условие для 1 ПС:

,

F – расчетная нагрузка на основание,

F_u – сила предельного сопротивления основания,

γ_с = 0,8..1,0 – к-нт условий работы грунтового основания,

γ_n = 1,1..1,2 – к-нт надежности, зависит от назначения здания.

По 2 ПС – ведется всегда.

S ≤ Su – расчетное улови (при P ≤ R), где P – давление под подошвой фундамента.

R – расчетное сопротивление грунта.

3. Фундаменты мелкого заложения. Разновидности и конструкции.

ФМЗ передают нагрузку на основание ч/з подошву. К ним относятся фундаменты, для которых d≤ 2b.

NL – отметка природного рельефа,

DL – отметка планировки,

FL – отметка подошвы фундамента.

1. Массивные фундаменты

2. Ленточные фундаменты (для бескаркасных зданий)

монолитный Сборный ф-нтмб с подушкой и без.

3. Столбчатые ф-нты (для каркасных зданий)

а) под сборную ж/б колонну

б) под монолитную ж/б колонну

в) под металлическую колонну

4. Фундаменты – ленты (под колонны) 5. Фундаменты перекресной ленты

6. Сплошные фундаментные плиты

а) для бескаркасных зданий б) для каркасных зданий

7. Коробчатые фундаментные плиты (стеновые) 8. Составные (из отдельных элементов)

4. Гидроизоляция фундаментов и подземных помещений. Деформационные швы и уступы.

1. Гидроизоляция фундаментов пром. зданий осуществляется с целью защиты надземной конструкции здания от увлажнения и препятствования проникновению воды в подземные сооружения.

ГИ – оклеичная (не менее 2ух слоев рубероида или иного листового материала на битумной мастике или клеях.

2. Гидроизоляция ф-нтов жилых зданий без подвала

3. Гидроизоляция ф-нтов зданий с подвалом

- при отсутствии уровня грунтовых вод - при наличии грунтовых вод

1 - оклеичная

2 - обмазочная

3 - цементно-песчаная ГИ 3 - глиняный замок

- при больших напорах или значительно - при больших напорах грунтовых вод

небольшой амплитуде колебаний с глубиной подвала > 8-10 М.

грунтовых вод

- при сильносжимаемых грунтах и значительной разнице в осадке пола и ф-нта для сохранения гидроизоляции:

Для предотвращения поступления воды во внутреннее помещение может использоваться пристенный дренаж.

Деформационный шов перерезает здание от его кровли до подошвы его фундамента. Служит для компенсации неравномерных деформаций здания и фундаментов, возникающих из-за различных по значению нагрузок под подошвой, неоднородности грунтов в плане, температурных воздействий и т.д.

Швы ставят:

- в местах перепада высот здания,

- для протяженных зданий (L > 72 м),

- для зданий, возводимых на неравномерных по сжимаемости грунтах.

Уступы – в фундаментах зданий, имеющих разную глубину заложения для выравнивания напряжений, возникающих в грунтовом массиве.

5. Современные конструкции фундаментов мелкого заложения. Их достоинства.

1. Массивные фундаменты устраивают в виде жесткого массива под всем небольшим в плане сооружения (дымовая труба, доменная печь).

2. Ленточные фундаменты (для бескаркасных зданий). Ленточные фундаменты используются для домов с большой массой стен: кирпичные, каменные, бетонные. Закладывается фундамент по всему периметру дома, включая внутренние и внешние капитальные стены.Также применяется, если под домом планируется строительство подвала, гаража или цокольного этажа.

Достоинства ленточных монолитных фундаментов:

- прочность

- надежность

- возможность использования для строительства зданий любой формы

Достоинства ленточных из железобетонных блоков:

- сокращение сроков строительства

- простота их сооружения

Недостатки всех ленточных фундаментов:

- производство земляных работ и строительство опалубки увеличивает сроки работ

- они массивны

- не дают экономии при строительстве

- трудоемки

Недостатки ленточных фундаментов из железобетонных блоков:

- менее практичны, поскольку пропускают воду в местах своего соединения

- пригодны только для строительства зданий простых форм

3. Столбчатый ф-нт (для каркасных зданий).тдельные фундаменты устраивают под колонны и стены в комбинации с фундаментными балками. Подошвы таких фундаментов можно развивать в длину и ширину. Обычно их применяют в случаях, когда неравномерности осадки не превышают допустимых значений.

