Содержание, карта.

Мелкозаглубленный фундамент нормы


ВСН 29-85 Проектирование мелкозаглубленных фундаментов малоэтажных сельских зданий на пучинистых грунтах

ВЕДОМСТВЕННЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ НОРМЫ

ПРОЕКТИРОВАНИЕ мелкозаглубленных фундаментов малоэтажных сельских зданий

на пучинистых грунтах

ВСН 29-85

Минсельстрой

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

Москва - 1985

Разработаны: Центральным научно-исследовательским, экспериментальным и проектным институтом по сельскому строительству (ЦНИИЭПсельстроем) Министерства сельского строительства СССР.

Директор

Л.Н. Ануфриев

Заведующий сектором оснований и фундаментов в сложных грунтовых условиях

В.С. Сажин

Старшие научные сотрудники

А.Г. Бейрих

В.В. Борщев

Д.Я. Гинзбург

А.Т. Мальцев

Научно-исследовательским институтом оснований и подземных сооружений Госстроя СССР (НИИОСПом)

Директор

Б.С. Федоров

Заведующий лабораторией оснований и фундаментов на пучинистых грунтах

В.О. Орлов

Проектным институтом Саратовоблколхозпроект Росколхозстрой-объединения

Директор

Б.Н. Лысункин

Главный специалист

В.Н. Краюшкин

Внесены: ЦНИИЭПсельстроем Минсельстроя СССР, НИИОСПом Госстроя СССР

Подготовлены к утверждению: Главным техническим управлением Минсельстроя СССР

Согласованы: Госстроем СССР

Заместитель председателя

С.Л. Дворников

Минсельхозом СССР

Заместитель министра

И.П. Быстрюков

Утверждены и введены в действие: приказом Министерства сельского строительства СССР № 44 от 14 февраля 1985 г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

На территории СССР широко распространены пучинистые грунты. К ним относятся глины, суглинки, супеси , пески пылеватые и мелкие. При определенной влажности эти грунты, замерзая в зимний период, увеличиваются в объеме, что приводит к подъему слоев грунта в пределах глубины его промерзания. Находящиеся в таких грунтах фундаменты также подвергаются подъему, если действующие на них нагрузки не уравновешивают силы пучения. Поскольку деформации пучения грунта, как правило, неравномерны, происходит неравномерный подъем фундаментов, который со временем накапливается. В результате этого надфундаментные конструкции зданий и сооружений претерпевают недопустимые деформации и разрушаются. Деформациям, от пучения грунта особенно подвержены легкие сооружения, к числу которых откосится большинство малоэтажных сельских зданий.

В соответствии с нормами по проектированию оснований зданий и сооружений глубина заложения фундаментов в пучинистых грунтах должна приниматься не менее расчетной глубины промерзания. В этом случае подошва фундамента освобождается от воздействия нормальных сил пучения. Однако глубоко заложенные фундаменты имеют развитую боковую поверхность, по которой действуют касательные силы пучения. Эти силы превосходят нагрузки, передаваемые легкими зданиями на фундаменты, в результате чего фундаменты выпучиваются.

Таким образом, материалоемкие и дорогостоящие фундаменты, заложенные ниже глубины промерзания грунта, не обеспечивают надежную эксплуатацию малоэтажных зданий, построенных на пучинистых грунтах.

Одним из путей решения проблемы строительства на пучинистых грунтах малоэтажных зданий является использование мелкозаглубленных фундаментов. Такие фундаменты закладываются на глубине 0,2 - 0,5 м от поверхности грунта или непосредственно на поверхности (незаглубленные фундаменты). И, таким образом, на мелкозаглубленные фундаменты действует незначительные касательные силы пучения, а при незаглубленных фундаментах они равны нулю.

Как правило, под фундаментами устраиваются подушки толщиной 20 - 30 см из непучинистых материалов (песок гравелистый, крупный или средней крупности, мелкий щебень, котельный шлак и др.). Применением подушки достигается не только частичная замена пучинистого грунта на непучинистый, но и уменьшение неравномерных деформаций основания. Толщина подушек и глубина заложения фундаментов определяется расчетом.

Основной принцип конструирования мелкозаглубленных фундаментов зданий с несущими стенами на пучинистых грунтах заключается в том, что ленточные фундаменты всех стен здания объединяются в единую систему и образуют достаточно жесткую горизонтальную раму, перераспределяющую неравномерные деформации основания. При мелкозаглубленных столбчатых фундаментах рама формируется из фундаментных балок, которые жестко соединяются между собой на опорах.

Для обеспечения совместной работы фундаментных элементов последние жестко соединяются между собой.

Указанные конструктивные мероприятия выполняются при строительстве на среднепучинистых (при интенсивности пучения, большей 0,05) сильно - и чрезмернопучинистых грунтах. В остальных случаях, фундаментные элементы укладываются свободно, не соединяются между собой. Количественным показателем пучинистости грунта является интенсивность пучения, характеризующая пучение элементарного слоя грунта. Применение мелкозаглубленных фундаментов базируется на принципиально новом подходе к их проектированию, в основу которого заложен расчет оснований по деформациям пучения. При этом допускаются деформации основания (подъем, в том числе неравномерный), однако они должны быть меньше предельных, которые зависят от конструктивных особенностей зданий.

При расчете оснований по деформациям пучения учитываются пучинистые свойства грунта, передаваемое на него давление, жесткость фундамента и надфундаментных конструкций на изгиб. Надфундаментные конструкции рассматриваются не только как источник нагрузок на фундаменты, но и как активный элемент, участвующий в совместной работе фундамента с основанием. Чем больше жесткость конструкций на изгиб, тем меньше относительные деформации основания.

Передаваемое на грунт давление значительно (иногда в несколько раз) снижает подъем основания при пучении грунта. При подъеме мелкозаглубленных фундаментов действующие по их подошвам нормальные силы пучения резко уменьшаются.

Все конструкций мелкозаглубленных фундаментов и положения по их расчету, приведенные в настоящем документе, прошли проверку при проектировании и строительстве малоэтажных зданий различного назначения - домов усадебного типа, хозяйственных построек, производственных сельскохозяйственных зданий вспомогательного назначения, трансформаторных подстанций и др.

