Статьи

Виды мелкозаглубленного ленточного фундамента (мелкого заложения)

В зависимости от вида МЗЛФ будет отличатся технология его
устройства. Поэтому, следует коротко ознакомится с главными из них:

Ленточный блочный мелкозаглубленный фундамент

Блоки покупаются в готовом виде, или изготавливаются
отдельно, а на стройплощадке только собираются. В качестве крепежного материала
используется раствор цемента.

Ленточный блочный мелкозаглубленный фундамент — схема

Каждый из них имеет свои достоинства и недостатки. Но, в
целом, срок эксплуатации второго в три раза меньше, нежели первого. Поэтому, в
этой статье мы остановимся подробно на таком виде, как монолитный МЗЛФ.

Что следует учесть при устройстве фундамента мелкого заглубления

Устраиваются мелкозаглубленные фундаменты на пучинистых
грунтах

Запрещена заливка МЗЛФ на биогенных органических грунтах,
например, торфяных, сапропельных (отложения пресноводных водоемов), а также на
глине. На фото видно, что уже их внешний вид не сулит ничего хорошего.

Тип грунта

Уровень подземных вод

Чем ближе вода находится к поверхности земли, тем более неустойчивым будет МЗЛФ

Мелкозаглубленный ленточный фундамент — таблица уровень подземных вод

• Нагрузка на фундамент
• Перепад высоты

Если рельеф местности характеризуется значительным перепадом
высоты (дом на склоне), то устройство мелкозаглубленного ленточного фундамента
на нем достаточно проблематично. В таком случае обустраивается обычный
ленточный фундамент или выравнивается значительная площадь под МЗЛФ. С точки
зрения затрат времени и денежных средства – оба варианта равноценны.

Глубина заложения

Она представляет собой высоту от нижней точки фундамента,
так называемой подошвы – до нулевой отметки (поверхности земли).

Климат (глубина промерзания почвы)

Достаточно распространено среди строителей закладка
мелкозаглубленного ленточного фундамента на высоте, которая рассчитывается по
формуле – глубина промерзания минус 20%. Так можно быть уверенным, что
фундамент будет подниматься вместе со строением.

Минимальная глубина мелкозаглубленного ленточного фундамента
регламентируется СНиП II-Б.1-62.

Глубина мелкозаглубленного ленточного фундамента СНиП — таблица

Глубина промерзания грунта для некоторых городов России
приведена в таблице.

Глубина промерзания грунта для городов России — таблица

Также можно воспользоваться калькулятором расчета глубины
промерзания грунта.

Методика расчета деформаций

Расчет проводят по двум условиям:

• расчетная величина деформации пучения не превышает допустимой предельной деформации;
• относительная деформация грунта с учетом нагрузки не превышает предельной относительной для конкретного типа строения.

Предельные деформации для конкретного типа строения определяют по таблице 2.

Таблица 2 – Допустимые деформации

Чтобы определить указанные величины деформаций для конкретного строения, нужно произвести ряд сложных расчетов.

Деформацию пучения вычисляют по формуле

Формула для расчета деформации пучения

В этой формуле N – удельное давление всего строения на грунт, оно вычисляется по отдельной методике и выражается в тоннах на 1 м2.

Коэффициент b зависит от соотношения толщины подсыпки к ширине основания, он определяется по таблице 3.

Таблица 3 – Определение коэффициента

Величина P_r – на подошву от пучинистого грунта, для ленточного фундамента оно вычисляется по формуле:

Величина Pr – на подошву от пучинистого грунта

Показатель b – ширина ленты фундамента, а s_s – сопротивление промерзшего грунта, его можно найти в СНиП 2.02.01-83.

Мощность слоя грунта, подверженного вспучиванию под фундаментом d_z определяется как d_z = d_f – d – h_п, где d_f – средняя глубина промерзания, определенная по таблице 4, а величины d и h_П – высота фундамента и толщина подсыпки, в метрах.