Достоинства столбчатых фундаментов:

- экономичны и не трудоемки

Недостатки:

- отграниченная устойчивость в горизонтально подвижных грунтах

- часто невозможное применение на слабонесущих грунтах при строительстве зданий с тяжелыми стенами

- сложности устройства

4. Фундаменты – ленты (под колонны). Ленточные фундаменты устраивают для уменьшения неравномерности осадки отдельных колонн.

5. Фундаменты перекресной ленты. Перекрестные ленты позволяют выравнивать осадки не только отдельных колонн в ряду, но и здание в целом.

6. Сплошные фундаментные плиты. Это хороший вариант и в том случае, если строительство ведётся на неравномерно и сильно сжимаемых, пучинистых грунтах, песчаных подушках.Плюсы: его способность выравнивать вертикальные и горизонтальные перемещения грунтов, исключать проникновение в подвальные помещения грунтовой воды даже под большим гидростатическим давлением, а также простота сооружения. Используют для придания фундаменту качества пространственной жесткости. Но ввиду большого расхода материалов на его возведение, он весьма дорог.

7. Коробчатые фундаментные плиты (стеновые)

- меньше уходит арматуры в траншею

- требуется в 2 раза меньше бетона, чем для сплошного фундамента

- проще укладывать трубы канализации и водопровода

- при весеннем паводке грунтовых вод, влага не просачивается

- внутренние перегородки можно сделать в любом месте (даже несущие)

8. Составные (из отдельных элементов)

- сравнительно малый срок возведения;

- простота сооружения

6. Фундаменты в вытрамбованных котлованах.

Рекомендуется применять в слабых, в том числе просадочных, грунтах.

Достоинства:

• уплотнение грунта;

• устранение просадочных свойств;

• уменьшение объёма земляных работ;

• отсутствие опалубки.

Фундаменты в вытрамбованных котлованах различают:

1. по глубине заложения:

- мелкого заложения (1,5)

- удлиненные (1,5)

2. по способу устройства:

- без уширения основания- с уширением основания (с жестким материалом)

3. по конструктивным решениям:

- столбчатые для каркасных зданий (5000 кН)

- ленточные прерывистые и столбчатые для бескаркасных зданий (8000 кН)

а) с бетонными фундаментными блоками б) с железобетонными перемычками

в) с железобетонными панелями г) со стойками (подколонниками) и балками

(ростверками)

- ленточные непрерывистые

(с перекрытием следов трамбования)- арочные непрерывные

- консольные или с ростверком

Технология возведения

Устраиваются с помощью трамбовки, имеющей форму фундамента, сбрасыванием с высоты 4 – 8м. Глубина вытрамбовывания – от 0,6 до 3,0 м.

В вытрамбованном котловане в распор бетонируется фундамент (при необходимости с армированием) или устанавливается сборный фундамент.

Величина погружения от одного удара (сбрасывания), S, см

приA < 1м² - S=10см;

приA = 1 ÷ 2м² - S=8см;

приA= 2 ÷ 3 м²-S=6 см;

для фундаментов с заостренным концом - S=15 см.

где n– число ударов;

– коэффициент, равный 0,7 ÷ 1,0;

– глубина заложения фундамента;

S– величина погружения от одного удара.

Основы расчета фундаментов в вытрамбованных котлованах

Для мелкого заложения расчеты выполняются аналогичные обычным ФМЗ с некоторыми особенностями.

а) расчетное сопротивление грунта основания Rпринимается минимальным из двух определений.

R₁– расчетное сопротивление основания, полученное с использованием прочностных характеристик уплотненного грунта в водонасыщенном состоянии;

R₂–расчетное сопротивление для грунтового основания природного сложения, подстилающего уплотненную зону.