В настоящее время во многих областях Европейской части РСФСР, в районах с глубиной промерзания до 1,7 и, на мелкозаглубленных и незаглубленных фундаментах построено свыше 1500 одно- и двухэтажных зданий из разных материалов - кирпича, блоков, панелей, деревянных щитов. Систематические инструментальные наблюдения за зданиями в течение 3 - 6 лет свидетельствуют о надежной работе мелкозаглубленных фундаментов. Применение таких фундаментов вместо традиционных, закладываемых ниже глубины промерзания грунтов позволило сократить: расход бетона на 50 - 80 %, трудозатраты - на 40 - 70 %.

В настоящих нормах содержатся требования по конструированию, проектированию и устройству мелкозаглубленных фундаментов на пучинистых грунтах. Не случайно, поэтому, область применения таких фундаментов определена именно для пучинистых грунтов. Мелкозаглубленные фундаменты на пучинистых грунтах рекомендуется применять в массовом порядке при глубине промерзания до 1,7 м. При большей глубине промерзания пучинистых грунтов мелкозаглубленные фундаменты рекомендуется только для экспериментального строительства. Накопление опыта строительства объектов с мелкозаглубленными фундаментами в районах с большой глубиной промерзания позволит в дальнейшей расширить область применения их на пучинистых грунтах.

Хотя область применения мелкозаглубленных фундаментов в иных грунтовых условиях формально выходит за рамки настоящих норм, представляется целесообразным дать некоторые рекомендации по использованию таких фундаментов при строительстве малоэтажных зданий на наиболее распространенных на территории нашей страны грунтах.

В соответствии с главой СНиП 2.02.01-83 глубина заложения фундаментов на непучинистых грунтах не зависит от глубины их промерзания. Поэтому при строительстве малоэтажных зданий на непучинистых грунтах мелкозаглубленные фундаменты рекомендуются к массовому применению.

На основаниях, сложенных вечномерзлыми грунтами, мелкозаглубленные фундаменты могут быть использованы для экспериментального строительства. При этом должны быть предусмотрены мероприятия, направленные на предотвращение недопустимых деформаций оснований, вызванных оттаиванием вечномерзлых грунтов.

Применение мелкозаглубленных фундаментов на естественном основании в грунтовых условиях I типа по просадочности рекомендуется лишь в том случае, если передаваемое на грунт давление меньше начального просадочного давления. В остальных случаях применения таких фундаментов возможно лишь для экспериментального строительства при условии, что суммарные деформации оснований, вызванные просадкой и осадкой грунта, не превосходят предельных деформаций.

В грунтовых условиях II типа по просадочности применение мелкозаглубленных фундаментов на естественном основании не допускается.

Необходимо подчеркнуть, что поскольку основной причиной пучения грунтов является наличие в них воды, способной при промерзании переходить в лед, следует строго соблюдать требование о недопустимости водонасыщения грунта в основании мелкозаглубленных фундаментов в процессе строительства и при эксплуатации зданий. Следует предусматривать надежный отвод с площадки строительства атмосферных и производственных вод путем вертикальной планировки застраиваемой территории, устройства водоотводов и дренажа. При рытье траншей для фундаментов и инженерных коммуникаций земляные работы следует производить с минимальным объемом нарушения грунтов природного сложения. Не допускается скопление воды от повреждения временного трубопровода на площадке строительства. Вокруг зданий следует устраивать водонепроницаемые отмостки шириной не менее 1 м и уклоном не менее 0,03. Следует избегать устройства вводов трубопроводов канализации и водоснабжения с нагорной стороны здания. При эксплуатации зданий не допускается изменять условия, применительно к которым запроектированы мелкозаглубленные фундаменты.

Министерство сельского строительства СССР

Ведомственные строительные нормы

ВСН 29-85

(Минсельстрой СССР)

Проектирование мелкозаглубленных фундаментов малоэтажных сельских зданий на пучинистых грунтах

Минсельстрой СССР

Вводятся впервые

Внесены ЦНИИЭПсельстроем Минсельстроя СССР

НИИ оснований и подземных сооружений Госстроя СССР

Утверждены Министерством сельского строительства СССР 14 февраля 1985 г.

Срок введения в действие 1 марта 1985 г.

1. Общие положения

1.1. Настоящие ведомственные строительные нормы предназначены для проектирования мелкозаглубленных фундаментов одно- и двухэтажных сельских зданий (жилых, культурно-бытовых, производственных сельскохозяйственных основного и вспомогательного назначения), строящихся на пучинистых грунтах с глубиной промерзания не более 1,7 м. При этом должны соблюдаться требования, предусмотренные соответствующими общесоюзными нормативными документами.

Примечание. ВСН 29-85 могут быть использованы для проведения экспериментального строительства в районах с глубиной промерзания грунтов более 1,7 м.

1.2. При выборе площадок для строительства зданий с мелкозаглубленными фундаментами предпочтение следует отдавать участкам с однородными по составу грунтами как в плане, так и по глубине той части сезоннопромерзающего слоя, которая проектируется в качестве основания.

1.3. Растет оснований зданий, возводимых на пучинистых грунтах, следует производить по деформациям. Деформации основания, вызванные морозным пучением грунта под подошвой фундамента, не должны превосходить предельных деформаций, которые зависят от конструктивных особенностей зданий. При расчете оснований мелкозаглубленных фундаментов помимо настоящих норм необходимо соблюдать требования главы СНиП 2.02.01-83 по проектированию оснований зданий и сооружений.

1.4. При проектировании оснований и фундаментов на пучинистых грунтах необходимо предусматривать мероприятия (инженерно-мелиоративные, строительно-конструктивные, термохимические), направленные на уменьшение деформаций зданий и сооружений.

Выбор типа и конструкции фундамента, способа подготовки основания и других мероприятий по уменьшению неравномерных деформаций здания от морозного пучения должен решаться на основе технико-экономического анализа с учетом конкретных условий строительства.

