Чем обусловлена осадка фундамента – определение, характеристика грунта, расчет осадки, методы и способы устранения проблемы

определение, характеристика грунта, расчет осадки, методы и способы устранения проблемы

Каждое строение нуждается в фундаменте и подвергается со временем проседанию в зависимости от грунта. Необходимо правильно рассчитывать осадку в соответствии с грунтом. Если не так произвести расчет, то это грозит неравномерной просадкой. Вследствие этого появляется угроза разрушения здания, появления трещин и тому подобного. Внимательно прочитайте обо всех тонкостях и изучите основные методы организации осадки.

Описание

Осадка фундамента — это очень важная характеристика, она меняется с течением времени и в зависимости от грунта. Есть причины, по которым обычно случается неравномерное проседание:

• Экономия на материалах для фундамента и покупка дешевых и некачественных материалов.
• Дешевая и неквалифицированная рабочая сила.
• Неверно произведены расчеты глубины фундамента, уровня близости грунтовых вод.
• Нет дренажной системы.

Цели определения осадки:

• определить величину просадки;
• выполнить точный расчет осадки для фундамента из разных материалов;
• рассчитать возможные деформации и физические изменения.

Характеристика грунта

Есть два вида грунта:

1. Естественный — залегает под фундаментом и обеспечивает устойчивость основания равномерно.
2. Искусственный — упрочняют специально: трамбуют, высушивают и тому подобное.

Две группы грунтов:

• Пучинистые — глинистый, песочный, мелкий.
• Непучинистые — гравий, крупный и средний, не содержат глину.

Бывают виды:

1. Скальный — сплошной, прочный, водоустойчивый, многолетний.
2. Крупнообломочный — гравий, галька, валуны.
3. Песчаный — сыпучие и сухие породы.
4. Глинистые — очень пластичный и создает гладкую поверхность.
5. Суглинок — глинистый, но хрупкий материал.
6. Супесь — хрупкий и не эластичный, но содержит небольшое количество глины.

Виды фундамента

Выбор фундамента — основная часть постройки здания. От прочности, расчета осадки и целостности зависит надежность и крепость здания.

Чтобы правильно выбрать основание дома, нужно учитывать несколько важнейших качеств: вид и тип грунта, расстояние до грунтовых вод, грубина зависит от высоты здания.

Виды фундаментов:

• ленточный — лента между всеми несущими стенами по периметру всего здания;
• столбчатый — при возведении легкого здания и невысоких нагрузках на фундамент;
• свайный — есть смысл использовать преимущественно на нетвердых грунтах.

Расчет осадки

Расчет осадки — это очень важная мера при строительстве здания. Ведь фундамент — основа дома, поэтому от его целостности зависит надежность и безопасность эксплуатации.

Просадка нового здания на однородном грунте может быть 10-12 сантиметров.

Есть несколько основных принятых норм: если грунт неоднородный, то осадка без последствий может составлять 5 сантиметров, для многоэтажных домов — 2-3 см.

Любое проседание сверх этой нормы может быть чревато появлением трещин, разрушением несущих конструкций. Это влияет на безопасность нахождения людей в здании, эксплуатации помещений. Если дом многоэтажный и жилой, то есть риск потерять здоровье или жизнь большого количества людей.

Произвести расчеты самостоятельно практически нереально, но можно это делать специальным упрощенным способом. Вы можете посмотреть пример расчета осадки на видео ниже.

Свайный фундамент

При неустойчивом грунте, если нужен дешевый надежный и простой фундамент, выбирают свайный. Он обходится дешевле остальных и способен сохранить целостность здания, расположенного на неустойчивом грунте.

Что он собой представляет? Вертикальные железобетонные опоры, которые погружают в грунт. Обычно их связывают монолитной плитой. Есть два вида свай: висячие и подпорные. Выбор вида зависит от возможностей установки и твердости грунта, подпорные считаются наиболее надежными. Устанавливаются очень просто. Быстрый монтаж, экономичный вариант и минимум земляных работ — выкопать или пробурить места.

Осадка свайного фундамента определяется путем расчета глубины свай в зависимости от большого количества факторов. Есть два самых основных параметра:

• Малая несущая способность почвы под сваями.
• Количество нагрузок, которые будут возлагаться на фундамент во время эксплуатации здания, возможные климатические изменения и опасные погодные условия, влияющие на целостность жилья.

Для расчета осадки свайного фундамента лучше всего подходит метод послойного суммирования.

