Ф.9. КОНСТРУКЦИИ ФУНДАМЕНТОВ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ

Ф.9.1. В каких случаях целесообразно применение фундаментов мелкого заложения?

Фундаменты мелкого заложения могут применяться для любых зданий и сооружений и инженерно-геологических условий. Однако при наличии в основании слабых слоев грунта выбор типа фундамента (мелкого или глубокого заложения) должен определяться на основе технико-экономического сравнения вариантов.

Ф.9.2. Как называются основные элементы фундамента мелкого заложения?

Основными частями фундамента являются: обрез; подошва, боковая поверхность и ступени (рис.Ф.9.2,а). Верхняя плоскость фундамента, на которую опираются надземные конструкции (2), называется обрезом (3) фундамента. Нижняя плоскость, через которую передается нагрузка на основание, называется подошвой (4). Вертикальные плоскости образуют боковую поверхность.

Расстояние от поверхности планировки D_L до подошвы называется глубиной заложения d. Высота фундамента h_f определяется расстоянием от подошвы фундамента до его обреза. За ширину подошвы фундамента принимается ее наименьший размер b, а за длину - ее больший размер l, то есть l³ b.

Фундаменты под колонны могут иметь одну или несколько ступеней. Верхняя часть такого сборного фундамента имеет подколонник. Место в подколоннике, в которое устанавливается колонна, называется стаканом.

Вертикальная часть наружного ленточного фундамента образует фундаментную стену.

Рис. Ф.9.2. Фундамент под колонну (а,б) и под стену (в): 1 - фундамент; 2 - колонна; 3 - обрез фундамента; 4 - подошва фундамента; 5 - подколонник; 6 - бетонные блоки

Ф.9.3. От чего зависит глубина заложения фундамента?

Глубина заложения фундаментов является одним из основных факторов, обеспечивающих необходимую несущую способность и деформации основания, не превышающие предельных по условиям нормальной эксплуатации.

Глубина заложения фундаментов определяется:

а) конструктивными особенностями зданий или сооружений (например, жилое здание с подвалом или без него), нагрузок и воздействий на их фундаменты;

б) глубиной заложения фундаментов примыкающих сооружений, а также глубиной прокладки инженерных коммуникаций;

в) инженерно-геологическими условиями площадки строительства (физико-механические свойства грунтов, характер напластования и пр.);

г) гидрогеологическими условиями площадки и возможными их изменениями в процессе строительства и эксплуатации зданий и сооружений;

д) глубиной сезонного промерзания грунтов.

Глубина заложения фундаментов исчисляется от поверхности планировки (рис.Ф.9.3,а) или пола подвала до подошвы фундамента (рис.Ф.9.3,б), а при наличии бетонной подготовки - до ее низа.

При выборе глубины заложения фундаментов рекомендуется[1]:

а) предусматривать заглубление фундаментов в несущий слой грунта не менее чем на 10-15 см;

б) избегать наличия под подошвой фундамента слоя грунта, если его прочностные и деформационные свойства значительно хуже свойств подстилающего слоя грунта;

в) стремиться, если это возможно, закладывать фундаменты выше уровня грунтовых вод для исключения необходимости применения водопонижения при производстве работ.

Рис.Ф.9.3. Схемы к определению глубины заложения фундаментов d: а - фундамент внешней оси здания; б - фундамент внутри здания

Ф.9.4. Допускается ли закладывать подошвы соседних фундаментов на разных отметках?

Фундаменты здания рекомендуется закладывать на одной отметке. Однако, если здание состоит из нескольких отсеков, то для ленточных фундаментов допускается применение различной глубины их заложения. При этом переход от более заглубленной части к менее заглубленной должен выполняться уступами (рис.Ф.9.4). Уступы должны быть не круче 1:2, а высота уступаD h - не более 60 см.

