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 σ_z), 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.

При реальном напластовании грунтов возможно множество комбинаций в вариантах глубины заложения фундамента.

· Влияние климатических особенностей на глубину заложения фундамента

При промерзании грунта вода, заполняющая поры между частицами, превращаясь в лёд, расширяется и деформирует грунт, который, смерзаясь с телом фундамента, выпучивает его кверху (см. в механике грунтов раздел «Особенности структурно-неустойчивых оснований»). Такое явление в промерзающих грунтах носит название морозного пучения, а сами грунты называются пучинистыми.

-9-

Воздействие сил пучения мёрзлого грунта на фундамент при различной глубине промерзания, схематично представлено на рисунке.

Схема вариантов заглубления фундаментов в пучинистых промерзающих грунтах ниже и выше глубины промерзания грунта основания.

τ – касательные силы пучения; σ – нормальные силы пучения; d_f - расчётная глубина промерзания грунта; Δδ - пучение поверхности грунта.

Из представленного рисунка видно, что в случае заглубления фундамента ниже возможной глубины промерзания (левая схема на рисунке) на боковые поверхности фундамента будут воздействовать τ – касательные силы пучения. Суммарная величина касательных сил пучения для сильнопучиничтых грунтов может превысить вес двухэтажного здания, т.е. даже поднять здание вверх.

В случае заглубления фундамента выше возможной глубины промерзания (правая схема на рисунке) на боковые поверхности фундамента будут воздействовать как τ – касательные силы пучения, так и σ - нормальные силы пучения. Суммарная величина касательных и нормальных сил пучения для сильнопучиничтых грунтов такова, что может превысить вес даже пятиэтажного здания.

Таким образом, при определении глубины заложения фундамента в промерзающих пучинистых грунтах, необходимо стремиться к снижению негативного воздействия сил пучения, заглубляя фундаменты ниже расчётной глубины промерзания в данном районе. В некоторых случаях допустимо конструктивное решение по снятию касательных сил пучения устройством несмерзающих обмазок боковых поверхностей фундамента.

Пучению подвержены пылеватые пески, суглинки и глины – мягкопластичные и текучие.

Глинистые грунты могут практически не испытывать пучения при низком У.Г.В. (Н_УГВ ≥ d_f + 2м) и при нахождении их в твёрдом и полутвердом состоянии, т.е. при W < W_Р + 0,25Ј_Р; Ј_L < 0,25 (см. схему).

-10-

Схема низкого расположения уровня грунтовых вод относительно глубины промерзания, что при нахождении грунтов в твёрдом и полутвёрдом состоянии позволяет практически не учитывать пучение.

При такой низкой влажности (твёрдое и полутвёрдое состояние) пучение составляет примерно 1% от промерзающей толщи, что считается незначительным и в расчет не принимается. Однако при проектировании необходимо учитывать, что влажность W, определённая при изыскании, в процессе строительства может изменяться, например в результате снятие травяного покрова или нарушения естественного стока воды. Очень часто со временем влажность грунтов возрастает или поднимается У.Г.В. В этом случае непучинистые грунты могут переходить в категорию пучинистых.

Поэтому необходимо осторожно подходить к решению (определению) глубины заложения фундамента в глинистых грунтах. Если грунты пучинистые, то фундамент нужно закладывать ниже расчётной глубины промерзания.

d > d_f,

где d_f – расчетная глубина сезонного промерзания грунта – это глубина промерзания около возводимого фундамента (см. схему).

Схема определения расчётной глубины промерзания грунта около возводимого фундамента.

d_f = f (температуры помещения, высоты фундамента, конструкции пола).

d_f = k_hd_fn,

где d_fn – нормативная глубина сезонного промерзания грунта (среднее значение максимальной глубины промерзания за 10 лет под очищенной от снега поверхностью). При отсутствии многолетних наблюдений, для районов, где глубина промерзания не превышает 2,5 м, нормативное значение глубины сезонного промерзания допускается принимать по формуле (при d_fn > 2,5 м – необходим теплотехнический расчет):

-11-

d_fn = d₀(ΣM_t)^0,5,

где k_h = 0,4…1,1 – коэффициент влияния теплового режима зданий на промерзание грунта у наружных стен.
М_t - безразмерный коэффициент, числено равный сумме абсолютных значений отрицательных среднемесячных температур за зиму в данном районе.
d_о – коэффициент, зависящий от свойств грунта:

• d_о = 0,23 – глина, суглинок;
• d_о = 0,28 – супесь, мелкий песок;
• d_о = 0,30 – крупный песок, гравий.