Создание документации и произведение расчетов производится с помощью специальных компьютерных программ.

Методы осадки

Инженеры, которые занимаются подсчетом и проектированием фундамента, внимательно изучают местность, здания и, в зависимости от ключевых факторов, производят расчет времени и масштабов осадки двумя основными методами:

• Послойное суммирование.
• Эквивалентный слой.

Разберем подробнее способ послойного суммирования, так как он является основным методом расчета осадки на большей части территории России.

Послойное суммирование

Метод послойного суммирования осадок фундамента описан и рекомендован Сводом норм и правил по строительству. В основном подходит для свайного фундамента. Также этот способ будет лучшим решением, если здание стоит отдельно, и есть возможность учитывать сопротивление грунта.

В чем заключается основной принцип? Основание свай условно принимают за монолитную конструкцию, размеры считаются по расположению крайних точек.

Приблизительная схема расчета:

• Проектирование габаритной схемы основания.
• Расчет длины и ширины основания.
• Далее полученные параметры используются для расчета возможного давления на опоры фундамента.
• На основании последних данных выделяется удельное сопротивление почвы.

Если в результате сопоставления давления и возможных нагрузок получается равенство с нормами, указанными в СНиПе, то составляются специальные эпюры нагрузок на сваи, и из всех этих данных выводится величина осадки основания — самый главный искомый параметр.

Способы устранения проблемы

Если полученные числа величины осадки основания превышают предельные размеры, то необходимо внести коррективы в проектирование фундамента и увеличивается длина свай для повышения прочности и увеличения возможных нагрузок. Тогда все параметры сойдутся и будут соответствовать последней редакции СНиП.

Точное определение осадки фундамента происходит опытным путем. На самом деле такой фактический расчет производится путем лабораторных испытаний, на их основе составляется статистика. Каким образом все это осуществляется? На опоры производится искусственным путем давление — с помощью домкрата. Таким способом можно определить критические нагрузки очень точно и рассчитать максимально возможную осадку основания фундамента.

Чтобы избежать осадки, строители укрепляют фундамент. Такие защитные меры позволяют исправить фундамент, построенный по неправильным расчетам. Это возможно сделать с помощью увеличения сопротивления грунта бетонными трубами, залитыми специальным силикатным раствором, стальными трубами в почве.

Вывод

Все варианты расчетов хороши в своих отдельных случаях. На данный момент все эти процессы проектирования упрощены за счет появления компьютерных программ, профессионального программного обеспечения. Но, как всегда, самыми достоверными являются знания, полученные опытным путем, и эти параметры принимаются за эталон и критические сведения.

При строительстве здания обязательно обратите особое внимание на фундамент и такой его важный параметр, как осадка, так как она влияет на прочность и надежность конструкции.

Осадка оснований

§ 21. Виды деформаций оснований

Под воздействием нагрузки от сооружения его основание деформируется и дает осадку, а в некоторых случаях — просадку.

Осадкой основания (или осадкой фундамента) называют вертикальное перемещение поверхности грунта под подошвой фундамента, связанное с передачей на основание нагрузки от сооружения.

Различают осадку основания равномерную и неравномерную. При равномерной осадке перемещения точек поверхности грунта под всей площадью фундамента одинаковы, а при неравномерной — неодинаковы. Равномерная осадка основания, как правило, не является опасной; неравномерная же осадка часто становится причиной нарушения условий нормальной эксплуатации сооружений, а иногда и их аварий.

Для уплотнения грунта под нагрузкой требуется определенное время, в течение которого наблюдается рост осадки основания. Осадку, соответствующую окончательному уплотнению грунта, называют полной, конечной или стабилизированной.

Большую быстро протекающую осадку, сопровождающуюся коренным изменением сложения грунта, называют просадкой. Просадка наблюдается, например, при выпирании грунта из-под подошвы фундамента и при замачивании макропористых грунтов под нагрузкой.

§ 22. Методы расчета осадки

Расчет осадки уплотнения ведется в предположении, что грунт подчиняется законам линейно деформируемой среды, когда деформации линейно зависят от давлений. Теоретически максимальное давление на грунт, при котором существует линейная зависимость, определяется отсутствием под подошвой фундамента пластических зон. Однако наблюдения за сооружениями показывают, что небольшое развитие зон пластических деформаций под гранями фундамента может быть допущено.