2. Оценка пучинистости грунтов

2.1. По степени пучинистости грунты подразделяются на пять групп (табл. 1). Принадлежность пылевато-глинистого грунта к той или иной группе оценивается параметром Rf, определяемым по формуле

                                       (2.1)

где W - расчетная предзимняя влажность в слое сезонного промерзания грунта, доли един., определяемая в соответствии с приложением 1;

Wp, WL - средневзвешенные значения (в пределах слоя сезонного промерзания грунта) влажностей, соответствующих границам раскатывания и текучести, доли един.;

Wcr - критическая влажность, доля един., определяемая по графику (рис. 1) при средневзвешенных значениях числа пластичности и границы текучести;

Мо - безразмерный коэффициент, численно равный при открытой, оголенной от снега поверхности промерзающего грунта абсолютному значению средней зимней температуры воздуха, определяемой в соответствии с главой СНиП по строительной климатологии и геофизике, а при отсутствии в ней данных для конкретного района строительства - по результатам наблюдений гидрометеорологической станции, находящейся в аналогичных условиях с районом строительства.

После вычисления по формуле (2.1) параметра Rf из табл. 1 определяется интенсивность пучения f, которая в дальнейшем используется при выборе конструкции фундамента и конструктивных мероприятий (п. 3.5).

2.2. Пучинистые свойства крупнообломочных грунтов и песков, содержащих пылевато-глинистые фракции, а также супесей с Ip < 0,02 определяются посредством показателя дисперсности Д. Эти грунты относятся к пучинистым при D ³ 1 (при 1 < D < 5 грунты слабопучинистые; при D > 5 - среднепучинистые).

Значение D определяется по формуле

                                                                (2.2)

где k1 - коэффициент, равный 1,65×10-4 см2;

eo - коэффициент пористости;

 - средний диаметр частиц грунта, см, определяемый по формуле

                                          (2.3)

Здесь p1, p2, pi - содержание отдельных фракций грунта, доли ед.;

d01, d02, d0i - средний диаметр частиц отдельных фракций, см.

Таблица 1

Классификация пылевато-глинистых грунтов по степени пучинистости

Наименование грунта

Степень пучинистости грунта

практически непучинистый f < 0,01

слабопучинистый 0,01 < f £ 0,035

среднепучинистый 0,03 < f £ 0,07

сильнопучинистый 0,07 < f ≤ 0,12

чрезмерно пучинистый f > 0,12

Значение параметра Rf

Супеси с 0,02 < Iр < 0,07

0,0014

0,0014 - 0,0049

0,0049 - 0,0098

0,0098 - 0,0169

0,0169

Супеси пылеватые с 0,02 < Ip £ 0,07

0,0009

0,0009 - 0,003

0,003 - 0,006

0,006 - 0,0103

0,0103

Суглинки с 0,07 < Iр ≤ 0,17

0,001

0,001 - 0,0035

0,0035 - 0,0071

0,0071 - 0,0122

0,0122

Суглинки пылеватые с 0,07 < Iр £ 0,13

0,0008

0,0008 - 0,0027

0,0027 - 0,0054

0,0054 - 0,0093

0,0093

Суглинки пылеватые с 0,13 < Iр £ 0,17

0,0007

0,0007 - 0,0023

0,0023 - 0,0046

0,0046 - 0,0079

0,0079

Глины с Iр > 0,17

0,0012

0,0012 - 0,0043

0,0043 - 0,0086

0,0086 - 0,0147

0,0147

Примечание. Значение Rf рассчитывается по формуле (2.1), в которой плотность сухого грунта принята равной 1,5 т/м3; при иной плотности грунта расчетное значение Rf умножается на отношение rd/15, где rd - плотность сухого исследуемого грунта, т/м3.

Рис. 1. Значение критической влажности Wcr в зависимости от числа пластичности Ip и границы текучести WL

Средние диаметры частиц отдельных фракций определяется по их минимальным размерам, умноженным на коэффициент 1,4. За расчетный средний диаметр последней тонкой фракции принимается максимальный размер частиц, деленный на коэффициент 1,4.

2.3. Пучинистые грунты характеризуется деформацией пучения hf, представляющей высоту поднятия ненагруженной поверхности промерзшего грунта.

2.4. Неравномерность пучения грунта по площади характеризуется относительной деформацией пучения  под которой понимается отношение разности деформаций пучения Dhf в двух точках к расстоянию L между ними, назначаемому в соответствии с конструктивными особенностями сооружения.

3. Конструкции мелкозаглубленных фундаментов на пучинистых грунтах

3.1. Для зданий с малонагруженными фундаментами следует применять такие конструктивные решения, которые направлены на снижение сил морозного пучения и деформация конструкций зданий, а также на приспособление зданий к неравномерным деформациям оснований.

3.2. Мелкозаглубленный (незаглубленный) фундамент конструктивно представляет собой бетонный или железобетонный элемент уложенный, как правило, на подушку или подсыпку из непучинистого материала (рис. 2), которые уменьшают перемещения фундамента как в период промерзания грунта, так и при его оттаивании.

3.3. В качестве материала для устройства подушки (подсыпки) может быть использован песок гравелистый, крупный или средней крупности, мелкий щебень, котельный шлак, а также - непучинистые грунты, имеющее показатель дисперсности D < 1.

В необходимых случаях для увеличения несущей способности основания целесообразно предусматривать устройство песчано-щебеночной подушки, состоящей из смеси песка крупного, средней крупности (40 %), щебня или гравия (60 %).

Рис. 2. Конструктивные решения фундаментов;

а - незаглубленный фундамент на выравнивающей подсыпке, б - незаглубленный фундамент на подушке из непучинистого материала, в - незаглубленный фундамент на подсыпке из непучинистого материала, г - мелкозаглубленный фундамент на выравнивающей подсыпке, д - мелкозаглубленный фундамент на подушке из непучинистого материала,

1 - фундаментный блок, 2 - выравнивающая, подсыпка из песка, 3 - подушка из непучинистого материала, 4 - засыпка из непучинистого материала, 5 - подсыпка из непучинистого материала, 6 - отмостка, 7 - гидроизоляция, 8- стена здания

3.4. При высоком уровне подземных вод и верховодке необходимо предусматривать меры к предохранению материала подушки от заиливания окружающим пучинистым грунтом. С этой целью следует обрабатывать грунт по контуру подушки различного вида вяжущими смазочными веществами или использовать полимерные материалы.

