Определение осадки фундамента методом послойного суммирования

Определение осадки фундамента методом послойного суммирования деформаций.

Сущность метода послойного суммирования заключается в определении осадок элементарных слоев основания в пределах сжимаемой толщи от дополнительных вертикальных напряжений σ_zp, возникающих от нагрузок, передаваемых сооружением. Осадка фундамента определяется суммированием осадок элементарных слоев основания.

Так как в основу этого метода положена расчетная модель основания в виде линейно деформируемой сплошной среды, то необходимо ограничить давление на основание такими пределами, при которых области возникающих пластических деформаций незначительно нарушают линейную деформируемость основания, то есть требуется выполнение условий P ≤ R и P_max ≤ 1,2R.

Расчет осадки фундамента производится на действие осевых расчетных нагрузок с коэффициентом надежности по нагрузке γ_f =1.

СНиП [17] рекомендует метод послойного суммирования для расчета осадок фундаментов шириной до 10 м при отсутствии в пределах сжимаемой толщи грунтов с модулем деформации Е >100 МПа. Осадка основания определяется по формуле

, (3.27)

где — безразмерный коэффициент, равный 0,8; n – число слоев, на которые разделена по глубине сжимаемая толща основания;σ_zpi — среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i-ом слое грунта, равное полусумме напряжений на верхней и нижней границах слоя; h_i, Е_i – толщина и модуль деформаций i-го слоя грунта.

Свод правил по проектированию и устройству оснований и фундаментов зданий и сооружений [21] рекомендует этот метод во всех случаях. При этом осадка определяется по формуле

, (3.28)

где b –безразмерный коэффициент, принимаемый равным 0,8 независимо от вида грунта; s_zр,i – вертикальное нормальное напряжение от внешней нагрузки в середине i -го слоя; h_i – толщина i — го слоя грунта, принимаемая не более 0,4 ширины фундамента; E_i — модуль деформации i –го слоя грунта, принимаемый по ветви первичного нагружения; s_zγ,i – среднее значение вертикального напряжения в i –м слое грунта от собственного веса выбранного при отрывке котлована грунта; E_e,i — модуль деформации i –го слоя грунта, принимаемый по ветви вторичного нагружения; n — число слоев, на которые разбита сжимаемая толща основания.

При расчете осадки фундаментов, возводимых в котлованах глубиной менее 5 м, допускается в формуле (3.28) не учитывать второе слагаемое. В таком случае формула (3.28) совпадает с формулой (3.27).

Величина напряжений s_zр с глубиной убывает, и в расчете ограничиваются толщей, ниже которой деформации грунтов пренебрежимо малы. Нижнюю границу сжимаемой толщи основания принимают на глубине z = H_c , где выполняется условие s_zр = ks_zg, где

а) k = 0,2 при b ≤5 м;

б) k = 0,5 при b >20 м;

Если в пределах глубины H_c , найденной по указанным выше условиям, залегает слой грунта с модулем деформации Е > 100 МПа, сжимаемая толща принимается до кровли этого слоя.

Если найденная по указанным выше условиям нижняя граница сжимаемой толщи находится в слое грунта с модулем деформации Е

Метод послойного суммирования

Сущность метода послойного суммирования заключается в том, что осадка основания под действием нагрузки от сооружения определяется как сумма осадок отдельных элементарных слоев грунта такой толщины, при которой каждый из них можно рассматривать как бесконечный слой, лежащий на несжимаемом основании, и для которых можно без большой погрешности принимать в расчетах средние значения действующих напряжений и средние значения коэффициентов. Для этого сжимаемая толща разбивается по глубине на элементарные слои толщиной не более 0,4 b, где b – ширина фундамента. Определяются осадки отдельных слоев грунта, суммируя которые находят общую осадку основания сооружения в пределах сжимаемой толщи.

Метод основан на следующих допущениях:

1 – грунт в основании представляет собой сплошное, однородное, изотропное линейно деформируемое тело;

2 – осадка вызывается только действием вертикального напряжения s_z, а остальные компоненты напряжений не учитываются;

3 – боковое расширение грунта в основании невозможно;

4 – напряжение s_z определяется под центром подошвы фундамента;

5 – жесткость фундамента не учитывается;

6 – деформации рассматриваются только в пределах сжимаемой толщи;

7 – значение коэффициента b принимается 0,8 независимо от вида грунта.

Для расчета осадки каждого элементарного слоя используется формула (4.5).

Давление s_z под центром подошвы фундамента определяется по формуле (3.18):

где a — коэффициент, принимаемый по табл. (3.4) или таблицам СНиП [8]; р – среднее давление под подошвой фундамента.

Расчетная схема метода послойного суммирования представлена на рис. 4.2.

Рис. 4.2. Расчетная схема к определению осадки методом

DL – уровень планировки; NL – уровень природного рельефа;

FL – уровень подошвы фундамента; WL – уровень подземных вод;

H_c – глубина сжимаемой толщи

Расчет осадок методом послойного суммирования производится в следующей последовательности.

