Расчет фундаментов мелкого заложения

Расчет фундаментов мелкого заложения необходим для уточнения его геометрических размеров и выбора разновидности фундамента. Он сводится к расчету трех факторов: величины давления здания на грунт, силы давления грунта в результате морозного пучения и определение прочности рамы фундамента.

Расчет фундаментов мелкого заложения

Расчет фундаментов мелкого заложения

Нагрузка здания – это совокупность передаваемых нагрузок, в упрощенном расчете – масса всего строения, распределенная на 1 м2 нижней плоскости фундамента. Сила деформации пучения определяется по справочным данным для конкретного типа грунта. Прочность рамы зависит от геометрии фундамента и применяемой арматуры.

Расчет нагрузки здания

Для того чтобы вычислить массу здания, необходимо иметь проект, учитывающий размеры строения, материалы, конструкцию и прочие его особенности. Расчет нагрузки на фундамент ведется с учетом зимней снеговой нагрузки. Способ расчета прост: вычисляют массы отдельных конструктивных частей строения, суммируют их и делят на площадь подошвы фундамента. Определяют для данного типа грунта удельное расчетное сопротивление грунта R­0 и сопоставляют его с полученным значением удельной нагрузки N. Если R­0 < N, пересматривают размеры или форму фундамента: выполняют его с широкой подошвой, с расширением книзу или увеличивают его ширину.

Пример расчета: кирпичный одноэтажный дом 10х8 м, со стенами из полнотелого красного кирпича шириной в 0,4 метра, с железобетонным перекрытием пола и деревянными перекрытиями потолка. Крыша – двускатная, крытая профнастилом. Постройка планируется на тяжелой суглинистой почве, регион – Москва.

По приведенной методике расчета нагрузка N = 23 т/м2.

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

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 Af.

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.

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.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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

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

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

Таблица 3 – Определение коэффициента

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

Величина Pr – на подошву от пучинистого грунта

Величина Pr – на подошву от пучинистого грунта

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

Мощность слоя грунта, подверженного вспучиванию под фундаментом dz определяется как dz = df – d – hп, где df – средняя глубина промерзания, определенная по таблице 4, а величины d и hП – высота фундамента и толщина подсыпки, в метрах.

Таблица 4 – Средняя глубина промерзания грунта по регионам

Средняя глубина промерзания грунта по регионам

Средняя глубина промерзания грунта по регионам

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

График - коэффициент условий работы промерзающего грунта k

График — коэффициент условий работы промерзающего грунта k

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

Таблица 5 – Расчетные формулы для различных типов грунтов

Расчетные формулы для различных типов грунтов

Расчетные формулы для различных типов грунтов

    1. Определяем мощность промерзающего слоя пучинистого грунта  dz = df – d – hп. Расчетная глубина промерзания df для Москвы по таблице 4 равна 1,4 м. dz = 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 ka, он равен 0,56.
    4. Находим по СНиП 2.02.01-83 показатель σs – 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

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

Показатель W определяют по графику

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

L – длина стены строения, м.

    • 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. Dhfp = 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.