Для определения конечной осадки основания широко применяют метод послойного суммирования. При этом считают, что осадка основания происходит в результате уплотнения некоторой толщи грунта ограниченной толщины, называемой активной зоной. Нижнюю границу активной зоны принимают на той глубине da от подошвы фундамента, на которой дополнительное давление (под центром тяжести подошвы) от передаваемой фундаментом нагрузки составляет 20% бытового (природного) давления.

При фундаменте, расположенном на поверхности грунта, дополнительные давления рz, кПа, определяют по формуле (2.7), а при заглубленном в грунт фундаменте — по формуле

Рz=а(р0-рg), (4.1)
где а — коэффициент, принимаемый по табл. 2.1; р0 — нормальные напряжения по подошве фундамента, кПа; pg — бытовое давление на глубине заложения подошвы фундамента, кПа.

Устройство опор в русле реки вызывает стеснение русла и может приводить к интенсивному размыву грунта, в особенности у опор. В результате этого бытовое давление в грунте уменьшается. В формулу (4.1) подставляют бытовое давление, подсчитанное без учета размыва грунта, т. е. давление, которым грунт был обжат до возведения сооружения. Это связано с тем, что после разгрузки грунта деформации его при повторном нагружении сначала весьма малы; они начинают заметно возрастать, лишь когда напряжения в грунте достигнут величин, имевшихся до разгрузки.

Активную зону грунта разбивают на горизонтальные слои толщиной не более 0,4b, где b — наименьший размер фундамента в плане, м. Если в пределах активной зоны имеется напластование разных грунтов, то их границы принимают за границы выделенных слоев. Осадку s основания определяют суммированием деформаций отдельных слоев. Деформацию si м, каждого i-го слоя подсчитывают в предположении, что уплотнение грунта происходит в условиях отсутствия бокового расширения (в условиях компрессионного сжатия) при постоянном давлении рz кПа; последнее принимают равным среднему дополнительному давлению рг, кПа, из давлений, возникающих в точках под центром тяжести подошвы фундамента в пределах рассматриваемого слоя.

Используя формулу (1.29) для определения деформации грунта при компрессионном сжатии, можем написать:
si=eiti=(piβi/Ei)li (4.2)
где ei — относительная деформация грунта i- го слоя; ti — толщина i-го слоя грунта, м; βi — коэффициент, принимаемый по табл.   1.3
в зависимости от вида грунта i-го слоя; Ei — модуль деформации грунта i-го слоя, кПа, определяемый по формуле (1.28) на основе результатов испытаний образцов грунта на компрессионное сжатие.

Расчет осадки фундамента методом послойного суммирования

Разрушение стен дома от неравномерной осадки фундамента

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 e¹ = 0,65; плотностью y¹ = 18,70 кН/м³, индексом сжатия Е¹ = 14400000 кг•м⁻¹с⁻²⁾.
2. Средний слой – мокрый крупный песок с соответствующими показателями: e₂= 0,60, γ₂ = 19,20 кН/м³; Е₂ = 18600000 кг•м⁻¹с⁻².
3. Нижний слой грунта – суглинок с соответствующими значениями: e₃ = 0,180; y₃ = 18,50 кН/м³; Е³ = 15300000 кг•м⁻¹с⁻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:

S = S₁ + S₂ + S₃ = 11,5 + 13,7 + 1,6 = 26,8 мм.

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.

Расчет осадки фундамента

Метод послойного суммирования рекомендуется СНиПом [7] для расчета осадок фундаментов шириной менее 10 м. величина осадки фундамента определяется по формуле

Графическое оформление расчета осадки показано на рис.4.6, где обозначено: NL — отметка поверхности природного рельефа; FL – отметка подошвы фундамента; WL – отметка уровня подземных вод; ВС – отметка нижней границы сжимаемой толщи; _zg–вертикальное (природное) напряжение от собственного веса грунта на глубине z от подошвы фундамента, кПа;

– вертикальные дополнительные напряжения от внешней нагрузки на глубинеzот подошвы фундамента, кПа; Н_с–глубина сжимаемой толщи.

Основная операция при расчете осадки заключается в построении эпюр _zg , _zpдо отметки ВС.

Строится эпюра распределения вертикальных напряжений от собственного веса грунта в пределах глубины (4-6) b ниже подошвы фундамента. Вертикальные напряжения от собственного веса грунта

_zg на границе слоя, расположенного на глубине z, определяют по формуле

Удельный вес грунтов, залегающих ниже уровня подземных (WL), но выше водоупора, должен определяться с учетом взвешивающего действия воды _sb (табл. 4.1).