1. Определяется дополнительное давление р, превышающее природное:

p = p — s_zg,0, (4.6) где р – среднее давление под подошвой фундамента от нагрузки сооружения, включая вес фундамента и грунта на его уступах; s_zg,0 – природное давление на уровне подошвы фундамента.

Давление s_zg,0 определяется по формуле

где g¢ – удельный вес грунта выше подошвы фундамента; d_n – глубина заложения подошвы фундамента от уровня природного рельефа.

2. Определяются напряжения s_zр от внешней нагрузки на разных глубинах под центром подошвы фундамента, и строится эпюра s_zр.

Для построения эпюры разбиваем толщу грунта на элементарные слои толщиной 0,4 b (b – ширина фундамента) и рассчитываем напряженияs_zр на подошве каждого слоя по формуле

Коэффициент a определяетсяпо табл. (3.4) или таблицам СНиП [8] в зависимости от величин и (где l – длинная сторона подошвы фундамента; b – короткая ее сторона; z – глубина расположения подошвы элементарного слоя). Значения напряжения s_zр откладываются на эпюре справа от оси z.

3. Определяются напряжения s_zg от собственного веса грунта, и строится эпюра природного давления на разных глубинах.

Напряжение от собственного веса грунта (природное давление) определяется суммированием веса каждого слоя грунта:

, (4.8)

где g_i – удельный вес грунта i –го слоя; h_i – толщина i –го слоя; n – количество слоев.

Удельный вес грунтов, залегающих ниже уровня подземных вод, должен приниматься с учетом взвешивающего действия воды. Глинистые грунты с коэффициентом фильтрации менее 1х10 –5 м/сут. и I_L

Эпюра напряжений s_zg строится в том же масштабе, что и эпюра s_zр, и ее значения откладываются слева от оси z.

4. Определяется глубина сжимаемой толщи H_c .

Величина напряжений s_zр с глубиной убывает, и в расчете ограничиваются толщей, ниже которой эти напряжения грунтов пренебрежимо малы. СНиП [8] рекомендует для обычных грунтов принимать сжимаемую толщу до глубины H_c, на которой напряжения s_zр не превышают 20 % от природного давления, т.е. из условия

При залегании сильносжимаемых грунтов с модулем деформации Е £ 5 МПа ниже глубины, соответствующей условию (4.9), сжимаемая толща увеличивается и определяется из условия

Для определения H_c графическим способом со стороны эпюры s_zр строится вспомогательная эпюра 0,2s_zg, и точка пересечения этих эпюр показывает положение границы сжимаемой толщи.

5. Определяется осадка основания фундамента.

Осадка основания фундамента определяется как сумма осадок поверхностей отдельных элементарных слоев в пределах глубины сжимаемой толщи H_c по формуле

, (4.11)

где n – число слоев грунта в пределах сжимаемой толщи; h_i – толщина i- го слоя грунта; E_i – модуль деформации i -го слоя; s_zр,i – напряжение в середине i — го слоя; b –коэффициент, принимаемый равным 0,8 независимо от вида грунта.

Пример 4.1

Определить осадку ленточного фундамента шириной 1,2 м. Глубина заложения – 2 м от поверхности природного рельефа. Среднее давление по подошве фундамента р = 288 кПа. Основание сложено глинами тугопластичными толщиной 3,2 м с характеристиками: g_II = 18,4 кН/м 3 , Е = 15 МПа. Глины подстилаются песками средней крупности, средней плотности, малой степени водонасыщения, с характеристиками: g_II = 18,8 кН/м 3 , Е = 30 МПа. Подземные воды на участке строительства до глубины 10 м не встречены. С поверхности залегают растительные грунты с g_II = 16,1 кН/м 3 , толщина слоя – 1,2 м (рис. 4.3) .

Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента:

Дополнительное давление на основание под подошвой фундамента:

p = p — s_zg,0 = 288 – 34 = 254 кПа.

Дальнейшие расчеты проведем в табличной форме (табл. 4.2). Значения a принимаем по табл. 3.4.

Нижнюю границу сжимаемой толщи определяем из условия s_zр £ 0,2s_zg, которое удовлетворяется на глубине Н_с = 6,24 м от подошвы фундамента.

Осадка фундамента составляет: S = 2,46 см .

Рис. 4.3. Расчетная схема определения осадок методом послойного

суммирования (к примеру 4.1):

1 – почвенно-растительный грунт; 2 – глина тугопластичная; 3 – песок средней

крупности, средней плотности, малой степени водонасыщения

Метод послойного суммирования при расчетах осадки фундаментов зданий

На данный момент существует большое количество различных расчетов нагрузок на фундаменты, на основании которых затем подбирается тип строительных материалов, размеры подошвы основания и прочие данные.