Таблица 4 – Средняя глубина промерзания грунта по регионам

Средняя глубина промерзания грунта по регионам

После расчета мощности слоя грунта d_z определяют по графикам коэффициент условий работы промерзающего грунта k_a определяемый по графикам в зависимости от величины d_z и значения площади подошвы фундамента A_f на единицу его длины.

График – коэффициент условий работы промерзающего грунта k

Деформацию пучения ненагруженного основания h_fi находят по формуле из таблицы 5, соответствующей типу выбранного фундамента и его геометрическим размерам: глубины заложения фундамента d и толщины подушки h_п.

Таблица 5 – Расчетные формулы для различных типов грунтов

Расчетные формулы для различных типов грунтов

1. 1. Определяем мощность промерзающего слоя пучинистого грунта  d_z = d_f – d – h_п. Расчетная глубина промерзания d_f для Москвы по таблице 4 равна 1,4 м. d_z = 1,4-0,7-0,5=0,2 м.
   2. Определяем удельную площадь фундамента на метр его длины, при ширине фундамента 0,4 м площадь равна 0,4 м2.
   3. По рисунку определяем коэффициент k_a, он равен 0,56.
   4. Находим по СНиП 2.02.01-83 показатель σ_s – 64.
   5. Определяем по  формуле  т/м2.
   6. Находим по формуле м
   7. Находим коэффициент b по таблице 3 для фундамента ленточного типа: для выбранного соотношения толщины подсыпки к ширине основания 0,5/0,4=1,25 он равен фундамента 0,88.
   8. Нагрузка здания, согласно расчетам, равна 23 т/м2.
   9. Определяем м = 0,1 см.

   Допустимая деформация пучения по таблице 2 равна 2,5 см. Условие выполняется.

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

Относительную деформацию пучения с учетом жесткости рамы строения находят по формуле

Формула – для деформацию пучения с учетом жесткости рамы

Показатель w, находящийся в зависимости от коэффициента гибкости конструкций строения l по ВСН 29-85, определяют по приведенному графику.

Показатель W определяют по графику

Dh_fp– разность деформаций пучения при максимуме и минимуме предзимней влажности грунта.

L – длина стены строения, м.

1. • Определяем по методике ВСН 29-85 значение показателя гибкости конструкций строения l – 0,55.
   • Определяем по графику значение показателя w – 0,03.
   • Определяем разность деформаций пучения по методике ВСН 29-85. Dh_fp = 0,0022 м.
   • Длина стен строения равна 10 и 8 м.
   • Относительная деформация с учетом жесткости рамы для длинной стены   м.
   • Для короткой стены  м
   • Допустимое значение по таблице 2 – 0,0005 м. Условие выполняется.

Если в результате расчета окажется, что условия не выполняются, необходимо увеличить расчетную толщину подушки или площадь фундамента, изменив ширину основания.

Роль пучинистых свойств грунта

При проектировании МЗФ имеют значение также пучинистые свойства грунта. Мелкозаглубленный фундамент может подвергаться разным нагрузкам, поэтому при его закладке имеет значение будущее механическое воздействие на основание, а также параметры грунта.

Большое значение при закладке МЗФ является продуманная защита от сезонных деформаций. Поэтому конструкции делают жесткими – армированными, без экономии на строительных материалах. Марки цементного раствора на пучинистых почвах должны быть самыми высокими. Смесь рассчитывают в правильных пропорциях.

Заранее делают пробы грунта и обязательно определяются с типом будущего МЗФ – выбором столбчатого, ленточного или плитного основания. Для этого используют табличные сведения о грунтах (вид, характеристики, рекомендуемый МЗФ при залегании почвенных вод больше или меньше 2 м)

Также обязательно обращают внимание на толщину подошвы, которая должна составлять 150-300 мм, показатели сопротивления грунта и общую нагрузку на фундамент, с учетом всех факторов

Расчет МЗФ по деформациям пучения грунта имеет значение, если в конкретном регионе есть сезонное промерзание. В расчетах обязательно указывается математическая часть, с учетом того, что расчетное значение подъема фундамента при его деформации не должно превышать установленных табличных значений.

