ТехЛиб СПБ УВТ

Выдержка из Руководства по проектированию оснований зданий и сооружений, составленное в развитие главы СНиП II-15-74 «Основания зданий и сооружений» и приводит рекомендации, детализирующие эти нормы проектирования по вопросам номенклатуры грунтов и методов определения расчетных значений их характеристик; принципов проектирования оснований и прогнозирования изменения уровня грунтовых вод; вопросов глубины заложения фундаментов; методов расчета оснований по деформациям и по несущей способности; особенностей проектирования оснований зданий и сооружений, возводимых на региональных видах грунтов, а также расположенных в сейсмических районах и на подрабатываемых территориях.

Руководство предназначено для использования в проектных и изыскательских организациях, обслуживающих строительство промышленных, жилых и общественных зданий и сооружений.

РАСЧЕТ УСТОЙЧИВОСТИ ФУНДАМЕНТОВ ПРИ ДЕЙСТВИИ СИЛ МОРОЗНОГО ПУЧЕНИЯ ГРУНТОВ ОСНОВАНИЯ

3.317 (3.82). Расчет устойчивости фундаментов при действии сил морозного пучения грунтов основания должен выполняться в соответствии с указаниями приложения 6 «Проверка устойчивости фундаментов при действии сил морозного пучения грунтов оснований» (пп. 3.318-3.331 Рук.).

3.318 (1 прил. 6). Расчет устойчивости положения фундаментов при действии сил морозного пучения грунтов основания должен производиться в случаях, когда грунты, соприкасающиеся с боковой поверхностью фундаментов или расположенные под их подошвой, являются пучинистыми и возможно их промерзание.

3.319 (2 прил. 6). К пучинистым грунтам следует относить пески мелкие и пылеватые, а также глинистые грунты и крупнообломочные с глинистым заполнителем, если уровень грунтовых вод расположен на глубине, незначительно превышающей расчетную глубину промерзания этих грунтов [п. 4 настоящего приложения (п. 3.321 Рук.)].

Примечание.

Пески гравелистые, крупные и средней крупности, крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем и скальные грунты при любом положении уровня грунтовых вод относятся к непучинистым грунтам.

3.320 (3 прил. 6). При проверке действия сил морозного пучения на положение фундаментов следует учитывать, что:

а) чем ближе уровень грунтовых вод к глубине промерзания, тем большей степенью пучинистости обладают грунты и поэтому большей величиной сил пучения;

б) поскольку расчетная глубина промерзания по пп. 3.32 — 3.34 и 3.39 настоящей главы (пп. 3.144-3.147 и 3.155 Рук.) зависит от теплового режима и конструктивных особенностей возводимых зданий и сооружений, то один и тот же грунт у фундаментов различных зданий может обладать неодинаковой степенью пучинистости.

3.321 (4 прил. 6). Степень морозной пучинистости грунтов определяется по табл. 1 (табл. 3.39 Рук.) в зависимости от положения уровня грунтовых вод z ниже расчетной глубины промерзания грунта у фундаментов, а для глинистых грунтов и от их консистенции I_L. В случае несовпадения результатов определения по обоим показателям степень пучинистости принимается наибольшей из полученных.

3.322. Классификация степени пучинистости грунтов введена в нормы проектирования оснований для упорядочения выбора мероприятий, уменьшающих возможность появления и величину деформаций вследствие морозного пучения грунтов.

Поскольку пучинистость грунтов зависит от их дисперсности и близости расположения уровня грунтовых вод, то степень пучинистости поставлена в зависимость от обоих факторов. Для глинистых грунтов дан один обобщающий фактор — консистенция грунта.

Примеры определения степени пучинистости

Пример 1. Грунт — супесь с уровнем стояния грунтовых вод 4 м от планировочной отметки. Консистенция в слое промерзания I_L = 0,2. Нормативная глубина промерзания 2,5 м. Здание с полами по грунту, коэффициент m_t = 0,6.

Расчетная глубина промерзания равна

По положению уровня грунтовых вод, расположенного на глубине, более чем на 1,5 м превышающей расчетную глубину промерзания (4-1,5 = 2,5>H = 1,5 м), грунт относится к практически непучинистому, а по консистенции — к слабопучинистому. Таким образом, для расчета устойчивости фундаментов на действие сил морозного выпучивания данный грунт следует считать слабопучинистым.