б) краевые давления определяются с учетом реактивного отпора грунта (при наличии изгибающих моментов для отдельно стоящих фундаментов)

,

,

Где - вертикальная нагрузка;

- собственный вес фундамента (если есть, то и грунта);

- площадь фундамента на глубине 0,5;

- реактивный отпор грунта;

W– момент сопротивления сечения на глубине 0,5;

M– суммарный момент всех сил относительно подошвы фундамента;

a,- коэффициенты,a=60 кПа,=0,4.

Фундаменты в вытрамбованных котлованах удлиненной формы рассчитываются по несущей способности:

гдеN– вертикальная расчетная нагрузка на фундамент;

- несущая способность, соответствующая расчетному сопротивлению грунта основания;

- коэффициент надежности (1,4 или 1,0).

Осадки основания определяются обычным способом по схеме двухслойного основания из уплотненного грунта(мощность 1,5) и подстилающего слоя грунта природного сложения.

7. Определение глубины заложения фундаментов мелкого заложения.

Выбор глубины заложения подошвы фундамента

Глубина заложения подошвы фундамента зависит:

1. от конструктивных особенностей здания (наличие подвалов, технических этажей, подполья, приямков, каналов т т.д.)

для зданий с подвалом: для фундаментов под колонны:

2. от инженерно-геологических и гидрогеологических условий строительной площадки

3. от величины и характера действующих на фундамент нагрузок

4. от глубины заложения фундамента существующего здания

где P– давление под подошвой фундамента существующего здания;

- угол внутреннего трения грунта;

c – удельная сила сцепления.

5. от глубины сезонного промерзания и оттаивания грунта

Существует категория грунтов, которые при обводнении и промерзании проявляют свойства морозного пучения (супеси, суглинки, глины, реже пески пылеватые)

При смерзании грунта с телом фундамента и увеличением объёма воды при замерзании по боковой поверхности фундамента и под его подошвой реализуются силы морозного пучения, которые могут привести фундамент в неустойчивое положение.

Различают две глубины сезонного промерзания грунтов:

• нормативная глубина сезонного промерзания грунтов (;

• расчетная глубина сезонного промерзания грунтов (

Нормативную глубину сезонного промерзания грунтов (определяют:

а) по данным многолетних натурных наблюдений на специально отведенных площадках в различных грунтовых условиях (составляются карты промерзания);

б) теплотехническим расчетом с использованием сведений о температуре воздуха и характеристик теплотехнических свойств грунта;

в) по формуле СНиП 2.02.01-83 “Основания и фундаменты”

– коэффициент, зависящий от вида грунта (0,23÷0,34);

- сумма абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за год.

Расчетная глубина сезонного промерзания грунта()

- коэффициент температурного влияния здания (зависит от температуры внутри здания и конструкции пола)

Если грунт обладает пучинистыми свойствами, то глубина заложения подошвы фундамента должна быть не менее расчетной глубины промерзания грунта.

Если грунт не обладает пучинистыми свойствами, то глубина заложения подошвы фундамента не зависит от глубины промерзания грунта.

Окончательно, выбирается наибольшая глубина заложения подошвы фундамента, определенная по перечисленным выше требованиям.

7. Расчет размеров подошвы фундамента. Последовательность расчета по II-й группе предель­ных состояний.

Основание рассчитывается по IIПС (в некоторых случаях – поIПС).

(при )

где S– совместные расчетные деформации основания и сооружения:

- абсолютная осадка отдельного фундамента;

- средняя осадка здания;

- относительная разность осадок соседних фундаментов;

- крен здания;

- выгиб/прогиб;

- кривизна участка;

- угол закручивания каркаса здания;

- горизонтальное смещение.

– предельное значение совместных деформаций основания и сооружения, определяется двумя факторами:

- определяется прочностью и устойчивостью конструкций здания; устанавливается расчетом на стадии проектирования или принимается по приложению 4 к СНиП 2.02.01-83;

– устанавливается нормами или правилами технической эксплуатации здания, архитектурными требованиями к объекту.

Прежде чем приступить к проверке выполнения условия Sнеобходимо добиться условия, при котором давления под подошвой фундамента не будут превышать расчетного сопротивления грунта (PR).

1. Определение минимальных размеров подошвы фундамента (размеров обреза фундамента).

Обрез фундамента – плоскость верхней грани фундамента, расположена в месте соединения с надземной частью здания.