Минимизация пучинистых явлений

Для того чтобы деформация не имела влияния на фундамент, или для ее эффективного снижения, применяют гидроизоляционную защиту. Для этого используют специальные строительные материалы.

Если не допускать проникновения влаги в область, расположенную под фундаментом, то пучинистые явления вообще могут быть сведены к нулю. Также строители уплотняют грунт под подошвой, используют песок и гравий, формируя своеобразную защитную подушку.

Оптимальные конструкции МЗФ

Среди всех мелкозаглубленных фундаментов самым приемлемым вариантом среди мелкозаглубленных считаются ленточные основания. Столбчатые монолитные, кирпичные и буронабивные МЗФ используют лишь в некоторых случаях, одновременно выполняя дополнительные измерения фундаментов по выдерживаемым нагрузкам и возможным деформациям, с учетом веса самих строений и установленных хозяйственных построек с небольшим весом.

При этом в процессе обустройства МЗФ не стоит забывать и про плитные фундаменты, которые встречаются гораздо чаще остальных, так как равномерно распределяют нагрузки в пучинистых почвах.

Основные положения

При любых расчетах очень важно соблюдение определенной последовательности:

• Сбор нагрузок на почву и основание.
• Подбор наиболее подходящей расчетной схемы.
• Определение нагрузки строения N.
• Проведение вычислений по прочности и устойчивости (первому предельному состоянию).
• Измерения второго предельного состояния (деформации).

Проведение измерений, связанных с фундаментом мелкого заложения, прежде всего сводится к определению трех основных факторов:

1. Определение прочности рамы основания по периметру.
2. Сила давления почвы при морозном пучении.
3. Величины давления строения на грунт.

Большое внимание в данном случае отводится будущей несущей нагрузке здания, которая состоит из всех типов передаваемых нагрузок:

В данном случае расчеты фундамента мелкого заложения во многом зависят от силы деформации пучения, которую можно узнать из справочников, касающихся конкретного типа грунта.

Чтобы рама по периметру фундамента была прочной, при выполнении строительных работ, в соответствии с измерениями, уделяют большое внимание геометрической форме основания и качеству используемой арматуры (диаметр, длина, состав материала). Для расчета фундамента мелкого заложения нагрузка строений (N) описана в проектной документации инженером

Из других факторов на подсчеты влияют показатели пучения грунта в том регионе, где проходит строительство

Для расчета фундамента мелкого заложения нагрузка строений (N) описана в проектной документации инженером. Из других факторов на подсчеты влияют показатели пучения грунта в том регионе, где проходит строительство.

Морозное пучение – способность накапливать воду при оттаивании/схватывании, с расширением почвы, оказывает влияние на грунт при обустройстве фундамента.

Степень пучения прямо связана с возможностью деформации строений, и указывает на выбор наиболее подходящего фундамента. Пучинистые почвы характерны для местности с суровыми зимами, высоким уровнем влажности, особенным ландшафтом и близким расположением грунтовых вод.

Существует 5 основных групп пучинистых почв, посмотреть которые можно в инженерных таблицах. Для формирования мелкозаглубленного фундамента сначала рассчитывают площадь нижней его части Af. В таблицах с заданным типом почвы находят такие показатели, как ширина и высота фундамента. В дополнительной строке всегда указывается толщина подсыпки.

Группы предельных состояний

Предельными состояниями грунтов и фундаментов называют их реальные показатели несущей способности и деформации. Большое значение при этом уделяется именно деформации. Ее анализ имеет значение при различных технологиях работ нулевого цикла, при изучении массива почвы.

Первая группа предельных состояний для основания – это:

• Потеря устойчивости почвы, ее сползание и перемещение.
• Деформация при прогрессирующем сползании грунтов.
• Разрушение почвы.
• Наличие резонансных колебаний.
• Возможность полного разрушения фундамента, в том числе ЖБ.

