Виды фундаментов глубокого заложения: особенности расчета

А что это такое?

Да эта самая несущая способность. Общее определение – способность чего-то (элемента конструкции, естественного основания и т.п.) заданное время нести эксплуатационную нагрузку, не испытывая чрезмерных или необратимых деформаций. Но в строительном аспекте дело сложнее, поскольку фундамент механически накрепко связан с грунтом под ним и сам сопротивляется деформациям. А конструкция здания на фундаменте также может быть достаточно прочной и жесткой. Поэтому в строительстве принято определение несущей способности грунта под постройкой через расчетную силу его сопротивления весовой нагрузке R. Грунт под основанием постройки считается надежным, если в течение ее расчетного срока службы здание/сооружение не испытывает опасных смещений (вверх-вглубь, вбок, крена) и деформаций. Выполнение этих условий возможно, если осадка фундамента происходит по линейному закону, а нарушение исходной структуры грунта под весом постройки распространяется в стороны от ее фундамента не более чем на 1,25 его ширины.

Аварийные трещины в зданиях, вызванные слабым грунтом под фундаментом

Глубина заложения и ее влияние на постройку

Перед тем как определить глубину заложения фундамента, нужно понять, зачем вообще это делается.

А делать это надо из-за чрезвычайно серьезного влияния и особенностей фундаментных конструкций, которое они оказывают на будущее здание.

Как мы все знаем, именно от фундамента зависит, что станет с постройкой в дальнейшем. Под постройку фундамент подбирают отдельно, и он должен отвечать ее особенностям.

Легкий дом, например, деревянный, состоящий из обычного бруса, клееного бруса и т.д. устоит и на легком фундаменте. Однако установи мы тяжелый двухэтажный кирпичный дом на тот же легкий фундамент, и нас ждет масса проблем в будущем. Причем проблем серьезных, вплоть до разрушения.

Глубина же фундамента определяется очень тщательно. На ее расчет пускают массу усилий, а все потому, что от нее зависит, каким должно быть будущее строение, сколько оно простоит и т.д.

Плохо осуществленный расчет глубины – большой риск. Неправильное заглубление рано или поздно даст о себе знать. Образовавшиеся проблемы могут быть незначительными, но только поначалу.

Со временем здание рискует просесть, из-за неравномерной просадки фундамент рано или поздно треснет. Что делать в такой ситуации? Только ремонтироваться и надеяться на лучшее.

Впрочем, еще более неудачный расчет иногда приводит к серьезной просадке дома по всему периметру, выдавливанию углов, смещению центральных осей и т.д. Вот почему очень важно рассчитать этот параметр правильно.

к оглавлению ↑

Хозяйственные постройки

Отдельно стоящие здания на загородном участке требуют к себе не меньше внимания, чем жилой дом. При возведении небольших и легких построек тоже важна глубина заложения ленточного фундамента. Для бани его можно сделать на глубину от 50 до 70 сантиметров. Этого вполне достаточно, чтобы выдержать вес деревянной постройки.

Для надежной эксплуатации подсобных помещений принимают во внимание не только вес конструкции. Учитывают и все остальные показатели, влияющие на расчет глубины заложения ленточного фундамента.

Аналогичные расчеты для обустройства фундамента рекомендуется провести и для других хозяйственных сооружений: сарая, мастерской, гаража, курятника или хлева для содержания животных.

Факторы, влияющие на глубину заложения ленточных фундаментов

Наверное, стоит начать с того, что сами ленточные фундаменты делятся на три основных типа:

1. Незаглубленные
2. Мелкозаглубленные
3. Заглубленные

Каждый из этих типов закладывается на определенную глубину, которая зависит от нескольких основных факторов:

• Глубина промерзания грунта
• Тип грунта
• Уровень грунтовых вод

Стоит отметить, что глубина заложения ленточного фундамента — это расстояние от поверхности грунта до подошвы фундамента, а не та глубина, на которую копается траншея. В траншее, помимо фундамента может присутствовать подушка.

Теперь давайте разберемся, как эти факторы влияют на каждый тип ленточного фундамента в отдельности.

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.

Опускные и кессонные глубинные колодцы

Схема глубоко заложенного основания здания

По технологии строительства свайные основания подразделяются на виды, одними из которых являются опускные колодцы, они еще называются массивными.

Такой фундамент состоит из колец, которые заглубляются в грунт под силой собственной тяжести. Постепенно грунт в кольцах выбирают и наращивают сверху еще кольца. После того как вся конструкция будет опущена на расчетную отметку, полость бетонируют.