Пример 2. Грунт — суглинок консистенции I_L = 0,2. Уровень грунтовой воды ниже планировочной отметки на 2,5 м. Нормативная глубина промерзания грунта H^н = 2 м.

Здание — с полами, устроенными по утепленному цокольному перекрытию. Расчетная среднесуточная температура воздуха в помещении +15°С, вследствие чего коэффициент m_t = 0,8. Тогда расчетная глубина промерзания H будет равняться

Таблица 3.39(1 прил. 6)

Степень морозной пучинистости грунтов

Поскольку уровень грунтовой воды ниже расчетной глубины промерзания на величину z, равную

z = 2,5-1,6 = 0,9 м<1 м,

то по этому показателю грунт относится к сильнопучинистому, хотя по консистенции — к слабопучинистому. В данном случае степень пучинистости должна быть принята по положению уровня грунтовых вод, а не по консистенции.

Для тех же самых грунтовых условий при здании с техническим подпольем и среднесуточной температурой воздуха в помещении +15°С коэффициент m_t = 0,5.

Тогда расчетная глубина промерзания грунта равна

и положение уровня грунтовой воды равно

z = 2,5-1 = 1,5 м.

В данном случае тот же самый грунт должен быть отнесен к слабопучинистому как по z, так и по I_L.

3.323 (5 прил. 6). Устойчивость положения фундаментов при действии касательных сил морозного пучения грунтов, прилегающих к их боковой поверхности, должна проверяться по условию

где N^н
— нормативная нагрузка на основание в уровне подошвы фундамента, кгс;

Q^н
— нормативное значение силы, удерживающей фундамент от выпучивания вследствие трения его боковой поверхности о талый грунт, расположенный ниже расчетной глубины промерзания, определяемое по указаниям п. 6 настоящего приложения (п. 3.324 Рук.), кгс;

n₁
— коэффициент перегрузки, принимаемый равным 0,9;

n — коэффициент перегрузки, принимаемый равным 1,1;

τ^н
— нормативное значение удельной касательной силы пучения, принимаемое равным 1; 0,8 и 0,6 кгс/см² соответственно для сильнопучинистых, среднепучинистых и слабопучинистых грунтов;

F — площадь боковой поверхности части фундамента, находящейся в пределах расчетной глубины промерзания грунта, см².

Примечание.

Значение τ^н, отличное от указанного выше, допускается принимать лишь при соответствующем обосновании на основе специальных исследований в полевых условиях.

3.324 (6 прил. 6). Нормативное значение силы, удерживающей фундамент от выпучивания Q^н вследствие трения его боковой поверхности о талый грунт, определяется по формуле:

где f^н_т
— нормативное значение удельного сопротивления сдвигу талого грунта основания по боковой поверхности фундамента, определяемое по результатам опытных исследований; при их отсутствии значение f^н_т допускается принимать для песчаных грунтов равным 0,3 кгс/см² и для глинистых — 0,2 кгс/см²;

F_т
— площадь боковой поверхности фундамента, находящейся ниже слоя, подвергающегося зимнему промерзанию, см².

3.325 (7 прил. 6). Проверка фундамента на действие касательных сил морозного пучения грунтов должна производиться как для законченного здания или сооружения, так и для незавершенного строительством.

Если при этом окажется, что условие (1) настоящего приложения (п. 3.108 Рук.) не обеспечивается, то в проекте должны быть предусмотрены соответствующие мероприятия по устранению или ослаблению действия сил морозного пучения, например: предохранение грунтов от увлажнения и промерзания; применение для засыпки пазух фундаментов непучинистых или менее пучинистых грунтов; нанесение на фундаменты специальных обмазок и покрытий, уменьшающих или исключающих смерзание грунта с боковой поверхностью фундаментов; увеличение глубины заложения фундаментов; придание опорным подушкам и плитам фундаментов роли анкеров с их расположением ниже глубины промерзания и др.

3.326 (8 прил. 6). В случае применения фундаментов анкерного типа сила Q^н, удерживающая фундамент от выпучивания, должна определяться по формуле:

где γ’_ср
— среднее нормативное значение объемного веса грунта, расположенного выше поверхности анкерной части фундамента;

F_a
— площадь верхней поверхности анкерной части фундамента, воспринимающей вес вышерасположенного грунта;

h_a
— заглубление анкерной части фундамента от ее верхней поверхности до отметки планировки.

3.327. Определение сил морозного пучения грунтов, действующих по боковой поверхности фундаментов, имеет большое значение для проектирования оснований и фундаментов малоэтажных и вообще малонагруженных зданий, особенно в случае применения монолитных неступенчатых фундаментов.