3.5. В зависимости от степени пучинистости грунта основания ленточные мелкозаглубленные фундаменты зданий со стенами из кирпича, блоков, панелей следует устраивать:

- на практически непучинистых, слабопучинистых и среднепучинистых при (при f £ 0,05) грунтах - из бетонных (керамзитобетонных) блоков, укладываемых свободно, без соединения между собой;

- на среднепучинистых (при f > 0,05) и сильнопучинистых грунтах - из сборных железобетонных (керамзитобетонных) блоков, жестко соединенных между собой, или из монолитного железобетона.

На среднепучинистых грунтах могут применяться ленточные фундаменты из сборных блоков с устройством над ними и под ними армированных поясов;

- на сильно- и чрезмерно пучинистых грунтах - армированные монолитные фундаменты с применением при необходимости армированных или железобетонных поясов над проемами верхнего этажа и в уровне перекрытий.

Независимо от степени пучинистости грунта при f > 0,05 ленточные фундаменты всех стен здания должны быть жестко связаны между собой, объединены в единую рамную конструкцию.

3.6. Ленточные мелкозаглубленные (незаглубленные) фундаменты зданий из деревянных конструкций следует устраивать:

- на практически непучинистых и слабопучинистых грунтах - из сборных бетонных (керамзитобетонных) блоков, укладываемых свободно, без соединения между собой;

- на среднепучинистых грунтах - из армированных блоков сечением 0,25×0,2 м и длиной не менее 2 м, укладываемых в два ряда с перевязкой швов;

- на сильно- и чрезмерно пучинистых грунтах из сборных армированных блоков, жестко соединенных между собой, или монолитного железобетона.

3.7. Столбчатые мелкозаглубленные фундаменты на средне- и сильнопучинистых грунтах должны быть жестко связаны между собой фундаментными балками, объединенными в единую рамочную систему.

На практически непучинистых и слабопучинистых грунтах фундаментные балки соединять между собой не требуется. Это требование распространяется также на среднепучинистые грунты, подвергшиеся локальному уплотнению при устройстве фундаментов в вытрамбованных котлованах и фундаментов из забивных блоков.

3.8. При устройстве столбчатых фундаментов необходимо предусматривать зазор между фундаментными балками и планировочной поверхностью грунта. Зазор должен быть не менее расчетной деформации пучения ненагруженного грунта.

3.9. Сборные железобетонные элементы при устройстве на сильно- и чрезмерно пучинистых грунтах мелкозаглубленных фундаментов в виде сплошных плит следует жестко соединять между собой.

3.10. Протяженные здания следует разрезать по всей высоте на отдельные отсеки, длина которых принимается: для слабопучинистых грунтов до 30 м, среднепучинистых - до 25 и, сильнопучинистых - до 20 м, чрезмерно пучинистых - до 15 м.

3.11. Секции зданий, имеющие равную высоту, следует устраивать на раздельных фундаментах.

4. Расчет основания мелкозаглубленных фундаментов по деформациям пучения грунта

4.1. Расчет основания по деформациям пучения грунта ниже подошвы мелкозаглубленного фундамента производится исходя из следующих, условий.

hfp £ Su,                                                             (4.1)

                                                        (4.2)

где hfp и efp - соответственно деформация пучения и относительная деформация грунта основания с учетом давления под подошвой фундамента;

Su,  - соответственно предельные деформации основания, принимаемые по табл. 2.

4.2. Расчет деформаций пучения грунтов основания, а также глубины заложения фундамента производится в следующей последовательности:

а) на основе материалов изысканий и данных табл. 1 определяется степень пучинистости грунта основания и в зависимости от нее выбирается тип и конструкция фундамента;

б) предварительно задаются размеры подошвы фундамента, глубина его заложения, толщина подушки из непучинистого материала;

Таблица 2

Предельные деформации основания

Конструктивные особенности зданий

Предельные деформации пучения Su, см

Предельные относительные деформации пучения

относительный прогиб или выгиб

относительная разность деформаций пучения

Бескаркасные здания с несущими стенами из:

панелей

2,5

0,00035

-

блоков и кирпичной кладки без армирования

2,5

0,0005*

-

блоков и кирпичной кладки с армированием или железобетонными поясами при наличии сборно-монолитных монолитных ленточных или столбчатых фундаментов со сборно-монолитными фундаментными балками

3,5

0,0006*

-

Здания стоечно-балочной конструкции

4,0

0,005

Здания с деревянными конструкциями:

на ленточных фундаментах

5

0,002

-

на столбчатых фундаментах

5

-

0,006

Бескаркасные здания с несущими стенами при L/H £ 3 (L - длина большей стены, Н - высота стены) на ленточных и плитных фундаментах

8

-

0,005 (крен)

______________

* Допускается принимать большие значения , если на основании расчета стены на прочность будет установлено, что напряжения в кладке не превышают расчетных сопротивлений кладки растяжению при изгибе.

в) производится поверка условия, согласно которому среднее давление под подошвой фундамента не должно превышать расчетного сопротивления материала подушки, а давление на глубине, равной толщине подушки, - расчетного сопротивления грунта; расчет выполняется в соответствии с главой СНиП 2.02.01-83;

г) производится проверка фундамента по устойчивости на воздействие касательных сил пучения; расчет выполняется по методике, изложенной в главе СНиП II-18-76, нормативные удельные касательные силы пучения принимаются равными: для слабопучинистых грунтов 7 тс/м2, для среднепучинистых грунтов 9 тс/м2, для сильно- и чрезмерно пучинистых грунтов 11 тс/м2;

д) определяется деформация пучения ненагруженного основания;

е) определяются температурный режим и динамика сезонного промерзания грунтов основания, на основе которых рассчитывается давление морозного пучения на подошву фундамента;

ж) производится расчет основания фундамента по деформациям пучения грунта.

4.3. Деформация пучения ненагруженного основания hfi определяется по одной из формул, приведенных в табл. 3, на основе предварительно заданных глубины заложения фундамента d и толщины подушки hп.

Входящая в эти формулы деформация пучения ненагруженной поверхности грунта hf определяется в соответствии с приложением 2. Расчетная глубина промерзания грунта df определяется в соответствии с главой СНиП 2.02.01-83.