Для Европейской территории нашей страны d_fn можно определить по карте изолиний нормативных глубин промерзания (СНиП).

· Влияние конструктивных особенностей возводимого здания и соседних сооружений на глубину заложения фундамента

В данном случае на глубину заложения фундаментов оказывают влияние следующие факторы:

1. Наличие фундаментов существующих (примыкающих) зданий.

2. Наличие фундаментов под оборудования.

3. Наличие тоннелей и коммуникаций.

4. Наличие подвала.

5. Способ производства работ.

Влияние первых двух факторов можно схематически представить на следующем рисунке.

Схема определения наиболее рациональной глубины заложения фундамента в случае его примыкания к существующему фундаменту.

На представленном рисунке видно, что первый вариант заглубления фундамента примыкающего здания не целесообразен, так как при таком исполнении возникает возможность дополнительного бокового давления на существующий фундамент (возможность появления неравномерных дополнительных осадок). Для того чтобы избежать подобного явления примыкающий фундамент должен быть отодвинут от существующего фундамента на величину L, определяемую из следующего условия:

-12-

∆H/L ≤ tgφ

Второй вариант заглубления фундамента примыкающего здания наиболее приемлем, поскольку фундаменты устанавливаются на одних отметках, однако, в целях снятия возникающего дополнительного давления в основании существующего фундамента рекомендуется устройство разделительного шпунта (см. схему).

Третий вариант заглубления фундамента примыкающего здания (фундамента под оборудование) не рекомендуется, так как возможен выпор грунта под существующим фундаментом при производстве работ.

Влияние третьего и четвертого факторов на глубину заложения фундаментов можно схематически представить на следующем рисунке.

Схема для определения минимальной глубины заложения фундамента для здания при наличии подвала и подпольного канала.

Подпольные каналы по прокладке инженерных коммуникаций, как правило, имеют заданные высотные отметки. В этом случае глубина заложения подошвы проектируемого фундамента должна быть не менее, чем на 20 см ниже подпольного канала.

Необходимо исключить возможность выпирания грунта (расчёт фундамента по устойчивости – I предельное состояние) и возможность промерзания грунта со стороны подвала во время производства работ, в этом случае следует соблюдать условие:

d_min ≥ 0,5 d_fn.

Если фундамент закладывают на различную глубину (наружные и внутренние стены), то необходим постепенный (ступенчатый) переход от одной глубины к другой (см. схему).

Схема ступенчатого перехода от одной глубины заложения подошвы фундамента к другой.

-13-

Ступенчатость перехода глубины заложения фундаментов от одной отметки к другой обеспечивается отношением длины (уступа) ступени (Lу) к её высоте (hу). При выполнении фундаментной кладки из стандартных бетонных блоков высотой 0,5м (0,6) м, длина уступа может быть определена из условия: Lу / hу ≤ 0,5 м (см. схему).

На глубину заложения фундамента влияет так же и пятый фактор - способ производства работ, и наоборот, глубина заложения подошвы фундамента - предопределяет необходимый способ производства работ.

При рассмотрении влияния данного фактора, возникает необходимость удовлетворения следующих требований:

1. Сохранность структуры грунта.

2. Учет возможности строительной организации.

3. Обеспечить максимум сборных и механизированных работ.

Учёт последних двух факторов отражен на рисунке, приведённом ниже.

Схема для определения глубины заложения фундамента в зависимости от возможности строительной организации для конкретных геологических условий.

Для представленного на рисунке геологического разреза могут быть рассмотрены три варианта заглубления фундаментов:

Первый вариант соответствует минимальному объёму земляных работ, однако потребует относительно больших размеров фундамента, поскольку основанием является слабый грунт - пылеватый песок.

-14-

Второй вариант с заглублением фундамента в хороший нижележащий слой суглинка позволит запроектировать фундамент с минимальными размерами подошвы, однако потребует в изготовлении дополнительных технологических приёмов: глубокий котлован с креплением стенок; искусственный водоотлив.

Третий вариант с использованием свайных фундаментов обладает минимальными затратами по выполнению земляных и монолитных работ, однако потребует в изготовлении дополнительных технологических приёмов производства работ в виде устройства свай.

Окончательный выбор того или иного варианта фундамента (глубины его заложения) определяется проектировщиками и производителями работ индивидуально в зависимости от технико-экономических показателей.



-15-

Список используемой литературы:

(ресурсы интернета)

1. www.buildcalc.ru/Learning/BasesAndFoundations/Open.aspx?id=Chapter2

2. www.bibliotekar.ru/oblicovochnye-raboty/4.htm

-16-