2.6. Підсилення фундаменту неглибокого закладання розширенням або заглибленням його підошви.

На початку приймають варіант підсилення фундаменту за рахунок його розширення. Схема такого підсилення приводиться з врахуванням схеми фундаменту, що експлуатується (див. розділ 2.3), з добавкою до плитної частини розширення з монолітного залізобетону. В цій схемі на даному етапі конструкцію підсилення не розробляють. Визначають необхідну площу підошви фундаменту для сприйняття навантаження, що виникло на фундамент в умовах реконструкції. Цей розрахунок початково проводять без врахування ущільнення та зміцнення ґрунту під підошвою існуючого фундаменту за роки його експлуатації – як для нового будівництва. Необхідна загальна площа підошви підсиленого фундаменту під колону:

, м²

де N₁^ІІ – розрахункове навантаження на верхньому обрізі фундаменту, кН, що задане (див. розділ 2.4 вказівок);

R – розрахунковий опір несучого шару ґрунту, кПа, величина якого вже визначена в розділі 2.3 п.2;

d – глибина закладання, м, що прийнята в розрахунковій схемі;

k_e – коефіцієнт, що враховує позацентрове навантаження (дію моменту М₁^ІІ) в розрахунку фундаменту визначається як (при е  b/30 приймають k_e=1): , де

е = ексцентриситет, м, який визначається як е = М₁^ІІ / N₁^ІІ;

b – ширина фундаменту, м, спочатку приймають рівною ширині фундаменту, що експлуатується.

Призначення величини сторін b₁ та l₁ проводять відносно існуючих b та l так, щоб вони збільшувались рівномірно на , м: , м².

Після цього проводять уточнення величини R, підставляючи в її вираз b₁, м. Відповідно визначають А₁^І, уточнюють і величину k_e. Одержавши А₁^ІІ приймають, як це вказано вище: b₁^I та l₁^I. Останні коригують таким чином, щоб вони були кратними 0.1 м. При цьому в їх розмірах можливі зміни, які враховують технологічні можливості виконання підсилення плитної частини фундаменту, але так, щоб розрахункова площа А₁ зберігалась.

Тепер необхідно перевірити, що несучий шар визначено вірно. Ця вимога буде справедлива, коли виконується умова, що його потужність під підошвою фундаменту більше b₁/2. Бажано, щоб при наявності більш слабкого ґрунту, що підстеляє несучий шар грунту, товщина несучого шару була б не менше b₁. В противному разі необхідно виконати перевірку слабкого шару (див. норми).

При визначенні необхідності консольного розширення, розміри якого в плані тільки що вирахувані, виконують перевірку з умови продавлювання підсиленого фундаменту. При цьому перевірка виконується як з умови продавлювання тіла фундаменту колоною, так і на окремих його ступенях. Продавлювання колоною необхідно розглядати:

А) при монолітному фундаменті та монолітній колоні – від верхнього уступу;

Б) при монолітному чи збірному фундаменті під збірну колону – від низу колони;

В) при монолітному чи збірному фундаменті з високим підколонником – від низу підколонника.

Розрахункову схему продавлювання при цьому уточнюють також в залежності від форми та розмірів підошви фундаменту та схеми навантаження.

Для найбільш поширеного випадку – при позацентровому навантаженні та співвідношенні сторін l₁/b₁  2 приймають такий порядок розрахунку:

1. Визначають продавлююче навантаження:

1. при збірній колоні (на рівні її торцевої поверхні з врахуванням часткової передачі навантаження через бічну поверхню колони в межах її замуровування в стакані) для однієї грані призми продавлювання за спрощеною формулою , кН. Тут N₁^II – розрахункове навантаження для І-го граничного стану, кН, що передається на верхньому уступі, що можна спрощено визначати як N₁^II = 1.2N_n.1 = 1.2N₁^II, кН (N₁^II приведено вище);