4.4. Давление на подошву фундамента (Pr, тс/м2) от нормальных сил пучения определяются по формулам для столбчатого фундамента с круглой формой подошвы

                                                   (4.3)

для столбчатого фундамента с квадратной формой подошвы

                                                    (4.4)

для столбчатого фундамента с прямоугольной формой подошвы

                                              (4.5)

для ленточного фундамента

                                                    (4.6)

где dz - мощность слоя пучащегося грунта, вызывающего ниже подошвы фундамента деформацию hfi (см. п. 4.4); для первой схемы расчета dz = 0,75df - d - hп, для остальных двух схем dz = df - d - hп;

ka - коэффициент условий работы промерзающего грунта основания под фундаментом, определяемый из графиков (рис. 3) в зависимости от величины dz и площади подошвы фундамента Аf при Аf > 1 м2; коэффициент условий работы принимается равным ka при Аf = 1 м2; для ленточного фундамента Af принимается на единицу его длины;

r - радиус подошвы столбчатого фундамента круглой формы, м;

b, a - соответственно ширина и длина подошвы столбчатого фундамента прямоугольной формы;

b1 - ширина ленточного фундамента;

ss - сопротивление смещению мерзлого грунта относительно фундамента, тс/м2; определяется в соответствия с приложением 3.

Таблица 3

Схемы расчета деформаций пучения ненагруженного основания в зависимости от гидрогеологических условий и рельефа участка застройки

№ схемы

Условия увлажнения грунтов по виду рельефа

Расстояние от поверхности грунта до уровня подземных вод dwn

Ориентировочное значение средней влажности в пределах сезоннопромерзающего слоя dfn

Формулы для определения деформации пучения ненагруженного основания

1.

Сухие участки - возвышенности, всхолмленные места. Водораздельное плато. Грунты увлажняются только па счет атмосферных осадков

aw > afn + z

а) W £ Wcr + 0,3Ip

б) W ³ Wcr + 0,3Ip

2.

Сухие участки - слабо всхолмленные места, равнины, пологие склоны с затяжным уклоном котловины с признаками поверхностного заболачивания. Грунты увлажняются за счет атмосферных осадков и верховодки, частично подземных вод

aw > afn + z

W > Wcr + 0,3Ip

3.

Мокрые участки - пониженные равнины, котловины, межсклоновые низины, заболоченные места. Грунты водонасыщаются за счет атмосферных осадков и подземных вод, включая верховодку

aw < afn

W > Wcr + 0,5Ip

Примечание. Значение dw рассчитывается с учетом прогноза изменения уровня подземных вод; z - наименьшее расстояние, м, от границы промерзания dfn до уровня подземных вод, при котором эти воды не оказывают влияния на увлажнение промерзающего грунта; значение z определяется по табл. 4.

Таблица 4

Наименьшее расстояние от границы промерзания до уровня подземных вод

Наименование грунта

Значение z, м

Глина с монтмориллонитовой и иллитовой основой

3,5

Глины с каолинитовой основой

2,5

Суглинки пылеватые с Iр > 0,13

2,5

Суглинки с Iр > 0,13

2,0

Суглинки пылеватые с Iр £ 0,13

2,0

Суглинки с Iр £ 0,13

1,8

Супеси пылеватые с Ip ³ 0,2

1,5

Супеси с Iр > 0,02

1,3

Супеси с Ip £ 0,02

1,0

Пески пылеватые

1,0

Пески мелкие

0,8

4.5. Деформация пучения грунта основания с учетом давления под подошвой фундамента определяется по формуле

                                            (4.7)

где рi - давление по подошве фундамента от внешней нагрузки, тс/м2;

pr - то же обозначение, что в п. 4.4;

b - коэффициент, учитывающий влияние подушки на работу фундамента; принимается по табл. 5.

4.6. Относительная деформация пучения грунта основания с учетом жесткости надфундаментных конструкций здания определяется по формуле

                                             (4.8)

где gп - коэффициент надежности, принимаемый равным 1,1;

w - коэффициент, зависящий от показателя гибкости конструкций здания l, определяется из графика (рис. 4); показатель l определяется в соответствии с приложением 4;

Dhfp - разность деформаций пучения (h2fp - h3fp), м, определяемая при экстремальных значениях расчетной предзимней влажности грунта на площадке строительства;

L - длина стены здания (отсека), м.

Рис. 3. Значения коэффициента ka

Рис. 4. Значение коэффициента w в зависимости от показателя гибкости конструкции здания l

Таблица 5

Значения коэффициента b

Отношение толщины подушки к ширине фундамента hп/b

Значения коэффициента

для столбчатых фундаментов

для ленточных фундаментов

0,00

1,00

1,00

0,25

0,95

0,98

0,50

0,90

0,96

0,75

0,85

0,94

1,00

0,80

0,92

1,25

0,71

0,88

1,50

0,63

0,84

1,75

0,54

0,80

2,00

0,45

0,76

2,25

0,36

0,72

2,50

0,25

0,68

2,75

0,16

0,64

3,00

0,10

0,60

Примечание. Для промежуточных значений  коэффициент b определяется по интерполяции.

4.7. При показателе гибкости конструкций l > 3 относительная деформация пучения грунта основания определяется по формулам:

для ленточных фундаментов

                                                           (4.9)

для столбчатых фундаментов

                                                        (4.10)

где Dhfp - то же обозначение, что в п. 4.6;

l - расстояние между соседними фундаментами.

Крен оснований зданий ограниченных размеров в плане (при ) определяется по формуле

                                                        (4.11)

5. Расчет внутренних усилий в конструкциях зданий

5.1. Изгибающие моменты М, тс ∙ м, и поперечные силы F, тс, возникающие в конструкциях здания при неравномерных деформациях пучения грунтов основания, определяются по формулам

                                                    (5.1)

                                                   (5.2)

где B, B1 - коэффициенты, зависящие от l и определяемые по графикам (рис. 5, 6);

[EI] - приведенная жесткость на изгиб поперечного сечения конструкций здания в системе фундамент-цоколь-пояс усиления-стена, тс/м2, определяемая в соответствии с приложением 4;

Dhfi, L - те же обозначения, что в формуле (4.8).