Вторая группа предельных состояний по деформациям касается подсчетов перемещений, нормальной долговечности, длительной эксплуатации, предотвращения воздействия осадков, появлений кренов, смещений конструкций и их крепежных соединений. Здесь подсчеты оснований на деформации проверяют сначала методом прогнозирования, а затем подключают и дополнительные расчеты.

Проектирование начинают с назначения глубины заложения основания, соответствия ей габаритов будущей подошвы, воздействия механических нагрузок и осадков на отдельные элементы

Большое внимание уделяется также усадке фундамента, а затем и строения в будущем. Во внимание берут предельные показатели, указанные в нормативах

Большое внимание уделяется кренам строений, которые возникают из-за:

1. неправильных внецентренных нагрузок;
2. залегания нескладных между собой почвенных пластов;
3. влияния дополнительных нагрузок от расположенных рядом строений с их фундаментами.

Определяются крены по формулам, в которых коэффициенты поперечных деформаций, форма фундамента и направление момента и техническая характеристика слоев грунтов.

Подсчет по первой группе – по несущей способности

Проведение нужных измерений проводится в соответствии с требованиями СНиПа 2.02.01-8 (п/п. 2.57-2.66), а примеры расчетов указаны в приложении

Здесь большое внимание уделяется несущему слою. Во внимание берутся такие факторы, как:

• метод выполнения работ по рытью котлованов и по построению фундамента;
• инженерно-геологические и гидрогеологические условия площадки строительства;
• климатические особенности региона (имеет значение промерзание, таяние, просыхание и увлажнение).

Фундамент рассчитывают с подбора несущего слоя грунтов основания. Для основания мелкого заложения – с глубины заложения подошвы фундамента. Если она меньше, то цена работ, связанных с обустройством основания, будет намного ниже. Исключение касается только скальных пород. При работе сними всегда снимается верхний слой.

Расчет оснований по несущей способности удовлетворяет условию N1≤, и соответствует формуле:

N1 всегда показывает нагрузку на фундамент

Важной целью расчета I группы предельных состояний считают совершенствование несущей способности подошвы фундамента Nu

При измерениях используют критерии Кулона – Мора: τ=σtgφ+ с, с учетом угла внутреннего трения и удельного сцепления, которые указывают на стабильное и нестабильное состояние почв, способных уменьшать или увеличивать прочность МЗФ, а также расчетное сопротивление основания – R0, Rу, R.

Подсчет по второй группе – деформациям

При проверке мелкозаглубленных фундаментов на возможную деформацию, придерживаются условия:

В инженерных расчетах уделяется внимание почвам, в которых формируется МЗФ: p≤R, коэффициенты удельного веса грунта γ, II и сцепление с ним – сII, глубина заложения подошвы – d1, а также инженерно-геологические коэффициенты – γc1, γc, и принимаемые от углов с внутренним трением – Мq, Мс, Мγ. Основная формула измерений по второй группе – деформациям мелкозаглубленных фундаментов выглядит так:

Основная формула измерений по второй группе – деформациям мелкозаглубленных фундаментов выглядит так:

Разнообразие грунтов позволяет использовать различные методы измерений МЗФ, которые учитывают соблюдение принципов механики деформируемых сред около оснований и характеризует их особенности при воздействии различных факторов. Поэтому здесь имеет значение определение физико-механических параметров, действующих в определенный период, которые есть в инженерных таблицах СНиПа 2.02.01-83.

При проведении расчетов по второй группе – деформациям МЗФ ударное или вибрационное воздействие в нагрузках во внимание не берется

Расчет фундамента по прочности основания (1 предельное состояние)

В общем случае на фундамент действуют кроме вертикальных сил, горизонтальные силы и моменты, поэтому расчет фундамента выполняется как внецентренно сжатая конструкция.

При расчете внецентренно нагруженного фундамента необходимо выполнить условие, чтобы наибольшее напряжение под его подошвой не превышало расчетного сопротивления грунта основания сжатию.

При расчете прочности все усилия приводятся к уровню подошвы фундамента.

Основное допущение расчета:

при определении напружений в основании и деформаций исходят из линейного закона распределения напряжений.

Расчетная схема фундамента показана на рис.1.