Хотя в пп. 3.323 и 3.324 (5 и 6 прил. 6) и даны величины удельных сил пучения и сопротивления сдвигу грунта по боковым поверхностям фундамента, но совершенно очевидно, что при соответствующем обосновании они могут и должны были бы быть уточнены и дифференцированы в зависимости, например, от характера поверхности фундамента, ее наклона, применения смазок и пр.

Пример расчета устойчивости фундамента по условиям морозного пучения грунтов по его боковой поверхности.

Грунт — суглинок, расположенный в зоне сезонного промерзания. Грунт по своей консистенции I_L = 0,35 и положению уровня грунтовых вод относительно расчетной глубины промерзания — среднепучинистый. Расчетная глубина промерзания Н = 2 м. Фундамент столбчатый без ступеней. Сечение 0,8×0,8 м. Глубина заложения 3,5 м. Периметр фундамента U = 4×0,8 = 3,2 м.

Боковая поверхность фундамента в пределах расчетной глубины промерзания F = HU = 2×3,2 = 6,4 м². Боковая поверхность ниже глубины промерзания F_т = (h—Н)U = (3,5-2)3,2 = 4,8 м².

Нагрузка на основание, передаваемая фундаментом по его подошве, N^н = 30 тс. Коэффициенты перегрузки n = 1,1 и n₁ = 0,9. Сопротивление сдвигу глинистого грунта f^н_т = 2 тс/м². Касательная сила пучения глинистого грунта на 1 м² поверхности τ^н = 8 тс/м². Проверка устойчивости положения фундамента выполняется по формуле (3.108) (1 прил. 6).

Удерживающие силы равны

Касательные силы пучения равны

Касательные силы морозного пучения намного превышают удерживающие силы и фундамент будет выпучиваться.

Для того чтобы уменьшить касательные силы морозного пучения, следует уменьшить сечение фундамента в 2 раза, оставив прежним размер его подошвы.

Можно также снизить касательные силы морозного пучения применением термохимических мероприятий, как, например, утепленной отмостки, снижающей расчетную глубину промерзания грунта, или покрытием боковой поверхности фундамента полимерной пленкой, что снижает τ^н в 2 раза.

3.328 (9 прил. 6). Для восприятия фундаментами удерживающей силы Q^н, определяемой по формулам (3.109) или (3.110) [(2) или (3) прил. 6], необходимо обеспечивать надлежащую прочность на растяжение поперечного сечения тела фундаментов и соответствующих соединений отдельных элементов сборных фундаментов.

3.329 (10 прил. 6). При возможности промерзания пучинистых грунтов под подошвой фундамента должна производиться проверка устойчивости фундамента при совместном действии касательных и нормальных сил морозного пучения.

Проверка выполняется по формуле:

где n₁,N^н,n,τ^н,F — обозначения те же, что и в формуле (1) настоящего приложения [(3.108) Рук.];

F_ф
— площадь подошвы фундамента, см²;

h₁
— глубина промерзания грунта, считая от подошвы фундамента, см²;

σ^н
— нормативное значение нормального давления морозного пучения, создаваемое 1 см³ промороженного слоя грунта, определяемое опытным путем, кгс/см³; при отсутствии опытных данных для средне- и слабопучинистых грунтов значение σ^н допускается принимать равным 0,06 кгс/см³, а для сильнопучинистых — 0,1 кгс/см³.

3.330. Для выбора защитных технологических мероприятий, препятствующих аварийному промерзанию грунта под подошвой фундамента, следует на основе формулы (3.111) (4 прил. 6) определять толщину слоя грунта, предельную по условию сохранения устойчивости фундамента.

Проверка должна выполняться для периода строительства до засыпки и уплотнения пазух грунтом и после засыпки, но до отопления здания, а также на период эксплуатации здания.

3.331. Проверочный расчет сил нормального к плоскости подошвы фундамента давления промерзшего слоя пучинистого грунта имеет большое значение при проектировании оснований и фундаментов всех видов зданий и сооружений вне зависимости от их этажности, возводимых на пучинистых грунтах.

Эти расчеты позволят уточнить назначаемые мероприятия по недопущению промерзания грунта под подошвой фундаментов, приводящего к деформациям проектируемых зданий и сооружений.