Изгибающие моменты и поперечные силы, возникающие в ленточных (плитных) фундаментах зданий ограниченных размеров в плане (при ), определяются из расчета балок (плит) на упругом основании без учета жесткости надфундаментных конструкций.

5.2. Изгибающее моменты и поперечные силы в отдельных конструктивных элементах (фундамент, цоколь, стена, пояс) определяются по формулам

                                                     (5.3)

                                                      (5.4)

где [EI]i, [GA]i - соответственно изгибная и сдвиговая жесткость сечения рассматриваемого элемента;

G - модуль сдвига, тс/м2, принимаемый равным 0,4E.

Рис. 5. Значение коэффициента B

Рис. 6. Значения коэффициента B1

5.3. Силы Fr, возникающие в связях панельных стен, определяется по формуле

,                                            (5.5)

где di, yo, Ej, Aj - те же обозначения, что в формуле (13) приложения 4.

По найденным внутренним усилиям производится расчет на прочность конструктивных элементов зданий в соответствии с требованиями глав СНиП по проектированию каменных и армокаменных конструкций, бетонных и железобетонных конструкций.

6. Устройство мелкозаглубленных фундаментов на пучинистых грунтах

6.1. На отведенной под строительство площадке в первую очередь необходимо выполнить комплекс работ по инженерной подготовке в следующем составе:

снятие дернорастительного или пахотного слоя в местах установки фундаментов, в увязке с общей планировкой застраиваемого участка;

выполнение предусмотренных проектом работ по отводу поверхностных вод.

6.2. Подготовка основания под мелкозаглубленный ленточный (столбчатый) фундамент состоит из отрывки траншеи (котлована), зачистки дна, устройства противопучинной подушки. При устройстве подушки непучинистый материал отсыпается слоями толщиной не более 20 см и уплотняется катками или площадочными вибраторами до rd = 1,6 т/м3.

6.3. Во избежание водонакопления и осыпки стенок траншей (котлованов) отрывку их следует производить после завоза фундаментных блоков и других строительных материалов, необходимых для устройства мелкозаглубленных фундаментов.

6.4. После укладки фундаментных блоков пазухи траншей (котлованов) должны быть засыпаны предусмотренным в проекте материалом (непучинистым или местным грунтом) с обязательным уплотнением.

6.5. После окончания работ по устройству фундаментов следует незамедлительно закончить вокруг здания планировку с обеспечением стока атмосферных вод от здания и устройством отмосток.

6.6. Не допускается оставлять мелкозаглубленные (незаглубленные) фундаменты незагруженными на зимний период. Если это условие по каким-либо обстоятельствам оказывается невыполнимым, вокруг фундаментов следует устраивать временно теплоизоляционные покрытия из опилок, шлака, керамзита, шлаковаты, соломы и других материалов, предохраняющих грунт от промерзания.

6.7. Запрещается устраивать мелкозаглубленные фундаменты на промерзшем основании. В зимнее время допускается устраивать такие фундаменты только при условии глубокого залегания грунтовых вод с предварительным оттаиванием мерзлого грунта и обязательной засыпкой пазух непучинистым материалом.

Приложение 1

Определение расчетной предзимней влажности грунта

Расчетная предзимняя влажность в слое грунта толщиной, равной глубине нормативного промерзания dfn определяется по формуле

                                                         (1)

где Wп - средневзвешенное значение влажности в слое сезонно промерзающего грунта, доли един., полученное по результатам изысканий в летне-осенний период;

We - расчетное количество осадков, выпавших за период t, предшествующий моменту проведения изысканий и определяемый по формуле (2);

W0 - расчетное количество осадков, выпавших в предзимний (до установления среднемесячной отрицательной температуры воздуха) период, равный по продолжительности te.

Значения We и W0 определяются по данным «Справочника по климату» или по среднемноголетним данным наблюдений гидрометеорологической станции, находящейся в аналогичных условиях с районом строительства. Продолжительность периода te, сутки, определяется отношением

 при te £ 90,                                              (2)

где K - коэффициент фильтрации, м/сутки.

Приложение 2

Расчет деформации пучения ненагруженной поверхности грунта

1. Деформация пучения ненагруженной поверхности пылевато-глинистого грунта при его промерзании до расчетной глубины df в зависимости от расчетной предзимней влажности W определяется по формулам

при W > Wpr

                  (1)

при W £ Wpr

                                    (2)

где Wpr - влажность предела пучения грунта, определяемая по формуле

                                         (3)

в которой

0,92, rw, rs, rd - плотность, т/м3, соответственно льда, воды, твердых частиц и сухого грунта;

Kw - коэффициент содержания незамерзшей воды в мерзлом грунте при температуре, равной 0,5Тup;

Тup - минимальная температура грунта, пря которой прекращается его пучение; Tup, Kw определяются по таблице настоящего приложения;

T0 - расчетная температура оголенной от снега поверхности грунта (°С); принимается равной средней температуре воздуха за зимний период;

Wp, Wcr - те же обозначения, что в п. 2.1;

Kb - параметр, выражающий отношение коэффициентов влагопроводности, равный

                                                       (4)

где Wsat - полная влагоемкость грунта;

It - температурный коэффициент, равный

                                              (5)

где y - параметр, характеризующий зону одновременного пучения, определяется по номограммам (рис. 1, 2);

h - параметр, выражающий связь между температурой и содержанием незамерзшей воды в зоне промерзания, определяется по таблице настоящего приложения.

2. Деформация пучения ненагруженной поверхности песчаного грунта определяется по формуле

hf = fidf,                                                           (6)

где fi - интенсивность пучения, принимаемая равной:

fi = 0,035 для слабопучинистого песчаного грунта;

fi = 0,07 для среднепучинистого песчаного грунта.