Рис.1- Расчетная схема фундамента

Основная расчетная формула по п.7.8 «СНиП 2.05.03-84. Мосты и трубы»

где Р, Р_max – среднее и максимальное давление подошвы фундамента на основание_;

R – расчетное сопротивление основания ( см. приложение 24 «СНиП 2.05.03-84. Мосты и трубы» для грунтовых оснований и для скальных оснований R=R/γ_g ; γ_g =1,4);

(

(

Из сопротивления материалов для внецентренно сжатого стержня

где N – равнодействующая вертикальных сил в уровне подошвы фундамента;

M – момент всех сил относительно горизонтальной оси, которая проходит через центр тяжести подошвы фундамента.

При расчете необходимо все нагрузки привести к уровню подошвы фундамента. В расчете прочности все нагрузки расчетные; γ_f >1.

При расчете промежуточных опор моста проверяются напряжения на расчетные нагрузки вдоль и поперек оси моста, поэтому формула (4) имеет вид :

где А – площадь подошвы фундамента;

W — момент сопротивления площади подошвы фундамента относительно наиболее нагруженной грани

Вдоль оси моста – М_x, поперек оси моста – М_y. Продольная ось моста – y, поперечная (ось опоры) – x.

При расчете может случиться, что наименьшее давление Р_min — отрицательное число. Но так как растягивающие напряжения между грунтом и подошвой фундамента возникнуть не могут, а происходит отрыв подошвы фундамента от грунта, таким образом передача сжимаемого давления будет происходить не по полной подошве фундамента, а по ее части. При расчете фундамента мостовых опор такое положение не допускается, то есть формулами (1) и (2) можно пользоваться при условии, что Р_min – положительное число, то есть

Формулами (1), (2), (4) можно пользоваться для определении размеров подошвы фундамента. Пидбор размеров подошвы фундамента производится методом последовательных приближений.

Минимальные напряжения Р_min техническими условиями непосредственно не ограничиваются. Но при значительной неравномерности напряжений возможен крен фундамента. Поэтому ограничение напряжений Р_min имеет отношение к вопросу деформаций.

Источник

Морозное пучение и выбор типа мелкозаглубленного фундамента

Понятие «пучинистые грунты» многих ставит в тупик. Попробуем разобраться, что это такое. Различные грунты обладают разной способностью накапливать влагу. Крупнозернистый песок, скальные породы не задерживают воду, а глины, наоборот, связывают ее, становятся пластичными и долго остаются влажными. Вода при замерзании расширяется, при этом грунт, содержащий много влаги, увеличивается в размерах. Это явление получило название «морозное пучение».

В зависимости от состава и размера частиц грунты можно разделить на 5 групп – они приведены в таблице 1.

Разновидности грунта (Типы грунтов)

В зависимости от группы грунта выбирают конструкцию мелкозаглубленного фундамента по рисунку и определяют его габаритные размеры, глубину заложения и высоту подсыпки. Вычисляют площадь нижнего основания фундамента A_f.

По данным таблицы и рисунку выбираем группу фундаментов, соответствующую типу грунта III «тяжелые суглинки». Это фундамент, не заглубленный в грунт, на песчано-гравийной подсыпке. Ширина фундамента – 0,4 м; высота – 0,7 м; толщина подсыпки – 0,5 м.

Заключение

Чтобы не ошибиться с проведением расчетов при формировании построек с мелкозаглубленным фундаментом, желательно заранее, очень внимательно изучить материалы из инженерно-геологических и геодезических источников, в том числе, архивные.

При проведении подсчетов нужно использовать показатели инженерных таблиц, в которых отражена чувствительность грунта к неравномерным осадкам, описаны его характеристики, по которым вычисляется нагрузка на фундамент по несущим слоям.

При измерениях имеют значение будущие несущие нагрузки строения, указанные в проектных документах. Рассматривать одновременно рекомендуется несколько вариантов фундаментов. Для них имеют значение показатели прочности и деформации. После сравнения экономически выгодного варианта выбирают самый бюджетный.