Например, для столбчатого фундамента под каркас здания

2. Определение расчетного условного сопротивления грунта R_усл(кПа)

- коэффициенты условия работы грунтового основания и надежности здания или сооружения, определяются по таблицам СНиП;

– коэффициент, зависящий от способа определения физико-механических характеристик грунта;

- безразмерные коэффициенты, определяются по таблицам СНиП в зависимости от;

- коэффициент, зависящий от ширины подошвы фундамента (b);

- удельный вес грунта, залегающего соответственно, ниже и выше подошвы фундамента;

– удельная сила внутреннего сцепления грунта;

- глубина заложения подошвы фундамента;

- расстояние от уровня планировки до пола подвала;

b– ширина подошвы фундамента (принимается, как правило, равным).

3. Определение требуемой площади подошвы фундамента

- сумма вертикальных нормативных нагрузок, действующих на фундамент;

- расчетное условное сопротивление грунта;

- осредненный удельный вес фундамента и грунта:

24÷25 кН/м³,16÷20 кН/м³, следовательно22 кН/м³,

4. Определение размеров подошвы фундамента (bиl)

- для центрально-загруженных фундаментов

b=l – кратно 300мм

• для внецентрено-загруженных фундаментов

5. Определение (уточнение) расчетного сопротивления грунта (с учетом полученной в п.4 ширины подошвы фундамента b)

6. Определение фактических давлений под подошвой фундамента:

• Для центрально-загруженных фундаментов (изгибающие моменты ==0)

- нормативная нагрузка от веса фундамента и грунта.

- для внецентренно-загруженных фундаментов (изгибающие моменты =0)

– моменты сопротивления.

- для внецентренно-загруженных фундаментов (изгибающие моменты =0,0)

7) Проверка выполнения условий:

- для центрально-загруженных фундаментов

- для внецентрено-загруженных фундаментов (изгибающие моменты =0)

- для внецентрено-загруженных фундаментов (изгибающие моменты =0,0)

При выполнении условий (всех) выполняется расчет осадки фундамента и проверка условия

При невыполнении хотя бы одного из условий необходимо увеличить размеры подошвы фундамента и повторить расчет (с п.5). При этом следует добиваться выполнения условий с запасом не более 20%.

8. Расчет осадки фундамента.

1. Методы определения осадок

1. Метод послойного суммирования

2. Метод линейно-деформируемого слоя конечной толщины

2. Проверка выполнения условия

При невыполнении условия необходимо увеличить размеры подошвы фундамента и расчет повторить (до выполнения условия ), либо улучшить строительные свойства грунта, применить другой тип фундаментов и др.

8. Проверка слабого подстилающего слоя грунта.

Выполняется при следующих условиях:

Где – соответственно дополнительные и природные давления на кровле слабого слоя (на глубинеz);

- расчетное сопротивление грунта на кровле слабого слоя (пониженной прочности на глубинеz) под подошвой условного фундамента, шириной

7. Расчет размеров подошвы фундамента. Последовательность расчета по I-й группе предельных состояний.

Определение размеров подошвы ФМЗ по IПС (по несущей способности)

Грунт в основании фундамента, например скала.

Последовательность расчета:

1. Определение глубины заложения подошвы фундамента (d), как было показано ранее;

2. Определение минимально возможных размеров подошвы фундамента (конструктивно), как было показано ранее;

3. Проверка выполнения условия

F– расчетная нагрузка на основание (в точке О);

- расчетная нагрузка на основание;

- расчетное значение веса фундамента и грунта на его уступах;

- осредненный удельный вес материала фундамента и грунта на его уступах (с коэффициентом надежности=1,4 для грунта=1,2 для фундамента);

- сила предельного сопротивления основания;

- расчетное сопротивление грунта одноосному сжатию под водой;

- приведенные размеры подошвы фундамента;

- коэффициент условия работы грунтового основания (0,8÷1,0);

- коэффициент надежности (1,1÷1,2);

При невыполнении условия (п.3) размеры подошвы фундамента увеличиваются.

При выполнении данного условия более,чем на 20%, размеры подошвы фундамента могут уменьшаться (при наличии такой возможности).