Метод послойного суммирования используется в тех случаях, когда нужно рассчитать осадку отдельно стоячего фундамента с учетом влияния внешних факторов и дополнительных грунтовых влияний.

Применение метода

Методом послойного суммирования рекомендуется пользоваться, если нужно определить не только основные факторы осадок, но и вторичные или дополнительные, возникающие только в конкретных ситуациях.

1. Определить осадку отдельно стоячего фундамента или комплекта оснований, расположенных недалеко друг от друга или с ними состыкованных.
2. Используется при расчетах оснований, сделанных из неоднородных материалов. Такие параметры отображаются в изменениях модуля деформации с возрастанием глубины залегания.
3. Как правило, метод дает возможность рассчитать осадку сразу по нескольким вертикалям, причем тут можно опускать параметры угловых переменных, а использовать центральные или периферийные параметры. Но это возможно сделать только при условии, если фундамент имеет слои по всему своему периметру, их толщина и структура одинаковые.

Такие осадки часто возникают от соседних фундаментов, ведь с ростом нагрузки на площадку неизбежно возникают просадки почвы, особенно при использовании мощных тяжелых конструкций. Но тут часто проектировщики сталкиваются с проблемой именно создания этюдов осадок, ведь нужно четко определить по оси вертикали именно те силы, которые возникли от воздействия соседних оснований.

Порой сделать это очень сложно и приходится использовать эмпирические формулы. Тогда точки напряжения часто находят по методу угловых точек, и полученные результаты в некоторых случаях принимаются как оптимальные для данного слоистого фундамента.

Почему так важно рассчитывать осадку фундамента?

Некоторые фундаменты отличаются слабой прочностью на изгиб и деформацию за счет больших линейных размеров и небольшой продольной толщины. Как правило, метод послойного суммирования часто используют для расчетов ленточных фундаментов, ведь они не могут обеспечить максимально высокую нагрузку на единицу площади грунта, поэтому и осадка может возникать практически в любом месте вполне спонтанно.

Все расчеты, формулы и рекомендации подробно указаны в СНиП 2.02.01-83. Чтобы более подробно разобраться в методе, нужно попробовать рассчитать осадку ленточного фундамента на реальном примере.

Расчет осадки ленточного фундамента

Для примера можно взять ленточный фундамент, который имеет ширину 120 см (b ) и глубину залегания 180 см (d). Он устроен на трех слоях грунта. Общее давление под подошвой на почву составляет 285 кПа.

Каждый слой грунта имеет следующие показатели:

1. Маловлажный грунт средней плотности и пористости, основной компонент – мелкозернистый песок, пористость е₁= 0,65, плотность γ₁ = 18,7 кН/м³, степень деформации Е₁= 14,4 МПа.
2. Второй слой более тонкий, состоит из крупнозернистого, насыщенного влагой песка. Его показатели, соответственно, составляют: е₂ = 0,60, γ₂ = 19,2 кН/м³ и Е₂ = 18,6 МПа.
3. Следующий слой – суглинок, параметры J_L= 0,18, γ3 = 18,5 кН/м³ и Е₃= 15,3 МПа.

По данным геодезической службы и топографической разведки, грунтовые воды в расчетном регионе расположены на глубине 3,8 метра, поэтому их влияние на основание можно считать практически нулевым.

Итак, учитывая, что метод послойного суммирования – это создание нескольких графических этюдов вертикального напряжения в грунтах, тогда пора их создать для расчета допустимой нагрузки на почву.

На поверхности земли σ_zg = 0, а вот на глубине 1,8 метра (уровень подошвы), σ_{zg 0} = γ₁d = 18,7Κ·1,8 = 33,66 кПа.

Теперь нужно рассчитать ординаты эпюры вертикального напряжения на стыках нескольких грунтовых слоев:

Также стоит учесть, что второй слой грунта насыщен водой, поэтому тут не обойтись без расчета допустимого давления столба воды:

Ysb2 = (Ys2-Yw)/(1 + e2) = (26.6 -10.0)/(+0.60 1) = 10, 38kPa

Теперь внимание. В примере четко указано, что третий слой грунта принимает на себя не только давление двух верхних слоев, но и столба воды, поэтому этими параметрами пренебрегать нельзя. Таким образом, напряжение по подошве фундамента будет рассчитано по формуле:

Дополнительное давление под подошвой:

Далее все параметры этюдов напряжения нужно выбирать с расчетных таблиц СНиПа. В итоге получается, что осадка S₁ первого слоя песка будет составлять:

Осадка более крупного песка:

S3 = 0,8/ 15300(50 х 37,5+30 х 33,0) = 0,15 см

Полная осадка фундамента, посчитанная методом послойного суммирования, будет составлять:

S = S1 + S2 + S3 = 1,16 + 1,38 + 0,15 = 2,69 см

По параметрам, указанным в СНиП 2.02.01—83* для сооружений, возведенных на ленточных фундаментах с учетом указанных типов грунтов, параметр усадки соответствует норме.