Водоупорами следует считать глины и суглинки твердой и полутвердой консистенции при I

L<0,5.

В водоупоре напряжение от собственного веса грунта в любом горизонтальном сечении определяют без учета взвешивающего действия воды.

Далее определяют дополнителное (к природному) вертикальное напряжение в грунте под подошвой фундамента по формуле

Толщу грунта мощностью (4-6)b ниже подошвы фундамента разбивают на слои h

i, толщиной не более 0,4 b. Эти слои показывают на рис. 4.6.

Затем строят эпюру распределения дополнительных вертикальных напряжений в грунте по формуле

Вычисления _zg и_zp для любых горизонтальных сечений производят в табличной форме (табл. 4.10).

По полученным данным _zg и

_zp строят эпюры. Определяют нижнюю границу сжимаемой толщи (ВС). Она находится на горизонтальной плоскости, где соблюдается условие: _zp≤ 0,2 _zg.

Если найденная нижняя граница сжимаемой толщи находится в слое грунта с модулем деформации Е < 5,0 Мпа или такой слой залегает непосредственно ниже ВС, то нижняя граница определяется из условия

_zp≤ 0,1_zg.

Границу ВС можно получить графически, построив справа эпюру 0,2 _zg. В точке пересечения с эпюрой _zp получим границу ВС. Определяется осадка каждого слоя основания по формуле (4.16).

Осадка основания фундамента получается суммированием величины осадки каждого слоя. Она не должна превышает предельно допустимой осадки сооружений, определяемой по [прил. 4, СНиП 2.02.01 – 83*].

В курсовом проекте допускается принят: для отдельно стоящих фундаментов под колонны = 8 см, для ленточных фундаментов под стены= 10 см.

Таблица 4.9

Коэффициент α

=	Прямоугольные фундаменты с отношением сторон =l/b
	1	1,2	1,4	1,6	1,8	2	2,4	3,2	5	≥10
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
0,0	1,000	1,000	1,000	1,000	1,000	1,000	1,000	1,000	1,000	1,000
0,4	0,960	0,968	0,972	0,974	0,975	0,976	0,976	0,977	0,977	0.977
0,8	0,800	0,830	0,848	0,859	0,866	0,870	0,876	0,079	0,881	0,881
1,2	0,606	0,652	0,682	0,703	0,717	0,727	0,740	0,749	0,754	0,755
1,6	0,449	0,496	0,532	0,558	0,578	0,593	0,612	0,630	0,639	0,642
2,0	0,336	0,379	0,414	0,441	0,463	0,481	0,505	0,529	0,545	0,550
2,4	0,257	0,294	0,325	0,352	0,374	0,392	0,419	0,449	0,470	0,477
2,8	0,201	0,232	0,260	0,284	0,304	0.321	0,350	0,383	0,410	0,420
3,2	0,160	0,187	0,210	0,232	0,251	0,267	0,294	0,329	0,360	0,374
3,6	0,130	0,153	0,173	0,192	0,209	0,224	0,250	0,285	0,320	0,337
4,0	0,108	0,127	0,145	0,161	0,176	0,190	0,214	0,248	0,285	0,306
4,4	0,091	0,107	0,122	0,127	0,160	0,163	0,185	0,218	0,256	0,280
4,8	0,077	0,092	0,105	0,118	0,130	0,141	0,161	0,192	0,230	0,258
5,2	0,066	0,079	0,091	0,102	0,112	0,123	0,141	0,170	0,208	0,239
5,6	0,058	0,069	0,079	0,089	0,099	0,108	0,124	0,152	0,189	0,223
6,0	0,051	0,060	0,070	0,078	0,007	0,095	0,110	0,136	0,172	0,208
6,4	0,045	0,053	0,062	0,070	0,077	0,085	0,098	0,122	0,158	0,196
6,8	0,040	0,048	0,055	0,062	0,069	0,076	0,088	0,110	0,144	0,184
7,2	0,036	0,042	0,049	0,056	0,062	0,068	0,080	0,100	1,133	0,175
7,6	0,032	0,038	0,044	0,050	0,056	0,062	0,072	0,091	-,123	0,166
8,0	0,029	0,035	0,040	0,046	0,051	0,056	0,066	0,084	0,113	0,158
8,4	0,026	0,032	0,037	0,042	0,046	0,051	0,060	0,077	0,105	0,150
8,8	0,024	0,029	0,034	0,038	0,042	0,047	0,055	0.070	0,098	0,144
9,2	0,022	0,026	0,031	0,035	0,039	0,043	0,051	0,065	0,091	0,137
9,6	0,020	0,024	0,028	0,032	0,036	0,040	0,047	0,060	0,085	0,132
10	0,019	0,022	0,026	0,030	0,033	0,037	0,044	0,056	0,079	0,126
11	0,017	0,020	0,023	0,027	0,029	0,033	0,040	0,050	0,071	0,114
12	0,015	0,018	0,020	0,024	0,026	0,028	0,034	0,044	0,060	0,104