Если полость не будет заполняться бетоном, а будет использоваться в качестве резервуара или подвального помещения, то такую конструкцию называют «колодец-оболочка». Данные опоры могут быть выполнены не только в виде круглых колец, профиль погружаемой секции может иметь любую конфигурацию.

При устройстве такого фундамента важно правильно произвести расчет стенок конструкции, чтобы они выдержали вес бетонной смеси и не лопнули под ее давлением. Чтобы не делать стенки слишком толстыми, можно использовать сборную конструкцию из нескольких секций.

Особенности расчета параметров колодца опоры происходит в несколько этапов:

Еще одним видом свайных оснований являются кессонные колодцы. Работы по кессонному типу фундаментов одни из сложных и дорогостоящих. Поэтому его применяют только в случае крайней необходимости, к примеру, если нужно возвести массивное здание на рыхлом основании, а перенести его в другое место застраиваемого участка нет возможности. Также подобный метод применяют при высоком уровне расположения грунтовых вод.

Способ производства работ похож на погружение колодца с тем различием, что рабочая зона погружаемого фундамента накрыта кессонной прокладкой, через которую проходит шахта. Воздух поступает в рабочую область по шахте через верхний шлюз, давая рабочим необходимое количество кислорода. Максимальная глубина такого фундамента ограничивается 40 метрами, так как на большей глубине рабочие уже не смогут работать без специальных средств защиты. Строители в рабочей камере производят работу по удалению грунта небольшими группами, смена происходит каждые 3—6 часов.

Методика математического расчета глубины фундамента

Как известно, глубина заложения фундамента зависит от глубины промерзания грунта и уровня грунтовых вод. Причем первый показатель можно определить на основе математических расчетов, а второй – измерить визуально, заглянув в ближайший колодец.

Впрочем, уровень грунтовых вод влияет скорее на степень гидрозащиты строения, чем на глубину залегания основания. Ну а в особо сложных случаях влияние уровня грунтовых вод можно скорректировать за счет увеличения ширины основания. Например, на топких болотах строения возводят на монолитной плите. Поэтому в качестве основного критерия, определяющего уровень погружения фундамента в грунт, используют глубину промерзания грунта.

Для математического расчета глубины промерзания используют следующую формулу:

Где D1 – это вычисляемая нами глубина промерзания, а D0 – это коэффициент, определяемый типом почвы (он изменяется в пределах от 0,23 до 0,34). Под М понимают среднемесячную температуру в вашей климатической зоне, вычисляемую по температурным наблюдениям, проводимым в зимнее время, в течение трех-четырех лет.

В итоге, глубина промерзания песчаного грунта, расположенного в климатической зоне со среднемесячной температурой в – 20 градусов по Цельсию, вычисляется следующим образом:

Ну а минимальная глубина заложения фундамента в таких условиях будет равна D1+300 мм или 1,55 метра.

Максимальная глубина залегания фундамента определяется по высоте стен в помещениях, расположенных в цокольной (или подземной) части дома. Если такого помещения нет, то фундамент можно строить и с минимальной глубины залегания.

Последствия ошибки при определении глубины фундамента

При определении глубины залегания фундамента очень важно не отмахнуться от результатов вычислений или геологических изысканий. Причем, в данном случае, следует принять во внимание не только минимальный уровень заглубления, но и прислушаться к рекомендациям относительно максимальной глубины залегания фундамента в грунте.

Проигнорировав минимальную глубину погружения фундамента в грунт можно столкнуться со всеми прелестями сезонной деформации пучения почвы, которая может вытолкнуть часть основания из грунта. В итоге, монолитный каркас, необходимый для поддержания стабильности конструкции дома, превратится в неустойчивую площадку. И стены строения просто растрескаются.

Не вняв советам по поводу максимальной глубины погружения, можно столкнуться с нестойкими слоями грунта, которые попросту не вынесут веса строения. В этом случае дом буквально провалится под землю.

Впрочем, на максимальный предел заглубления следует обращать внимание только владельцам многоэтажных строений с габаритным подвалом или полноценным подземным этажом. Легкая, одноэтажная застройка ориентируется скорее на минимальное погружение.

Поэтому, просчитывая глубину фундамента, необходимо помнить еще и о весе самого строения и соизмерять этот показатель с массой будущего основания. Только в таком случае можно избежать ошибок при определении глубины фундамента. Причем правильное определение уровня заложения основания позволит сократить расходы на обустройство фундамента в два-три раза, тем самым, уменьшив общую смету на 20-30 процентов.