Преимущества метода послойного суммирования

Среди недостатков стоит отметить сложность в расчетах, сделать их может только профессиональный строитель. Также этот метод сложен по времени, поэтому его используют при расчетах оснований для больших массивных зданий с глубоким залеганием подошвы. Для небольших частных домов метод не практикуется.

Варианты расчета осадки фундаментов методом послойного суммирования

Деформации строения происходят по причине опускания, крена или выгиба основания. Для предупреждения делают расчет осадки фундамента, при котором вычисляют величину оседания, кривизну наклона, очертания области проседания. По итогам геодезических исследований вычерчивают графики развития деформации, профили изменений по осям и уровням здания. Для сбора нагрузок вычерчивают эпюры, которые используют в расчете.

1. Основные причины осадки фундамента
2. Влияние грунтов на состояние опор для дома
3. Методы определения осадки фундамента
4. Послойное суммирование
5. Эквивалентный слой
6. Расчет при слоистом напластовании грунтов
7. По методу Егорова
8. Рекомендации по закладке бетона
9. Расчет крена фундамента

Основные причины осадки фундамента

Почва под подошвой деформируется при получении добавочных напряжений, если они превышают давление от собственного веса грунта. В результате объем земли уменьшается за счет уменьшения пор, развиваются искажения в пространстве.

• скачкообразная осадка уплотнения;
• неоднородное основание под фундаментом;
• прерывистое состояние напряжения;
• неравномерный вес здания в процессе возведения.

Остаточные просадки превышают упругие деформации, поэтому искажения почвы под действием неравномерного давления относят к категории осадок уплотнения. Показатель неодинаков из-за разнохарактерности почвенных условий и неравномерности напряжения. Неоднородность грунта обуславливается присутствием вспучивающихся слоев, неравномерным залеганием пластов и их различной толщиной.

Нагрузка передается неравномерно, так как фундаменты воспринимают нагрузку в разное время строительства. Основное давление получают вертикальные конструкции, кровля и от них ленточный фундамент, а перекрытия с балками, перегородки, оборудование нагружаются позднее. Одни опоры делают с уширенной подошвой по отношению к другим, поэтому происходит неравномерная осадка фундамента.

Влияние грунтов на состояние опор для дома

В земле под подошвой развиваются осадки выпирания, которые чаще образуются под краями. Давления перераспределяются по низу фундамента и возникают пластические искажения. Дальнейший рост давления ведет к расширению области деформации и появляется опасность вспучивания почвы из-под подошвы.

Расструктурирование грунта также ведет к созданию опасных зон. Риск возникает при рытье котлована, траншей. При этом обнажается внутренняя структура земли, и на нее влияют негативные факторы, которые ранее сдерживались.

Осадка грунта зависит от следующих условий:

• метод земляных работ;
• продолжительность возведения нулевого цикла;
• устройство водоотведения;
• мероприятия по сохранности естественной структуры.

Строение грунта нарушается из-за погодных влияний на открытые срезы, динамического напряжения от работы механизмов, подземных газов и влаги. Промерзание увеличивает объем увлажненных слоев и развивает силы пучения, которые иногда превышают осадку ленточного фундамента от внешних влияний. Выпячивание земли негативно влияет при строительстве и при эксплуатации постройки.

Влияние грунтов на фундамент уменьшают устройством подошвы ниже отметки промерзания и обработкой боковых сторон опоры. Используются битум, солярка, отсыпка пазух делается землей, которая не характеризуется вспучиванием.

Методы определения осадки фундамента

В расчетах чаще всего рассматривается проседание уплотнения, которое возникает от искажения грунта под влиянием нагрузки на основание. Это осадка фундамента, которая развивается медленно, иногда тянется 2 – 3 года после начала эксплуатации строения.

Существует 17 вариантов подсчета просадок, но на практике расчет ведется несколькими способами:

• метод послойного суммирования;
• эквивалентный слой;
• учет слоистого напластования почвы;
• метод Егорова.

Конструкция сооружения испытывает наибольший крен, изгиб или кручение при абсолютной просадке в исходе времени стабилизации. Деформации называют конечными или просто осадками, их величина определяется как результат проведения подсчетов.

Осадка фундамента показывает всецелое перемещение по вертикали из-за искажения толщи почвы основания, которое медленно растягивается во времени. Осадка грунтового слоя говорит о величине уменьшения тучности из-за деформации земли в этой области. Анализ вариантов расчета займет много времени, но короткое описание основных методов выглядит приемлемым.

Послойное суммирование

В расчете принимают участие данные о размере фундаментной подошвы, глубине заложения и определяется среднее значение давления под опорой, для которого собираются нагрузки от веса строения и основы здания.