Рис.Ф.9.4. Заложение соседних фундаментов на разной глубине

Допустимая разность отметок заложения столбчатых фундаментов (или столбчатого и ленточного) определяется по формуле

где a - расстояние между фундаментами в свету; j _Iи c_I- расчетные значения угла внутреннего трения и удельного сцепления грунта; p - среднее давление под подошвой расположенного выше фундамента под действием расчетных нагрузок.

Ф.9.5. Как определяется нормативное значение глубины сезонного промерзания грунта?

Нормативная глубина сезонного промерзания грунта dfn принимается равной средней из ежегодных максимальных глубин сезонного промерзания грунтов (по данным наблюдений за период не менее 10 лет) под открытой, оголенной от снега поверхностью горизонтальной площадки при уровне грунтовых вод, расположенном ниже глубины сезонного промерзания грунтов.

При отсутствии данных многолетних наблюдений нормативную глубину сезонного промерзания грунтов определяют на основе теплотехнических расчетов. Для районов, где глубина промерзания не превышает 2,5 м, ее нормативное значение определяется по формуле

где d₀- глубина промерзания при , м, принимаемая: для суглинков и глин - 0,23; супесей, песков мелких и пылеватых - 0,28; песков гравелистых, крупных и средней крупности - 0,30; крупнообломочных грунтов - 0,34; M_t - безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе, ° C, принимаемых по СНиП [8] или по результатам наблюдений гидрометеорологической станции, находящейся в аналогичных условиях.

За неимением этих данных нормативную глубину сезонного промерзания можно определить по схематической карте (рис.Ф.9.5), где даны изолинии нормативных глубин промерзания для суглинков, т.е. при d₀= 0,23 м. При наличии в зоне промерзания других грунтов значение d_fn, найденное по карте, умножается на отношение d₀/0,23 (где d0соответствует грунтам рассматриваемой строительной площадки).

Рис.Ф.9.5. Карта нормативных значений глубины промерзания d0, см

Ф.9.6. Как определяется расчетное значение сезонного промерзания грунта?

Расчетная глубина сезонного промерзания грунта определяется по формуле

где k_h - коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения и принимаемый для отапливаемых зданий в зависимости от конструкции полов и температуры внутри помещений, а для наружных и внутренних фундаментов неотапливаемых зданий k_h = 1,1 (кроме районов с отрицательной среднегодовой температурой).

Ф.9.7. В каких грунтах глубина заложения фундаментов назначается независимо от расчетной глубины промерзания грунтов?

В скальных, крупнообломочных с песчаным заполнителем грунтах, песках гравелистых, крупных и средней крупности глубина заложения фундаментов назначается произвольно, так как в этих грунтах при замерзании не возникает сил морозного пучения.

Ф.9.8. Можно ли снизить силы морозного пучения конструктивными мероприятиями?

Глубину заложения фундаментов по условиям морозного пучения можно уменьшить за счет применения:

а) постоянной теплозащиты грунта по периметру здания;

б) водозащитных мероприятий, уменьшающих возможность замачивания грунтов;

в) полной или частичной замены пучинистого грунта на непучинистый под подошвой фундамента;

г) обмазки боковой поверхности фундаментов битумной мастикой или покрытия ее полимерными пленками;

д) искусственного засоления грунтов обратной засыпки.

Ф.9.9. Как определить, будет ли фундамент при данных условиях выдавливаться из грунта при его замерзании?

Фундамент будет испытывать деформации подъема при следующих условиях:

а) если фундамент заложен выше расчетной глубины сезонного промерзания в глинистом грунте текучей консистенции и пылеватом водонасыщенном песке, а расстояние между подошвой фундамента и уровнем грунтовой воды менее двух метров;

б) если касательные силы морозного пучения, возникающие на боковой поверхности фундамента, будут больше нагрузок от веса фундамента и надземных конструкций.

При этом второе условие является определяющим. Поэтому глубина заложения фундаментов может быть уменьшена за счет применения конструктивных мероприятий, обеспечивающих прочность и нормальные условия эксплуатации сооружения при неравномерных деформациях основания. Например, сооружение с монолитным каркасом выполнено на фундаментах в виде монолитной железобетонной плиты.