Таблица 4.10

Расчет осадки основания фундамента

Номер расчетного слоя	Глубина подошвы расчетного слоя от подошвы фундамента zi , см	Толщина слоя hi , см	Расчетный удельный вес грунта , кН/м3	Природное давление zg на глубине zi, кНа	Коэффициент 𝜉 =	Коэффициент i	Дополнительное давление zgна глубине zi, кПа	Среднее дополнительное давление в слое крср кПа	Модуль деформации грунта Еi , кПа	Осадка слоя Si ,см
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11

Влияние размеров фундамента на осадку основания

Осадка основания при одном и том же давлении ро по подошве фундамента зависит от его заглубления в грунт и размеров в плане.

На рис. 4.3 показаны три фундамента, различающиеся шириной и заглублением в грунт, и для каждого из них построены эпюры рg, 0,2 pg и дополнительных давлений р. Значения ро для всех фундаментов одинаковы. Точка пересечения кривой, ограничивающей эпюру р для каждого фундамента, с прямой, ограничивающей эпюру 0,2 pg, определяет положение нижней границы активной зоны, грунта. Размеры da активных зон для всех трех фундаментов различны.

Сопоставим фундаменты, различающиеся глубиной заложения подошвы. Из рис. 4.3, а и б видно, что с увеличением этой глубины дополнительные давления р (на одинаковом расстоянии z от подошвы) и размер da активной зоны грунта уменьшаются. Следовательно, осадка основания с увеличением глубины заложения подошвы фундамента уменьшается.

Сопоставим теперь фундаменты, отличающиеся шириной подошвы. Из рис. 4.3, а и в видно, что с увеличением этой ширины дополнительные давления р и размер da активной зоны грунта увеличиваются. Следовательно, осадка основания с увеличением размеров подошвы фундамента возрастает.

Рис. 4.3. Зависимость размера активной зоны от ширины фундамента и его заглубления а — фундамент шириной b и глубиной заложения d; б — фундамент шириной b и глубиной заложения 2d; в — фундамент шириной 2b и глубиной заложения d

§ 25. Рост осадки во времени

Полную осадку основания можно разделить на две части: строительную и эксплуатационную. Строительной называют осадку, которая происходит в период строительства сооружения. Она, как правило, не является опасной, так как имеется возможность измерить ее и принять меры, если это требуется, к ликвидации ее последствий. Эксплуатационной называют осадку, которая проявляется после окончания строительства сооружения; такая осадка часто представляет опасность для нормальной эксплуатации сооружения, а иногда даже и для его сохранности.

Осадка основания вызывается уплотнением грунта под нагрузкой; при этом объем пор в грунте уменьшается, а содержащаяся в них несвязанная вода отжимается. В крупнообломочных и песчаных грунтах, обладающих высокими коэффициентами фильтрации, отжатие несвязанной воды протекает сравнительно быстро, поэтому осадка песчаных оснований стабилизируется еще в процессе строительства сооружений. В глинистых грунтах процесс стабилизации осадки может протекать в течение многих лет, а иногда и десятилетий.

Разработан способ определения процента консолидации, т. е. той части полной осадки основания, которая проявится через заданный промежуток времени после приложения нагрузки. Этот способ позволяет после вычисления полной осадки рассчитать ее строительную и эксплуатационную части. Однако таких расчетов в практике проектирования, как правило, не производят, ориентировочно принимая, что к концу строительства сооружения осадка фундаментов на песчаных грунтах, а также на глинистых грунтах, находящихся в твердом состоянии, полностью стабилизируется, а осадка фундаментов на глинистых грунтах, находящихся в пластичном состоянии, составляет 50% полной.

1. Какие различают виды деформаций основания?

2. Какие существуют методы расчета осадок?

3. Как определить конечную осадку основания?