• yc₁ и yc₂— коэффициент факторов работы, первый принимается 1,1, второй — 1,0;
• k и k₂ — коэффициенты, приравниваются к 1,0;
• b — ширина фундамента по низу;
• c_n — расчетный показатель удельной адгезии почвы, принимают 1 кН/м³;
• d_b — глубина стен подвала;
• d₁ — глубина закладки опоры здания;
• M_y, M_g, M_c — коэффициенты, которые находятся в зависимости от угла наклона стен фундамента.

Составляют эпюры естественного и вспомогательного давления, откуда берут значения добавочной вертикальной нагрузки по подошве. По формуле высчитывают высоту элементарного грунтового слоя. Для запаса увеличивают значение вдвое.

Строят эпюру добавочных нагрузок по вертикали от внешних факторов влияния в толще грунта под подошвой свайных и ленточных опор, для построения берут сведения из таблицы №2 СНиП 2.02.01 – 1983. Нижний край сжимаемого пласта находят по пересечению двух эпюр. Осадка определяется с опусканием деформационного модуля на границе слоев. В расчете учитывают среднюю силу в каждом слое и его высоту.

Средняя осадка в результате расчета осадки фундамента методом послойного суммирования не должна превышать предельно допустимые нормативы для строений определенного типа и вида грунта.

Эквивалентный слой

Метод Н. А. Цыгановича применяется для нахождения просадок гибких ленточных опор и для изучения воздействия осадки близлежащих фундаментов. Вычисление осадки способом эквивалентного слоя позволяет определить смещение основания в различных точках, а также в угловых областях и в зоне краевых нагрузок.

Метод предполагает стандартные разработанные схемы по нахождению равноценного пласта на разных участках основания. Эта методика используется для определения просадки опор с учетом воздействия расположенных неподалеку фундаментов. Алгебраическая сумма высот равнозначных слоев почвы в разных участках дает представление о конечном показателе осадки.

Вариант используется для фундаментов небольшой высоты в условиях городского строительства, когда рядом находятся основания существующих сооружений. Способ хорошо работает в условиях стабильных грунтов с небольшими деформациями при сжимаемости.

Расчет при слоистом напластовании грунтов

Слоистость напластования проявляется, если прочные грунты разделяются маломощными прослойками. Используется несущая способность стабильной почвы, но требуется проверка прочности подстилающего пласта или его укрепление до надежного положения. Значение общего касательного и нормального пучения бывает таким, что превышает вес стандартной пятиэтажки.

Расчет в нестабильных грунтах предполагает определение глубины залегания подошвы так, чтобы она находилась ниже отметки промерзания. Пучатся текучие и мягкопластичные глины, а также суглинки и пылеватые пески.

Расчет осадок в слоисто напластованных почвах ведется двумя способами:

• нахождение среднего показателя сжимаемости слоя;
• суммированием искажения отдельных пластов.

Второй вариант увеличивает трудоемкость вычислений. Приблизительное усреднение допускается, т.к. учитывается малая точность нахождения значений сжимаемости. Регламент учитывает силу отдельных пластов в напряженном состоянии. Используются стандартные формулы для подсчета характеристик уплотнения в первом приближении. Осреднение проводится в рамках расчетного показателя сжимаемости.

По методу Егорова

Глубина уплотняемой области по СНиП 50.101. – 2004 находится с большим заделом прочности, т.к. при ее применении учитывается, что почва всегда представлена твердыми глинами или крупнообломочными грунтами. К. Е. Егоров предложил в виде модели брать характеристики упругого пласта и учитывать разницу осадки глины и песчанистого основания.

Практическое наблюдение за просадками строений показали правильность метода Егорова. Результаты анализировали и пришли к выводу, что для опор с шириной подошвы или радиусом меньше 10 метров все варианты дают аналогичные результаты осадки. Исключение составляют просадки глин.

Рекомендации по закладке бетона

Монолитные конструкции бетонируют в разборной опалубке из унифицированных частей. Способ укладки и транспортировки смеси выбирают с учетом минимального количества перегрузок.

Бетон подают в нескольких вариантах:

• подъемными механизмами в бадьях;
• самосвалами на эстакадах или в опалубку;
• транспортными лентами;
• бетононасосами.

Перемещение краном удобно, т.к. используется независимо от объемов фундамента и одновременно подает арматуру для каркаса. Закладку бетона в труднодоступные области проводят легкими съемными транспортерами или виброжелобами.

Расчет крена фундамента

Наклон опоры вызывается внецентренным действием внешних факторов (изгибающий момент) или влиянием рядом стоящих фундаментов. Крен может возникнуть от неоднородности почвы под подошвой. Формулы для расчета наклона основы строения регламентируются в СНиП 2.02.01 – 1983.

В расчет принимается деформационный модуль и коэффициент Пуассона:

• супеси и пески — 0,3;
• глины — 0,42;
• суглинки — 0,35.