Таблица

Значения параметров h, Kw, и температуры прекращения пучения Tup различных видов глинистого грунта

Наименование вида грунта

Число пластичности грунта

Температура прекращения пучения

Tup

Значение параметра

h

Значение коэффициента Kw при расчетной температуре грунта T0, °C

-0,3

-0,5

-1

-2

-3

-4

-6

-8

-10

Супесь

0,02 < Ip £ 0,07

-1,5

3,55

0,6

0,5

0,4

0,35

0,33

0,3

0,28

0,26

0,25

Супесь пылеватая

Суглинок

Суглинок

0,07 < Ip £ 0,13

-2,0

4,25

0,7

0,65

0,6

0,5

0,48

0,45

0,43

0,41

0,4

пылеватый

-2,5

5,0

Суглинок

0,13 < Ip £ 0,17

-2,5

3,8

-

0,75

0,65

0,55

0,53

0,5

0,48

0,46

0,45

Суглинок пылеватый

-3

5,35

Глина

Ip > 0,17

-4,0

2,5

-

0,95

0,9

0,65

0,63

0,6

0,58

0,56

0,55

Примечание. Для промежуточных значений температуры коэффициент Kw принимается по интерполяции.

Рис. 1. Значение параметра y для суглинков

Рис. 2. Значение параметра y для пылевато-глинистых грунтов

Приложение 3

Определение сопротивления смещению мерзлого грунта относительно фундамента

1. Сопротивление смещенного мерзлого грунта относительно фундамента определяется по таблице настоящего приложения в зависимости от скорости пучения ut и расчетной температуры промерзающего грунта Td под фундаментом.

2. Скорость пучения грунта ut, м/сутки, определяется из выражения

                                                             (1)

где hfi - деформация пучения ненагруженного основания, определяемая в соответствии с п. 4.3;

td - продолжительность периода, в месяцах, промерзания грунта под фундаментом

                                                 (2)

Здесь t0 - продолжительность периода с отрицательными температурами воздуха, в месяцах, определяемая в соответствии с главой СНиП 2.01.01-82.

d, hп, df - те же обозначения, что в п. 4.3.

3. Расчетная температура грунта под фундаментом определяется по формуле

                                                     (3)

при

                                         (4)

где Tmin - средняя температура воздуха наиболее холодного месяца зимнего периода, °C, определяемая в соответствии с главой СНиП 2.01.01-82.

Расчет показателя гибкости конструкций здания

1.  Показатель гибкости конструкций здания l определяется по формуле

                                                       (1)

где [EI] - приведенная жесткость на изгиб поперечного сечения конструкций здания в системе фундамент-цоколь-пояс усиления-стена, тс/м2, определяемая по формуле (4);

С - коэффициент жесткости основания при пучении грунта для оснований ленточных фундаментов;

L - длина стены здания (отсека), м;

                                                            (2)

для оснований столбчатых фундаментов

                                                        (3)

Здесь pr, hfi, b1 - те же обозначения, что в пп. 4.4 - 4.5;

Af - площадь подошвы столбчатого фундамента, м2;

ni - число столбчатых фундаментов в пределах длины стены здания (отсека).

2. Приведенная жесткость на изгиб поперечного сечения конструкций здания в системе фундамент-цоколь-пояс усиления-стена, тс/м2, определяется по формуле

[EI] = [EI]f + [EI]z + [EI]p + [EI]s,                                            (4)

где [EI]f, [EI]z, [EI]p, [EI]s - соответственно жесткость на изгиб фундамента, цоколя, пояса усиления, стены здания.

3. Жесткость на изгиб, тс/м2, фундамента, цоколя и пояса усиления определяется по формулам

[EI]f = gfEf(If + A0y02);                                                         (5)

[EI]z = gzEz(Iz + Azyz2);                                                       (6)

[EI]p = gpEp(Ip + Apyp2);                                                      (7)

где Ef, Ez, Ep - соответственно модули деформации тс/м2, материала фундамента, цоколя и пояса;

If, Iz, Ip - соответственно моменты инерции, м4, поперечного сечения фундамента, цоколя и пояса усиления относительно собственной главной центральной оси;

A0, Az, Ap - площади поперечного сечения, м2, фундамента, цоколя и пояса усиления;

y0, yz, yp - соответственно расстояния, м, от главной центральной оси поперечного сечения фундамента, цоколя и пояса усиления до условной центральной оси сечения всей системы;

gf, gz, gp - соответственно коэффициенты условий работы фундамента, цоколя и пояса усиления, принимаемые равными 0,25.

Жесткость на изгиб фундамента, состоящего из блоков, между собой, принимается равной нулю. Если цоколь является продолжением фундамента или обеспечена их совместная работа, цоколь и фундамент следует рассматривать как единый конструктивный элемент. При отсутствии поясов усиления [EI]p = 0. При наличии нескольких поясов усиления жесткость на изгиб каждого из них определяется по формуле (7).

4. Жесткость на изгиб, тс/м2, стен из кирпича, блоков, монолитного бетона (железобетона) определяется по формуле

[EI]s = gsEs(Is + Asys2),                                                    (8)

где Es - модуль деформации материала стены, тс/м2;

gs - коэффициент условий работы стены, принимаемый равным: 0,15 - для стен из кирпича, 0,2 - для стен из блоков, 0,25 - для стен из монолитного бетона;

Is - момент инерции поперечного сечения стены, м4, определяется по формуле (9);

Аs - площадь поперечного сечения стены, м2;

уs - расстояние, м, от главной центральной оси поперечного сечения стены до условной нейтральной оси сечения всей системы.

Момент инерции поперечного сечения стены определяется по формуле

                                                          (9)

где I1 и I2 - соответственно момент инерции сечения стены по проемам и по простенкам, м4.

Площадь поперечного сечения стены определяется по формуле

                                                     (10)

где bs - толщина стены, м.

Расстояние от центра тяжести приведенного поперечного сечения стены до ее нижней грани определяется по формуле

                                                    (11)

5. Состояние от главной центральной оси поперечного сечения фундамента до условной нейтральной оси системы фундамент-цоколь-пояс усиления - стена определяется по формуле

                                                 (12)

где Ei, Ai - соответственно модуль деформации и площадь поперечного сечения i-го конструктивного элемента (цоколя, стены, пояса);

gi - коэффициент условий работы i-го конструктивного элемента;

yi - расстояние от главной центральной оси поперечного сечения i-го конструктивного элемента до главной центральной оси поперечного сечения фундамента.