4. В чем состоит сущность метода послойного суммирования при определении конечной осадки основания?

5. Какую толщину расчетных слоев грунта принимают при определении конечной осадки основания методом послойного суммирования?

6. Как влияют размеры фундамента на осадку основания?

7. Как изменяется осадка во времени?

Предотвращение осадок фундаментов: что делать

Общий вид разрушающегося фундамента

Строительство на ненадежных грунтах предполагает определенные трудности в работе. Одним из неприятных явлений, которое приходится учитывать, является осадка фундамента. Часто строители стараются предвидеть подобные проблемы заранее, но порой основание «гуляет» в уже готовом здании. Поэтому стоит рассмотреть, что можно предпринять при строительстве на пучинистом грунте, и какими способами укрепляют основание в готовом здании.

Чем опасно разрушающееся основание

При определении вспученных грунтов строители учитывают следующие параметры. Во-первых, важной частью планировки гаража или более масштабного строительства является глубина промерзания почвы. Во-вторых, для таких почв характерно близкое расположение грунтовых вод. В-третьих, мягкий тип грунта более склонен к различного рода смещениям, чем твердый. Все это определяет тип фундамента и способ его закладки.

Главной ошибкой строителей, связанной с недостаточным изучением местности, будет установка основания дома выше уровня промерзания почвы. Тогда при смене времен года плотность почв будет меняться, замерзая ближе к зиме и оттаивая весной. Этот процесс влияет на плотность грунта. И когда при повышении температуры он начинает размораживаться, происходит его расширение. Активизируется выталкивающая сила, которая без труда поднимет строение весом в несколько десятков тонн.

Схема воздействия сил пучения

Учитывая направление солнечных лучей и ветра, температура не будет единой во всем грунте. Поэтому и сила выталкивания нижней площадки фундамента будет отличаться. Наиболее активно процесс пойдет на южной стороне дома. Неравномерное распределение сил приводит к тому, что одна сторона строения будет выталкиваться из земли более интенсивно, чем остальные. Результатом будет появление трещин, которые приведут к обрушению конструкции.

Для предупреждения данной проблемы строители проводят ряд мероприятий до начала строительства.

Какой фундамент лучше для строительства на пучинистом грунте

Вид плитного фундамента

Перед началом строительства обязательным этапом работы считается исследование местности на предмет рельефа и типа почвы. На основании полученных данных определяется лучший вариант для фундамента. Для вспучиваемых пород рекомендуются следующие типы основания:

1. Оптимальным вариантом для строительства большого и массивного дома будет плитный фундамент. Его не так легко вытолкнуть. Даже в случае усадки он защитит стены от деформации за счет равномерного распределения нагрузки. Обязательными в этом случае является теплоизоляция, гидроизоляция и оборудование дренажной системы. Обустройство подвала или цокольного этажа требуется вносить в план здания заранее. Минусом варианта является его сравнительно высокая стоимость.
2. При обустройстве в доме подвала лучшим типом фундамента станет ленточный. Но чтобы зимой основание не поднялось, для заглубленного фундамента необходимо увеличить ширину самой ленты и сделать защитный слой из песка и щебня толщиной не менее 40 см. Для малозаглубленного ленточного фундамента стоит обустроить качественный дренаж, укрепить отмостку и выполнить теплоизоляцию наружной грани конструкции. Толщина подушки из щебня также увеличивается.
3. Хорошим вариантом для строительства на пучинистых грунтах будет свайно-ростверковый фундамент. Этот вариант не требует теплоизоляции, поскольку он приподнят над землей. Ввиду сравнительного небольшого диаметра винтовых свай силы пучения на них воздействуют по минимуму. Поэтому такое основание не поднимается.
4. Хотя столбчатый фундамент считается самым бюджетным вариантом в строительстве, его применение на вспучивающей поверхности является потенциально опасным. Поэтому, во-первых, его применяют для сооружения небольших зданий типа гаража. Во-вторых, конструкцию обязательно обеспечивают дренажной системой. В-третьих, столбы вкапывают так, чтобы их основание оказалось ниже уровня промерзания грунта. Для укрепления фундамента применим ростверк.

Структура свайно-ростверкового основания

Учитывая особенности закладки основания, стоит принять верное решение до начала возведения дома, чтобы не вкладывать дополнительные средства в его укрепление по окончании строительства.