Модуль искажения принимается по специальным таблицам для определенного вида грунта. Учитывается ширина и площадь подошвы фундамента, высчитывается абсолютное и добавочное давление на основание. Расчет ведется для стороны прямоугольной конструкции, в отношении которой работает изгибающий момент. Если в надземной части не предполагается деформационного поворота, расчет крена не делается.

Порядок расчета осадки фундаментов

Любое строение со временем подвержено проседанию. Фундамент здания должен осесть в расчётных пределах. Если основание дома опустилось равномерно по всей площади опирания, то расчёт осадки фундамента произведён правильно. В противном случае неравномерное проседание фундамента или свайного поля может привести к деформации несущих конструкций сооружения, что приведёт к повреждению строения. Особенно велик риск неравномерного проседания оснований большой площади опирания, поэтому необходимо точно рассчитать допустимую осадку основания здания.

Осадка фундамента

Неравномерное проседание опорных конструкций зданий и сооружений является следствием допущенных дефектов в строении фундаментов различных видов. Осадка фундамента происходит в течение некоторого времени после окончания строительства объекта. Важно, чтобы осадка основания здания была равномерной и в пределах допустимой нормы.

Существует многочисленные причины, вызывающие неравномерное опускание фундамента вследствие сжатия грунтового основания под подошвой здания. Таковыми являются:

• несанкционированная экономия материалов на возведении основания здания;
• использование низкоквалифицированного труда;
• в результате произведённого самостоятельного расчёта неверно определены глубина заложения фундамента, уровень грунтовых вод толщина промерзания почвы;
• отсутствие дренажной системы;
• неправильное определение сопротивления грунтового основания приведёт к чрезмерному проседанию основания здания.

На строительстве любого крупного объекта необходимо правильно рассчитать осадку фундамента.

В данной статье основное внимание уделено тому, как правильно сделать расчёт осадки свайного фундамента и ленточного основания здания.

Осадка фундамента

На протяжении глубины грунтового основания почва может быть неоднородна. Слои грунта могут оказаться с различными геологическими характеристиками. Для определения полной и конечной осадки строения применяют метод послойного суммирования.

Суть данного метода заключается в том, что определяют величину деформации слоёв почвы, находящихся в активной зоне воздействия нагрузки от здания. Важно, чтобы полученные данные проседания здания не превышали критических нормативных показателей.

Предельно допустимые нормы осадки фундаментов

Первоначальная просадка нового построенного сооружения (1-я категория технического состояния) на однородном грунтовом основании допустима в пределах 10 – 12 см.

При неоднородном составе грунте допустимое проседание зданий 1 категории без последствий составляет 5 см. Для домов 2 и 3 категории (строения с большим сроком эксплуатации) допустимо проседание не более 2 – 3 см.

Разрушение фундамента вследствие чрезмерной осадки дома

Любое дополнительное опускание здание чревато появлением трещин в основании и в стенах строения. Достаточно опуститься сооружению ещё на 2 см и это сразу отразится на состоянии несущих конструкций.

Расчёт осадки ленточного фундамента

Кроме метода послойного суммирования существуют различные методики определения величины проседания здания. При условиях отдельно стоящего строения с учётом сопротивления грунтового основания и других сил, только использование метода послойного суммирования будет наиболее верным расчётом.

Способ основан на создании эпюр напряжений в многослойной почве по каждой вертикальной оси.

Схемы расчётов по методу сложения усадки слоёв почвы

Определение осадки ленточного фундамента производится с целью, чтобы:

• определить величину просадку монолитной ленты с присоединёнными другими основаниями;
• выполнить точный расчёт осадки основания здания, возведённого из разных материалов;
• определить осадочный характер и физические свойства основания здания, которые связаны с изменением показателя деформации по мере увеличения глубины заложения фундамента.

Данная методика расчета определяет показатели основания по каждому сочетанию вертикальных осей, без учёта угловых переменных, используя периферийные значения и центральный показатель. Сделать это возможно при залегании по периметру основания строения равномерных структурных слоёв почвы.

Схема построения графика напряжений по группам вертикальных осей

Обозначения по СНиП 2.02.01-83:

• S — показатель осадки;
• zn – средняя величина напряжения вдоль вертикальной оси в слое «n»;
• hn, En – толщина сжатия и индекс деформации слоя «n»;
• n – удельная масса почвы в «n»;
• hn — высота слоя «n»;
• b = 0,8 – постоянный коэффициент.

Ширина ленточного монолитного фундамента – 1200 мм (b), глубина заложения составит 1800 мм (d).

Видео «Расчёт сопротивления грунта»:

Пример определения величины осадки ленточного фундамента

Общая нагрузка от веса здания на почву составит 285000 кг•м −1 •с −2 . По каждому слою отмечают такие значения:

1. Верхний слой — сухая почва (песок мелкой фракции, с показателями пористости e 1 = 0,65; плотностью y 1 = 18,70 кН/м³, индексом сжатия Е 1 = 14400000 кг•м −1 с −2) .
2. Средний слой – мокрый крупный песок с соответствующими показателями: e₂= 0,60, γ₂ = 19,20 кН/м³; Е₂ = 18600000 кг•м −1 с −2 .
3. Нижний слой грунта – суглинок с соответствующими значениями: e₃ = 0,180; y₃ = 18,50 кН/м³; Е 3 = 15300000 кг•м −1 с −2 .