Расчёт ширины опорной части фундамента

Так как грунт сильнопучинистый, без устройства уплотнённой песчаной противопучинной подушки не обойтись. Необходимо определить расчётное сопротивление (R) песчаной подушки.

Для этого воспользуемся данными таблицы 5 (Приложение З, СНиП — 83*, Основания зданий и сооружений}.

Согласно им при степени влажности грунта Sr ≥ 0,8 Ro = 2,0 кгс/см2 (с запасом надёжности).

Значение Ro относится к фундаментам с шириной опорной части bо = 1,0 м и глубиной их заложения do = 2,0 м. Для определения расчётного сопротивления грунта на глубине заложения фундаментов 0,5 м воспользуемся формулой (1) того же Приложения СНиПа:

R = Ro (1+k(b-bo)/bo) x (dф+do)/2do     (1),

В формулу входит ширина подошвы фундамента, которая пока не известна. Поэтому расчёт произведём при предварительной величине b = 0,5 м. Коэффициент к для песков равен 0,125. Подставляем значения и получаем:

R=2,0 x (1+0,125 х (0,5-1,0) / 1,0) x (0,5+2) / 2х2=1,17 кгс / см2.

Необходимую ширину опорной части ленточного фундамента найдём из выражения:

b = Qд / R = 2,5/11,7 = 0,21 м.

Так как ширина цоколя равна 0,3 м, ширина опорной части фундамента не может быть меньше. Принимаем b = 0,3 м.

Уточняем расчётное сопротивление песчаной подушки при b = 0,3 м:

R = 2,0 x (1 +0,125 х (0,3-1,0) / 1,0) х 2,5 / 4=1,14 кгс / см2.

Уточняем величину b:

b = 2,5 / 11,4 = 0,22м

Оставляем величину b = 0,3 м.

Пучинистый грунт под песчаной подушкой весной при оттаивании какое-то время находится в распученном состоянии с физико-механическими характеристиками, ухудшенными по сравнению с теми, которые были получены при выполнении инженерно-геологических изысканий. Осадки рассчитываемого фундамента останутся в пределах допустимых величин, если давление на распученный грунт не будет превышать его расчётного сопротивления. Поэтому необходимо определить расчётное сопротивление распученного грунта.

Так как толщина противопучинной подушки на этой стадии расчётов пока не известна, расчётное сопротивление распученного грунта в запас надёжности определяем в уровне подошвы фундамента — 0,5 м.

Коэффициент пористости грунта в распученном состоянии определяем по формуле:

ер = е+f(1+е)(1- dф / df )      (2).

Подставляем значения и получаем:

ер = 0,7 + 0,12(1 +0,7)(1 — 0,5/1,6) = 0,84.

Расчётное значение Ro для распученного суглинка определяем по таблице 3 того же Приложения СНиПа (при е = 0,84 и JL= 1,0}. По интерполяции получаем: Ro= 1,5 кгс/см2.

Так как полученное сопротивление относится к ширине опорной части 1,0 м и заглублению 2,0 м, то пересчитываем по формуле (1) для b = 0,3 м и dф = 0,5 м. Коэффициент k для суглинков равен 0,05.

R = 1,5х[1 + 0,05х(0,3 -1,0)/1,0]х2,5/4 = 0,9 кгс/см2.

Из этого следует, что расчётное сопротивление распученного суглинка меньше расчётного сопротивления песчаной подушки. Поэтому ширину ленточного фундамента определяем по расчётному сопротивлению распученного суглинка.

Получаем:

b=2,5/9,0 = 0,28м.

Оставляем ширину подошвы фундамента без изменения — 0,3 м.

Определение глубины заложения фундамента

Общая оценка грунтовых условий площадки строительства.

По инженерно-геологическому разрезу площадка имеет спокойный рельеф с абсолютными отметками 140,25-141,5 м. Грунты имеют слоистое напластование с согласным залеганием пластов. Все они могут служить естественным основанием для фундаментов зданий.

Для рассматриваемого промышленного здания при устройстве фундаментов мелкого заложения несущим слоем может быть песок мелкий средней плотности, малой степени водонасыщения (слой 1).

При использовании свайных фундаментов в качестве несущего слоя рекомендуется использовать глину, пылеватую, полутвердую (слой 5). В этом случае свая будет работать по схеме свая висячая.