Что следует учесть при закладывании основания на пучинистых грунтах

Независимо от выбранного фундамента важными будут следующие принципы:

• основание фундамента должно оказаться ниже уровня промерзания почвы, где не пучит;
• укрепить гуляющие грунты отчасти можно при помощи подушки из щебня и песка;
• за исключением свайного фундамента, важно предусмотреть тепло и гидроизоляцию основания;
• при наличии большого количества грунтовых вод стоит оборудовать дренажную систему.

Все эти меры предотвращения осадки фундамента желательно применять в комплексе, тогда должная защита всей конструкции обеспечена.

Что делать при осадке фундамента в готовом каменном доме

Нередко случается, что дом уже стоит, а грунт вспучило так, что по стенам скоро пойдут трещины. Возникает вопрос: что делать? Существует несколько методов укрепить фундамент и цоколь в готовом здании. Важным здесь является материал, использованный в качестве постройки. Если стены дома выполнены из кирпича, можно попробовать следующее:

1. Первый способ заключается в отведении подземных вод от фундамента. Для этого по периметру готового дома выкапывается дренажная траншея под дренажную систему. Стоит учесть, что её глубина должна оказаться на полметра ниже уровня промерзания. Суть метода заключается в том, что грунт становится более сухим и меньше промерзает зимой.
2. Второй способ предполагает искусственное уменьшение глубины промерзания. Для этого по периметру здания подсыпают дополнительный слой грунта так, чтобы основание фундамента оказалось на должном уровне. Общий вид здания вследствие данного решения изменяется в лучшую сторону.
3. Описанный выше метод применяют и другой модификации. Часть грунта заменяют на теплоизоляционный слой, состоящий из смеси керамзита и крупного песка в соотношении 1.5:1. Так, глубина промерзания поднимается до 80 см. Хорошей заменой смеси могут стать пенополистирольные плиты.

Естественным укреплением фундамента в холодное время года становится толстый слой снега. Однако возможность использования такого метода зависит от капризов погоды. Поэтому стоит позаботиться об одном способе защиты дома или гаража или применить несколько методов в комплексе.

Порой можно столкнуться и с другим явлением. Опоры столбчатого фундамента находятся ниже уровня промерзания грунта, но оседание фундамента продолжается. При условии небольшого веса здания и большого количества вкопанных столбиков сила пучения может поднять постройку независимо от глубины основания.

В этом случае лучше сделать следующее: нужно или увеличить вес конструкции или уменьшить количество опор. Для этого часть столбиков стоит выкопать или сломать у них верх. Можно перекрыть крышу более тяжелыми материалами, а лучше использовать сочетать оба способа. Прежде чем начинать подобную процедуру, стоит произвести расчет веса дома или гаража и нагрузки на фундамент.

Выполнив одно или несколько описанных действий, можно защитить строение, предотвратив дальнейший подъём основания.

Как укрепить основание в деревянном строении

Если основная часть дома выполнена из древесины, наряду с применяемыми для кирпичного строения методиками, можно применить и другие варианты решения проблемы.

Например, вместо старого фундамента можно установить столбы, выполненные по ТИСЭ технологии. Сначала нужно разобраться с местоположением прежних опор и состоянием нижнего слоя бревен или венца сооружения. Если он крепкий, новые опоры можно поставить рядом со старыми, но не дальше, чем на метр от них. В зависимости от общего веса конструкции стоит рассчитать количество и расстояние между столбами. Исходя из несущей способности новых опор до 10 тонн, необходимо вкопать их количество, соответствующее массе дома.

Если венец дома слабый, он сможет находиться только на опорах, установленных строго на старом месте, то сначала рядом со старыми столбами нужно сделать временные подпорки. После этого дом поднимают домкратом на 1-2 см. Теперь можно извлекать старые, пришедшие в негодность столбики и менять их на новые. Замену нужно производить по очереди. Тогда если дом вдруг сойдет с временных опор, это не приведет к разрушению конструкции.

В ряде случаев старое основание дома лучше заменить на свайно-ростверковое. В следующем видео подробно рассказывается об этой технологии:

Усадка фундамента может быть следствием неправильной конструкции основания дома на пучинистых грунтах. Если не предпринять мер по его укреплению, со временем на стенах появятся трещины, которые поспособствуют разрушению.

При укреплении уже готовой постройки стоит воспользоваться следующими методиками. Во-первых, отвести грунтовые воды от постройки. Во-вторых, поднять уровень промерзания грунта до опор фундамента, а если постройка деревянная, можно поднять её на домкратах и вместо испорченного основания заложить новое. Хотя применение этих способов требует денежных вложений, подобные решения обойдутся дешевле, чем снос и строительство нового жилья.

