4. Выбор глубины заложения фундаментов – очень важный этап в проектировании фундаментов.

Главная особенность данного выбора - это, прежде всего, определение несущего слоя (пласта) грунта (см. схему).

Необходимость заглубления фундамента определяется исходя из следующих положений:

1. Верхние грунты, как правило, слабые (почвенный слой + органические вещества).

2. Верхние слои грунта систематически получают перемещения (пучение, усадка, набухание).

3. Верхние слои грунта могут разрушаться, терять свою прочность.

Примером резкого снижения прочностных свойств служат полускальные основания в виде алевролитов(г. Братск), которые в сухом состоянии имеют прочность Р = 200 МПа, являясь в принципе надёжным основанием. Однако в открытом котловане алевролит через несколько дней превращается в щебень…дресву…суглинок с резким снижением прочностных свойств Р = 8 МПа.

Происходит так называемый процесс выветривания, т.е. изменение механических характеристик грунта, что приводит к непрогнозируемым неравномерным осадкам возводимых сооружений.

Глубина заложения фундаментов определяется тремя основными факторами:

1. Инженерно-геологическими условиями.

2. Климатическими особенностями района строительства.

3. Конструктивными особенностями возводимого здания, а также соседних сооружений.

На любой строительной площадке инженерно-геологические условия разнообразны и специфичны.

Обычно выполняемые инженерно-геологические изыскания предоставляют в распоряжение проектировщиков информацию в виде геологического разреза (профиля).

Все инженерно-геологические условия на строительной площадке можно свести к трём простым случаям:

1. На поверхности залегает однородный «надёжный» грунт.

2. Слабый поверхностный грунт на некоторой глубине подстилается надёжным грунтом.

3. Слоистое напластование грунтов.

Глубина заложения фундамента при однородном надёжном основании

Данный случай в виде условного инженерно-геологического разреза можно представить на следующей схеме:

Схема залегания однородного, надёжного слоя грунта.

Как определить, слабый грунт или надёжный (прочный)?

Если грунт имеет следующие характеристики: R ≤ 0,1МПа; W ≥ WL; e > 0,7; Е0 < 8 МПа; S > Su.s., то такой грунт, как правило, следует отнести к слабым основаниям. Однако данное понятие зависит ещё и от возводимого сооружения, так:

При E0 = 10 МПа – для пятиэтажного здания – надёжный грунт.

При E0 = 10 МПа – для высотных зданий (10 и более этажей) – такой грунт следует считать слабым.

Таким образом, принимать решение о надёжности грунта необходимо не только исходя из его свойств, но и исходя из вида нагружения (возводимого сооружения).

Представленная схема геологических напластований практически не влияет на глубину заложения подошвы фундамента.

Часто напластование грунтов бывает слоистое (несколько слоёв разных грунтов, но с достаточно хорошими характеристиками) (см. схему). Если оба слоя грунта надёжные, то по каким критериям можно выбрать глубину заложения фундамента?

Схема двухслойного (надёжного) основания с практически одинаковыми свойствами слоёв. В этом случае выбор варианта заглубления фундамента определяется технико-экономическими показателями.

На представленном рисунке видно, что верхний слой грунта обладает расчётным сопротивлением R = 200 МПа (см. эпюру R с левой стороны рисунка) и является вполне надёжным основанием для возводимого здания. Однако и подстилающий (второй) слой грунта обладает расчётным сопротивление R = 250 МПа и также является надёжным основанием (несколько прочнее, чем первый слой) для возводимого здания.

Как в этом случае выбрать глубину заложения проектируемого фундамента?

Фундамент может быть заглублён в первый слой грунта или во второй слой грунта. В первом случае фундамент будет иметь меньшую глубину заложения (меньший объём земляных работ), но большую ширину подошвы по сравнению со вторым вариантом. Во втором варианте фундамент будет иметь меньший размер подошвы, но потребуется больший объём земляных работ по его заглублению.

Глубина заложения фундамента при слабом поверхностном грунте и надёжном подстилающем основании

Примерные варианты по глубине заложения фундаментов (мероприятия по улучшению свойств основания) для данного случая изображены на следующей схеме:

Схема возможных вариантов заглубления фундаментов при двухслойном основании с более надёжным подстилающим слоем.

В данном случае могут быть использованы следующие варианты:

Фундамент мелкого заглубления в слабом слое грунта, но с заменой его на песчаную подушку (с проверкой слабого подстилающего слоя).Фундамент глубокого заложения с опиранием подошвы на надёжный грунт.Свайный фундамент с использованием длинных свай с опиранием их в надёжный грунт.Свайный фундамент с использованием коротких свай, оставляемых в слабом грунте.Фундамент мелкого заглубления в слабом слое грунта, но с закреплением основания до кровли надёжного грунта.Фундамент мелкого заглубления в слабом слое грунта с большой площадью подошвы, допускает большие осадки для зданий.

Выбор того или иного варианта заглубления фундамента производится на основе технико-экономического сравнения.

Глубина заложения фундамента при слоистом напластовании грунтов

Наибольшая характерность слоистости напластования грунтов проявляется в том случае, когда хороший грунт разделяется слабым прослойком (см. схему).

Здесь целесообразно использовать в качестве несущего слоя грунта верхний слой, однако в этом случае необходима проверка несущей способности слабого подстилающего слоя (построение эпюры уплотняющих вертикальных давлений σz), либо предварительное закрепление слоя слабого грунта – перевод его в надёжное основание.

Схема многослойного основания с подстилающим прослойком слабого грунта и возможные варианты заложения фундамента.В общем случае представленный геологический разрез может иметь несколько чередующихся напластований по глубине. Поэтому все варианты по глубине заложения фундаментов второй схемы применимы и для третьей схемы.