Слои залегания грунта с различными показателями усадки

Результаты исследований грунта взяты в местном геолого-геодезическом управлении. Грунтовые воды на территории застройки находятся на расстоянии от поверхности земли 3800 мм. глубина залегания грунтовых вод такой величины не имеет значения даже для заглубленного фундамента здания. В этом случае воздействие грунтовых вод на осадку здания считают мизерным, то есть практически никаким.

Метод послойного суммирования базируется на исследовании всех эпюр напряжений в грунтовом массиве вдоль вертикальных осей.

Для нанесения графика эпюр и расчета критических нагрузок на грунт производят действия согласно СНиП 2.02.01-83.

В результате получают следующие показатели по каждому слою почвы: S₁ = 11,5 мм; S_{2 =} 13,7мм; S₃ = 1,6 мм.

Суммарное проседание основания здания составит:

Сравнивая полученные результаты с определёнными нормативами СНиП, делают вывод, что величина осадки не превышает предельных норм.

Расчёт осадки свайного основания

Определяют осадки свайного фундамента методом послойного суммирования.

Вид свайного основания здания

Полный расчёт осадки свайного основания выполняется проектной организацией на протяжении от нескольких дней до 2-х недель. Проектировщики пользуются специальными компьютерными программами. Человеку, не имеющему специального образования, сделать это самостоятельно практически невозможно.

Произвести расчёт осадки свайного основания небольшого частного дома можно упрощённым способом, что под силу каждому застройщику.

Используя схемы расположения различных видов свай и расчётных формул, указанных в СП 24.13330.2011, можно определить как величину осадки одиночной сваи, так и степень проседания всего свайного поля.

Применяют различные методики определения величин осадки разных типов фундаментов, в основном, для крупных объектов промышленного и гражданского назначения.

Поводы к расчётам осадки фундамента методом послойного суммирования

• Основные причины осадки
• Расчет осадки свайного фундамента
• Подробнее о способе вычисления
• Влияние слабых грунтов на состояние опор для дома
• Рекомендации по закладке бетона во избежание просадки

Сегодня расчет осадки фундамента методом послойного суммирования имеет особую практическую важность, без этих данных спроектировать прочное основание невозможно. Этот пункт есть в нормативных требованиях по определенным деформациям опорных установок. Допущенные при монтаже опоры здания ошибки или неправильно подобранный материал дадут о себе знать процессом неравномерного проседания, что приведет к самым неприятным и даже опасным последствиям – разрушению.

Основной фактор, влияющий на степень проседания – это состав грунта. Все они делятся на виды, каждый из них имеет прочность в большей или меньшей степени. Самые надежные почвы скальные, основой для которых являются монолитные плиты. Далее, менее прочные идут дисперсные грунты, которые состоят из минеральных зерен разного размера, по-другому их называют еще несвязные, так как они не удерживают влагу.

Основные причины осадки

Симптом осадки оснавания

Осадка – это смещение основания в вертикальном положении, как следствие деформации грунтового слоя. А причин подвижности несколько:

• закладка проводилась гораздо выше нормы;
• поднятие грунтовых вод, попавших под фундамент;
• длительный срок эксплуатации дома;
• уплотнение почвы;
• дефекты конструкции;
• некачественные материалы;
• надстройка лишних, не предусмотренных на начало строительства здания этажей.
• подземные работы, проводимые вблизи от фундамента.

• прогибы/выгибы опоры;
• сдвиг конструкции;
• крен (сильный наклон) здания;
• перекос;
• закручивание, горизонтальные перемещения.

Это все касается критического состояния, но существует также прогнозируемый процесс осадки фундамента, среди которых есть предельно допустимые для каждого типа здания отдельно. Железобетонные конструкции могут дать осадку до 8 см, здания на стальных сваях и опорах – до 12 см, деревянные, сборно-щитовые дома могут осесть до 15 см максимум.

Сегодня не установлена конкретная нормативная величина предельно допустимой нормы дополнительной осадки. Как правило, в документах не указывается различие между полученной при возведении здания, первоначальной и дополнительной осадкой. Для кирпичного дома это примерно 10-12 см. Последствие неравномерности, как известно – это перекосы, трещины, в худшем случае обрушение.

Расчет осадки свайного фундамента

Такие установки используются для самых разных конструкций, имеют активное распространение благодаря лёгкости монтажа, малозатратности и прочности. Специфика расчета осадки подобных оснований несколько отличается от схем для других оснований. Как быть, когда обнаружились трещины в основании и перекосы дома?