9. Расчет осадок фундаментов методом послойного суммирования

При расчете осадки фундамента методом послойного сумми­рования сначала находят дополнительное среднее давление р0, распределенное по подошве фундамента:

где рп — среднее давление по подошве фундамента от нагрузок, учитывае­мых при расчете по деформациям; ozg 0 — природное напряжение на уровне подошвы фундамента; Y — удельный вес грунта в пределах глубин заложе­ния фундамента от природного рельефа d.

Зная ро, по формуле (6.4) определяют напряжения агр на разных глубинах под центром площади загружсния н строят эпюру OZP (рис. 7.2, а). Величина 0гр с глубиной убывает, по­этому при расчете целесообразно ограничиваться толщей, ниже которой деформации грунтов пренебрежительно малы. Нормы рекомендуют для обычных грунтов принимать сжимаемую тол­щу Нс до глубины, на которой напряжение о’гр не превышает 20 % природного напряжения, т. е.

Найдя значения a2g в пределах сжимаемой толщи, последнюю разбивают на слои применительно к.напластованию грун­тов. При большой толщине отдельных пластов их делят на слои толщиной hi не более 0,46 (где b — ширина подошвы фунда­мента). Зная среднее давлениев каждом слое сжимаемой толщи, находят осадки фундаментаs в виде суммы осадок по­верхностей отдельных слоев

где _β коэффициент, зависящий от коэффициента бокового расширения грунта.

В основу метода послойного суммирования положены следующие допущения:

-грунт представляет собой сплошное, изотроп­ное, линейно-деформированное тело;

-осадка обусловлена действием только напряжения 0zp, остальные пять компонентов напряжений не учиты­ваются;

-боковое расширение грунта в основании невозможно;

-напряжениеопределяется под центром подошвы фундамента;

-при определении напряжения различием в сжимаемости грунтов отдельных слоев пренебрегают;

-фундаменты не обладают жесткостью;

-деформации рассматриваются только в пределах сжимаемой толщи мощностью.

10. Расчет осадок фундаментов методом линейно-деформируемого слоя конечной толщины

К. Е. Егоров решил задачу о деформации упругого слоя грунта, лежащего на несжимаемом основании, под действием всех местных нагрузок. При этом были приняты следующие допущения:

-грунт рассматриваемого слоя представляет собой линейно деформируемое тело;

-деформации в слое грунта развиваются под действием всех компонентов напряжений;

-осадка фундамента равна средней осадке поверхности слоя грунта, развивающейся под действием местной равномерно рас­пределенной нагрузки;

-фундамент не обладает жесткостью;

-распределение напряжений в слое грунта соответствует за­даче однородного полупространства, а жесткость подстилаю­щего слоя учитывается поправочным коэффициентом k_с.

С учетом допущений получена формула осадки фундамента

Где k— коэффициент, зависящий от формы подошвы фундамента и отно­шения толщины слоя однородного грунта Н к ширине подошвы b, опреде­ляемый по СНиП 2.02.01—83; v —коэффициент бокового расширения грунта: p — сроднее данлепне по подошве фундамента, принимаемое без вычета природного данлеипн на глубине его заложения; k_c—коэффициент, учиты­вающий концентрацию напряжений при наличии жесткого подстилающего слоя; E₀ — модуль деформации грунта.

Значение коэффициента k_cзависит от отношения (где H —мощность сжимаемой толщи):

Для слоистого залегания грунтов (рис. 7.2,6) в СНиП 2.02.01—83 формула (7.8) приведена к виду:

Где k_m—эмпирический коэффициент, принимаемый по СНиП 2.02.01—83, табл. 3, прилож. 2; k_i и k_i-1 — коэффициенты, принимаемые по СНиП 2.02.01—83, табл. 4, прилож. 2; E_0i—модуль деформации i-го слоя грунта.

Мощность сжимаемой толщи Н, в пределах которой следует учитывать деформации грунта основания, устанавливается по эмпирической формуле

Где b — ширина подошвы фундамента, м; k_p — коэффициент (принимается k_p=0.8 при среднем давлении под подошвой фундамента^{p=100 кПа} при р=500 кПа, при промежуточных значениях — по интерполяции).

Метод линейно деформируемого слоя для определения осад­ки обычно используется при ширине подошвы фундаментов бо­лее 10 м.