При инженерно-геологических изысканиях были обнаружены подземные воды. Они залегают на отметках 135,8 – 137,0 м (глубина залегания 4,5 – 4,8 м от поверхности) и не будут существенно влиять на устройство оснований и фундаментов здания.

Таблица 1

Основные сочетание нагрузок действующие на фундаменты здания

Проектирование фундамента мелкого заложения.

Расчет и конструирование фундамента мелкого заложения под колонну крайнего ряда.

Определение глубины заложения фундамента

Глубина заложения фундаментов d должна назначаться в зависимости от конструктивных решений подземной части здания (наличия подвалов, технического подполья, подземных коммуникаций и др.), инженерно-геологических условий строительной площадки, величины и характера нагрузок на основание, а также возможного пучения грунтов при промерзании и других факторов. Глубина заложения d исчисляется от поверхности планировки основания, а в некоторых случаях (для зданий с подвалом) от поверхности пола подвала или подполья.

В пучинистых грунтах для наружных и внутренних стен глубина заложения d обычно назначается не менее расчетной глубины промерзания df. К пучинистым грунтам относятся мелкие и пылеватые пески, супеси независимо от показателя текучести, а также суглинки и глины с показателем текучести Il≥0,25.

К непучинистым грунтам относятся крупнообломочные грунты с заполнителем (песок, гравий и д.р.) до 10%, пески гравелистые, крупные и средней крупности; пески мелкие и пылеватые при Sr≤0,6, а также пески мелкие и пылеватые, содержащие менее 15% по массе частиц мельче 0,05 мм. Глубина заложения фундаментов в таких грунтах не зависит от глубины промерзания в любых условиях. Минимальная глубина заложения d при этом приминается обычно не менее 0,5 м от спланированной поверхности.

Грунт, ИГЭ1-песок мелкий, средней плотности, малой степени водонасыщения, площадки строительства относится к непучинистым при промерзании, т.к. Sr = 0,43 < 0,6. Руководствуясь картой, приведенной на рис. [3], определяем нормативную глубину сезонного промерзания dfn для г. Иркутск dfn = 2,2 м, тогда расчетная глубина промерзания составит (рис. 2).

где kh = 0,7 – коэффициент, учитывающий влияние теплового режима здания, принимаемый по [2, табл. 1].

Рис. 2. Схема к назначению глубины заложения подошвы фундамента:

DL – отметка планировки; FL – отметка заложения фундамента; 1 – насыпной грунт; 2 – расчетная глубина промерзания грунта; 3 – песок мелкий.

Принимаем глубину заложения фундамента d = 1,8 м по конструктивным требованиям; высота фундамента должна быть кратной 0,3 м [3].

Расчет площади подошвы фундамента

Площадь подошвы отвечает за равномерное распределение массы всего сооружения вместе с основанием на грунт. Поэтому далеко не всегда она будет отвечать ширине ленты, в большинстве случаев она больше. Более того, подошва также отвечает за такие функции:

1. Равномерное распределение массы здания.
2. Препятствует локальному пучению грунта из-за сейсмических толчков или воздействия глубинных грунтовых пластов.
3. Укрепляет своей массой слабые почвы и прижимает их к прочным грунтам.
4. Обеспечивает равномерность устройства самого здания по горизонтальной плоскости.

Рассчитывается площадь подошвы по формуле:

• k(n) – коэффициент надежности, принимается за 1,2. Этот коэффициент означает, что уже изначально площадь подошвы будет больше расчетной на 20%;
• F – Расчетная нагрузка на основание. Она состоит из: массы здания, нагрузок от грунта, массы фундамента;
• k(c) – коэффициент условий работы, принимающий значение от 1 для глины и сооружений жесткой конструкции, имеющей каменные стены, до 1,4 для крупного песка и не жестких конструкций;
• R – расчетное сопротивление грунта (это табличные данные). Найти их можно в справочниках для всех типов грунтов.

Фактически все параметры справочные, поэтому останется только рассчитать нагрузку от самого здания.

Чего не стоит забывать…

1. При случайном переборе глубины нельзя досыпать обратно выбранный грунт, что может привести к неравномерной усадке.
2. В местах перебора глубины яму можно заложить до нужного уровня кирпичом или залить бетоном.
3. Перед заложением фундамента грунт в яме выбирается до нужной отметки.
4. Глубина заложения под тепловой режим при нерегулярной эксплуатации дома может привести к деформациям.
5. Пространство между забиркой и ростверком заполняется неполностью, чтобы остались продухи.
6. Столбчатый фундамент на рыхлом грунте можно укладывать на бетонные плиты.