Для начала нужно разобраться, что вызвало этот процесс, понаблюдать за ним, обнаружив или исключив расширение и другие сильные изменения. Есть множество методов для установления точной расчетной осадки и самый из них популярный способ послойного суммирования.

Рассмотрите примеры осадки

Производится осадка методом послойного суммирования опоры дома под влиянием давления в фундаменте, спровоцированной нагрузкой рядом стоящих оснований в таком порядке:

1. наносятся на геологический разрез очертания фундамента;
2. подошва делится на горизонтальный, однородный по сжимаемости слой;
3. рассчитываются стандартные показатели давления, образующиеся в месте пересечения вертикальной оси;
4. устанавливается величина активной зоны;
5. по формуле определяется осадка.

Полученные вычисления очень нужны, так как эти цифры сравниваются с допустимой осадкой. Она указывает на деформации, которые, возможно, произойдут в будущем для каждой отдельной конструкции. Если выяснится, что предельная осадка превышает нормы, то добавляются еще сваи, для упрочнения фундамента.

Такая осадка фундамента методом послойного суммирования может проводиться при следующих условиях: грунт у основания – плотное, линейно-деформируемое изотропное тело; невозможно расширение грунта по бокам в фундаменте; опора дома не имеет жесткости.

Выявленная осадка – это стабилизированная деформация, то есть она достигается естественным путем в течение нескольких десятков лет под воздействием грунтов. В глинистых, водонасыщенных почвах стабилизация может выходить за пределы десятилетий до сотен лет.

Подробнее о способе вычисления

Расчёт дома и его особенностей

Вычисление путем послойного суммирования дает возможность определить осадку не только возводимого, а также рядом стоящих оснований, учесть разнородность, которая выражается в изменениях конструкции по глубине. Данным способом можно рассчитать осадку сразу нескольких вертикалей. Сложность послойного суммирования в том, что здесь нужно найти дополнительные нагрузки, извне, дающие напор на фундамент возводимого сооружения. Напряжения находятся методом угловой точки, когда рабочая ось принимается за угловую.

Особенно удобен метод послойного суммирования при большой подошве результат всегда эффективный. Особенно когда структура основания слоистая и резко меняется, когда сжимаются отдельные слои.

Во время определения осадки обязательно учитывается воздействие глубины заложения фундамента и по ней устанавливаются суммированные пределы. До возведения основания грунт, находящийся на уровне подошвы, был обжат двоением вышележащей почвы, поэтому чтобы определить величину осадки, за начальную точку давления принимается влияние веса на основании от дома.

Влияние слабых грунтов на состояние опор для дома

Когда по всему периметру сооружения слои напластования грунта однородные, которые не сжимаются при углублении, то расчеты проводятся по средней осадке фундамента. Зачастую принимают во внимание временную деформацию, также отдельно для каждого строительства и эксплуатации. Помимо основных нагрузок на основание учитывается влияние на грунт соседних фундаментов. Если в процессе строительства опоры под дом закладываются не одновременно, то оценивается неравномерная деформация рядом стоящих оснований.

При обнаружении в активной зоне грунта слоя, имеющего слабые несущие способности, чем пласт выше, то нужно выявить, как он может повлиять в целом на изменение фундамента. Этот слой берется за расчет, кода полное давление нагрузок в верхней его части не выше положенного напора для фактического фундамента, который будет опираться на этот грунт.

Рекомендации по закладке бетона во избежание просадки

Всем знакома ситуация когда приходится больше тратиться на ремонт, чем на строительство. Учитывая этот факт, стоит внимательно изначально относиться к процессу сооружения зданий с учетом всех технологий строительства. Так вы оградите себя от многих неприятностей.

Качественное надежное строительство – это хороший выбор материалов, обустройство дренажной конструкции и системы гидроизоляции. При возведении опоры для дома нужно использовать только надежный бетонный раствор и не скупиться на него. Плохой бетон, а в следствие фундамент непременно приведет к проседанию.

Важно не допустить литье бетона на промерзшую почву. Если нет возможности провести строительно-монтажные работы в теплое время года, тогда стоит позаботиться о согреве и защите раствора от проникновения ветра и холода. Смешивать бетон с водой нельзя, это существенно понизит его эксплуатационные характеристики, в том числе прочность. И не стоит забывать про определение осадки методом послойного суммирования фундамента.

Строительные работы, проводимые летом, не должны начинаться на 30°C жаре. Это может стать причиной ложного резкого сцепления материала. Лучшее время для заливки – вечер или раннее утро, когда солнце еще не сильно палящее. Действия выполняются только на однородном, непромерзлом грунте, на качественно подготовленную подушку.

Придерживаясь этих простых рекомендаций, вы сможете избежать неприятностей, связанных с осадкой основания здания. Когда все же вы заметили трещину, необходимо срочно провести соответствующий расчет осадки методом послойного суммирования и ваш дом простоит еще много лет. Обеспечьте опорному основанию дома достаточную площадь подошвы.