 - коефіцієнт, що враховує часткову передачу N₁^II по бічній поверхні колони на плитну частину фундаменту: =R_bt-0.4R_btA_c/N₁^II, причому приймають   0.85; R­_bt – розрахунковий опір розтягнення бетону замонолічування стакану, кПа, що приймається з врахуванням коефіцієнтів роботи _b2, _b9 по табл. 1.5 СНиП 2.03.01-84; А_с = 2(b_c+l_c)d_c – площа бічної поверхні колони, м² (b_c та l_c – розміри сторін її поперечного перерізу), що заведена в стакан на глибину d_c, м;

2. при монолітній колоні (на рівні верхнього обрізу фундаменту) продавлююче зусилля розглядається тільки для найбільш навантаженої грані піраміди продавлювання: N_c1^I=A₀р_max^I, де p_max – максимальний крайовий тиск, кПа, на підошві фундаменту, що відповідає І-му граничному стану, від N₁^I, кН, та М₁^І, кНм, прикладених на рівні верхнього обрізу фундаменту:

,

тут А₁, W₁ – відповідно площа, м² та момент опору, м³, підошви підсиленого прямокутного фундаменту: A₁=b₁l₁; W₁=b₁l₁²/6;

А₀ – частина площі підошви фундаменту, м², що відсікається з однієї сторони її лінією призми продавлювання, бічна грань якої побудована під кутом 45⁰. В курсовому проекті можна приймати: А₀ = 0.5b₁(l₁ - l_c - 2h₀), де h₀ – висота призми продавлювання: h₀ = h_f – a₀ (h_f – висота фундаменту, а₀ – величина захисного шару бетону до арматури по підошві фундаменту), що прийнята в діючому фундаменті;

3. при високому підколоннику продавлююче навантаження визначають від поверхні уступу, на який він спирається, за схемою п. 2.6.1.2.;

2. Перевіряють фундамент по міцності на продавлювання колоною (підколонником). Для всіх випадків повинна виконуватись умова: N_с1^I  R_btb_mh₀, де b_m=b_c+h₀ – середній розмір грані продавлювання, м, а розрахунковий опір бетону старої частини фундаменту, що визначається з коефіцієнтами умов роботи _b2 та _b3;

3. По такій же схемі перевіряють роботу фундаменту на продавлювання від кожної ступені (якщо вони є або така необхідність має місце). В цих випадках також перевіряють розміри, що прийняті були в фундаменті раніше та вказують на те, якими вони повинні бути зараз. Якщо по розрахунку потрібна більша h₀, то висота фундаменту повинна бути збільшена шляхом підведення плити (під діючий фундамент) або нарощуванням бетону у верхній частині фундаменту;

4. Перевірку роботи фундаменту щодо нової частини, що нарощується поза межами діючого фундаменту (нової консольної частини плити), виконують умовно за спрощеною розрахунковою схемою так, щоб виконувалась умова: N_f1^I  kR_btbh₀₁, де N_f1^I = 0.5b(l₁ - l)p_max^I, a k = 0.4 – коли поверхня бетону старого фундаменту не обробляється додатково або не з’єднується арматурою чи профільним металом;

b, l – розміри підошви старого фундаменту, b₁, l₁ – для нового, м;

R_bt.1 – для нової частини фундаменту;

5. В розрахунках, що викладено вище, використовують R_bt для старої частини відповідно з раніше виконаними розрахунками або за прямими визначеннями в натурі (звичайно для бетону класу В 12.5 і вище), для замонолічування стаканної частини (для класу В 12.5) та для нової частини (клас бетону В 15 та більше) задають. Розміри ступені та інших ділянок додаткового бетонування приймають кратними 100 мм (допускається мінімально 50 мм). З врахуванням розрахунків схема прибудови нової частини може бути складною. Коли розрахункове h₀ буде тільки до 50 мм, в роботу (для всього фундаменту) можна включати бетон підготовки, товщина якого під підошвою фундаменту була прийнята 100 мм, а його клас приймався В 7.5 або В 10.