Рекомендуется в этих расчетах учитывать, что чем слабее глинистый грунт (больше его консистенция), тем при одной и той же нагрузке на фундамент необходимы большие размеры фундамента. Одновременно при более высокой консистенции нормальные силы морозного пучения существенно выше (как удельные на единицу площади подошвы фундамента, так в особенности и суммарные на весь фундамент).

Примеры, проверки устойчивости фундаментов при аварийном промерзании под ними пучинистого грунта

Пример 1. Здание проектируется на ленточных фундаментах глубиной заложения 1,6 м.

В пределах нормативной глубины промерзания залегает суглинок, характеризуемый следующими величинами: e = 0,75 и I_L = 0,20.

Уровень грунтовых вод расположен на глубине 3,5 м. Нормативная глубина промерзания H^н = 1,8 м и расчетная H = 1,5 м.

По консистенции грунта и положению уровня грунтовых вод грунт является слабопучинистым и значения касательных и нормальных сил пучения допускается [по пп. 3.323 и 3.329 (5 и 10 прил. 6)] принимать равными τ^н = 0,6 кгс/см² = 6 тс/м² и σ^н = 0,06 кгс/см³ = 60 тс/м³.

Ширина фундамента назначена исходя из величины нагрузки на него и значения условного расчетного давления на грунты основания R₀ по п. 3.204 (п. 1 прил. 4).

По табл. 3.24 (2 прил. 4) для суглинка, имеющего е = 0,75 и I_L = 0,20, значение R₀ = 24 тс/м².

Нагрузка по подошве фундамента N^н = 23 тс/м. При ширине фундамента b = 1 м давление по его подошве будет равно р = 23 тс/м², что удовлетворяет условию p<R₀.

Площадь подошвы 1 м фундамента F_ф = l м², боковой поверхности (с двух сторон) в пределах расчетной глубины промерзания F = 2×1×1,5 = 3 м².

Проверка на период строительства, когда нагрузка составляет N^н₁ = 12 тс/м и пазухи фундаментов не засыпаны грунтом, показывает, что нарушение устойчивости фундаментов (их подъем) произойдет при промерзании слоя грунта толщиной, превышающей предельную — h₁:

Проверка на период, когда основные работы закончены и выполнена засыпка и уплотнение пазух грунтом, а также на период эксплуатации, показывает, что предельное значение толщины промерзшего слоя грунта под подошвой фундамента в этих случаях составит:

Предельные значения h₁ во всех случаях невелики и потому необходимы надежные теплозащитные мероприятия.

Пример 2. Здание проектируется на столбчатых фундаментах с глубиной заложения h = 1 м.

В пределах нормативной глубины промерзания залегают глины со значениями характеристик: е = 0,5 и I_L = 0,1. В верхнем слое толщиной 0,2 м грунты непучинистые.

Условное расчетное давление R₀ на основание, сложенное этими грунтами, при фундаментах с глубиной заложения h = 1 м, будет по пп. 3.204 и 3.206 (1 и 2 прил. 4) равно

R₀ = 0,75·58 = 43 тс/м².

Уровень грунтовых вод расположен на глубине 3 м. Нормативная глубина промерзания H^н = 1,2 м, расчетная H = 0,8 м. По консистенции и положению уровня грунтовых вод грунт является слабопучинистым, вследствие чего τ^н = 6 тс/м² и σ^н = 60 тс/м³.

Фундаменты запроектированы без уступов, квадратными в плане, размером 0,8×0,8 м, площадью F_ф = 0,64 м².

Нагрузка по подошве фундамента N^н = 27 тс, что при выбранном размере фундамента удовлетворяет условию p<R₀.

Поскольку при планировке верхний слой толщиной 0,2 м выполнен из практически непучинистого грунта, то при аварийном промерзании основания ниже расчетной глубины промерзания Н = 0,8 м не менее чем на 0,2 м касательные силы пучения будут действовать по боковой поверхности фундамента площадью F = 4×0,8(1-0,2) = 2,55 м².

Предельная по условию устойчивости толщина под подошвой фундамента слоя промерзшего грунта h₁ в процессе строительства, когда N^н₁ = 10 тс и фундаменты не засыпаны грунтом:

Та же величина h₁ для конца строительства при полной нагрузке и аварийном промерзании грунта под подошвой фундамента:

В обоих случаях во избежание аварийного промерзания грунта более чем на 20 см нужны надежные теплозащитные мероприятия.

Прейти к содержанию

Руководство по проектированию оснований зданий и сооружений

Перейти в раздел

Нормативные документы