НаверхОптимальный фундамент для каркасного дома Фундамент для дома из газобетона: надежность и простота укладки Может ли глубина заложения фундамента улучшить эксплуатационные качества дома? Правильная кладка кирпича на фундамент Фундаменты на разных грунтах Ремонт и замена фундамента старого деревянного дома

Глубина заложения фундамента СНИП

Требования и правила по определению глубины заложения железобетонных фундаментов приведены в нормативном справочнике СНиП № 20201-83 “Фундаменты зданий и сооружений”.

В пункте данного документа приведены формулы и таблицы, с помощью которых на практике можно рассчитать глубину заложения ЖБ фундаментов. Для этого потребуются такие исходные данные:

Тип почвы;Ежемесячная и среднегодовая температура в регионе;Технический проект постройки;Глубина размещения грунтовых вод.

Факторы, влияющие на глубину заложения

Глубина заложения зависит от типа почвы, массы строения Чтобы определить, какой глубины должен быть фундамент, необходимо изучить условия эксплуатации будущего строения. Расчет технических характеристик основания производится после того, как:

• проведены работы по исследованию грунта на участке застройки;
• изучен ландшафт или расчищено строительное пятно;
• составлен план здания с определением площади, веса стен и перекрытий.

На этапе изучения и сбора данных о месте расположения будущего здания и качестве грунта следует обязательно определить следующие параметры:

• среднегодовое количество осадков;
• уровень пролегания подземных вод;
• глубину промерзания грунта;
• высотные перепады рельефа участка.

Учитывая проектные особенности дома, его массу, наличие или отсутствие подземного или цокольного этажа, выбирают тип основания и рассчитывают, на какую глубину копать фундамент под дом.

В зависимости от климатических условий размер траншеи будет отличаться.

Чем холоднее, тем серьезнее нужно подойти к вопросу монтажа фундамента.

Глубина залегания фундамента всегда больше величины уровня промерзания грунта: в южных широтах достаточно глубины в 60 см, в северных областях придется заглубляться минимум на 1,5 м.

Взаимосвязь между глубиной заложения ленточного фундамента и УГВ

При определении глубины установки фундамента обязательно учитывают уровень грунтовых вод. Все особенности детально прописаны в санитарных нормах и правилах. Уровень подземных вод обязательно сопоставляются с промерзанием грунта. Именно от этих показателей зависит прочность фундамента.

Особенности укладки фундамента в зависимости от УГВ:

1. При расположении подземных вод ниже уровня промерзания, то расчет проводят по стандартной схеме, учитывая только нагрузку на землю;
2. Для мягкой почвы фундамент нужно закладывать ниже уровня подземных вод, дополнительно оборудовав дренажную систему;
3. При высоком залегании почвенных вод нельзя использовать ленточный фундамент;
4. На болотистой почве разрешено сделать основание только на сваях, которые заглубляются ниже уровня промерзания.

Если воды проходят высоко и при оборудованной дренажной системе, грунт будет оседать. Это особенно актуально для песчаной земли.

Таблица средних значений

Средняя несущая способность грунтов — это основной показатель расчетов. После выемки образцов породы из скважин проводится определение их вида для дальнейшей работы.

Классификация грунтов приведена в таблицах СНИП 1–3 ГОСТ После определения типа грунта в каждом из залегающих слоев необходимо определить предельное сопротивление грунта сжатию.

Подробная информация содержится в ГОСТ «Грунты. Классификация», таблица Б.1.

Рис. 2 Сопротивление сжатию

Основа расчета — расчетное сопротивление осевому сжатию. С подробным методом расчета с учетом всех нюансов можно ознакомиться в СП «Основания зданий и сооружений». Здесь же можно найти значение всех коэффициентов, необходимых для максимально точного расчета.

В окончании

Многие, из обывателей собираясь строить дом, боятся браться за заливку самостоятельно, так как не знают технологии.

Вариант конструкции глубокозаглубленного фундамента

Но если строго придерживаться данной инструкции, описанной выше, то можно обустроить основание для своего здания своими руками. В данном случае вы сможете сэкономить на вызове профессиональных рабочих строителей, услуги которых стоят не дешево. Обустройство основания под дом является самым важным этапом в строительстве, так что если у вас возникают сомнения, что вы сможете сделать это качественно, то лучше вызвать профессионалов.