Для нової частини будинку також необхідно запроектувати влаштування бетонної підготовки товщиною 100 мм (по додатково ущільненому грунту) з бетону класу В 10. Вона повинна виходити на 100 (50) мм за межі розрахункових розмірів підошви фундаменту b₁, l₁ в обидві сторони. В цьому випадку захисний шар бетону для арматури по підошві фундаменту приймається а₀ = 35 мм. Для других елементів армування фундаменту а₀ = 30 мм;

6. Необхідна сумарна площа поперечного перерізу робочої арматури A_sc по підошві нової консольної (плитної) частини фундаменту визначається в перерізі її примикання до старої частини та фундаменту за формулами:

; ; де за спрощеною формулою ,

R_b, R_s – розрахунковий опір, МПа, відповідно бетону на осьовий стиск та арматури на осьовий розтяг.

Величини  та  визначають за вимогами на проектування залізобетонних конструкцій (див. СНиП 2.03.01-84 або “Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелых и легких бетонов без предварительного напряжения арматуры”).

Таким же чином перевіряють достатність арматури в межах діючого фундаменту в перерізі, що проходить по грані колони. При недостатньому армуванні або збільшують висоту плитної частини фундаменту, або приймають рішення про заглиблення фундаменту та додатковому армуванні плитної частини.

Конструюючи фундамент, необхідно враховувати, що робоча арматура по підошві фундаменту може мати   10 мм, а крок арматури  200 мм.

В проекті розглядають можливість об’єднання нової та старої частини плити та їх додаткове армування в місці з’єднання;

7. В пояснювальній записці необхідно виконати розрахунки фундаменту на розколювання, плитної частини на поперечне зусилля та дію зворотного моменту, поперечних перерізів підколонника, як і розрахунок фундаменту по утворенню та розвитку тріщин;

8. Виконують перевірку напружень на підошві фундаменту за формулами:

; ;

де N₁^II та М₁^II – відповідно сумарні вертикальні навантаження, кН, та моменти, кНм, на рівні підошви підсилення фундаменту для ІІ-го граничного стану, що вирахувані за методикою, наведеною в розділі 2.3 вказівок. Питому вагу зворотної засипки при цьому призначають самостійно в межах: ^ІІ=17.5…18.5 кН/м³;

А₁ та W₁ – див. пояснення п.2.6.1., де ці величини вже визначені;

_mt.1, _max.1, _min.1 – відповідно середнє, максимальне і мінімальне напруження на підошві підсиленого фундаменту, кПа;

R – розрахунковий опір грунту основи (несучого шару), кПа, що визначений за формулою розділу 2.3 при величині b₁ та d (d₁ при заглибленні підошви в підвалі нижче підлоги).

Якщо вказані умови не виконуються, то збільшують розміри фундаменту в плані або глибину його закладання та повторюють перевірки;

9. Виконують розрахунок величини осідання основи (підсиленого фундаменту) як нового, використовуючи розміри b₁, d (d₁) та величину _mt.1 за методикою розділу 2.3 або методикою пошарового підсумування по СниП 2.02.01-83.

Порівняти величину осідання S₁ з допустимою S_u по СНиП 2.02.01-83, як це зроблено для фундаменту до підсилення (S_u зберігається, якщо змін в конструктивній схемі будівлі (споруди) при реконструкції не відбулося);

10. Визначають приріст деформації основи в результаті осідання як: S = S₁ – S та дають цьому оцінку.

Цей розділ закінчують складанням ескізу підсилення фундаменту, який використовують потім для виконання робочого креслення.

Зауваження:

• у випадку наявності розрахункового опору несучого шару ґрунту R, визначеного за даними оцінки ґрунту під підошвою фундаменту, можливе врахування цієї величини при визначенні площі додаткового підширення фундаменту. Проте, потрібно мати на увазі, що на ділянках підширення ґрунт основи має початкові характеристики природного (не ущільненого) ґрунту;

• при заглибленні фундаментів необхідно орієнтуватись на показники природного ґрунту основи.