6. Жесткость на изгиб, тс.м2, стен из панелей определяется по формуле

                                               (13)

где Ej, Aj - соответственно модуль деформации, тс/м2, и площадь поперечного сечения, м2, j-той связи;

m - число связей между панелями;

di - расстояние от j-той связи до главной центральной оси поперечного сечения фундамента, ì;

y0 - расстояние от главной центральной оси поперечного сечения фундамента до условной нейтральной оси системы фундамент-стена здания, определяемое по формуле

                                            (14)

в которой n - число конструктивных элементов в системе фундамент-стена.

Приложение 5

Пример расчета мелкозаглубленного ленточного фундамента

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

1. Требуется запроектировать мелкозаглубленный фундамент одноэтажного здания с полами по цокольному перекрытию, возводимому вблизи г. Вологды.

Материалом стен является легкий бетон М75, имеющий модуль упругости Es = 6 ∙ 106 КПа (0,6×106 тс/м2). Длина наружных стен дома L1 = 12,6 м, L2 = 6,3 м; высота стен 3,38 м, наибольшая высота проемов h2 = 2,2 м, толщина стен bs = 0,4 м. Расчетная температура воздуха внутри помещения +5 °C.

2. Инженерно-геологические условия строительства.

Грунты площадки представлены покровными суглинками, которые в пределах нормативной глубины промерзания имеют следующие характеристики:

     плотность сухого грунта rd = 1,64 т/м3;

     плотность твердых частиц rs = 2,79 т/м3;

природная влажность грунта Wп1 = 0,295, Wп2 = 0,26 (неравномерное распределение по площадке изысканий);

     влажность на границе текучести WL = 0,32;

     влажность на границе раскатывания Wp = 0,208;

     число пластичности Ip = 0,112;

     полная влагоемкость грунта Wsat = 0,251;

     коэффициент фильтрации K = 3×10-2 м/сут.

Уровень подземных вод залегает на глубине 3,0 м. Нормативная глубина промерзания dfn = 1,5 м.

2. ОЦЕНКА ПУЧИНИСТОСТИ ГРУНТОВ

Определим параметр Rf по формуле (2.1) настоящих норм:

где W - расчетная предзимняя влажность грунта в слое сезонного промерзания, определяется по формуле (1) приложения 1;

Wп - среднее значение природной влажности по глубине dfn в период изысканий в конце июля, равно Wп1 = 0,295, Wп2= 0,26;

 = 50 сут. = 1,7 мес.

Согласно данным «Справочника по климату», вып. 1 (Л., Гидрометеоиздат, 1968) среднемесячное количество осадков, выпадающих в летне-осенний период в районе г. Вологды (табл. la, станции 320, 321), составляет:

Месяц                                                  VI          VII         VIII        IX           Х

количествоосадков, мм                     74          76           75           72           58

Расчетное количество осадков за период 1,7 месяца до начала промерзания грунта равно:

Расчетные экстремальные значения влажности при Wп1 и Wп2 равны:

Wcr = 0,21 (рис. 1 BCH)

 (СНиП 2.01.01-82. Строительная климатология и геофизика).

с учетом исходной плотности сухого грунта rd = 1,64 т/м3;

Согласно табл. 1 настоящих норм площадка сложена среднепучинистыми грунтами. На основе полученного результата по п. 3.5 настоящих норм производится выбор конструктивного решения фундамента.

3. КОНСТРУКТИВНОЕ РЕШЕНИЕ

Принимаем сборно-монолитный фундамент из армированных блоков, уложенных на песчаную подушку.

Ширина блоков b1 = 0,4 м; высота h = 0,53 м; бетон тяжелый М100 с модулем упругости Ef = 17×106 кН/м2 (1,7×106 тс/м2). Погонная нагрузка на фундамент составляет qi = 28,4 кН/м (2,84 тс/м). Высота песчаной подушки 0,2 м. Глубина заложения фундамента 0,2 м от планировочной отметки. В соответствии с табл. 2 настоящих норм предельные деформации пучения равны: Su = 3,5 см,

4. РАСЧЕТ ЛЕНТОЧНОГО ФУНДАМЕНТА

1. Проверка устойчивости здания на действие касательных сил морозного пучения.

Приняв в соответствии с указаниями п. 4.22 значение нормативных касательных сил пучения 9 тс/м2 (90 кН/м2), произведем расчет устойчивости сооружения по СНиП II-18-76, приложение 5, учитывая действие касательных сил пучения на 1 м наружной стороны фундамента:

tthAfh £ N

N = 28,4×0,9 = 25,6 кН/м

tthAfh = 90×0,2×1,0 = 18 кН/м

18 < 25,6

Таким образом, условие устойчивости выполняется.

2. Расчет основания по деформациям пучения.

Определим величину пучения ненагруженной поверхности грунта ht (приложение 2) при глубине промерзания 1,5 м.

Определим параметры Tup, h, Kw(Tup), Wpr, Kb, y, It.

Согласно табл. 3 приложения 2:

Tup = -2 °C;

h = 4,25;

Kw(Tup) = 0,6.

Определим по формуле (3) приложения 2 Wpr:

 

По графику рис. 1 приложения 2 параметр y при влажности W1 и W2: y1 = 1,05, y2 = 1,41.

По формуле (5) приложения 2 определим параметр It:

 принимаем It1 = 1.

При W1 < Wpr (0,25 > 0,241) величину hf1 определим по формуле (1) приложения 2:

При W2 < Wpr (0,22 < 0,241) величину hf2 определим по формуле (2) приложения 2;

3. Определим величину пучения hfi ненагруженного основания под фундаментом (табл. 3)

При dw Wcr + 0,3Ip (0,25 > 0,21 + 0,033), расчет производим по второй расчетной схеме:

4. Определим величину пучения под подошвой фундамента с учетом давления по подошве фундамента от внешней нагрузки.

Давление пучения на подошву фундамента от нормальных сил пучения определим по формуле (4.6):

dz = df - d - hп = 1,5 - 0,2 - 0,2 = 1,1 м

Кa = 0,26 (рис. 3), Аf = l1b1 = 1×0,4 = 0,4 м2.

ss находим по приложению 3 настоящих норм. Для этого определяем продолжительность периода промерзания td и скорость пучения Vf по формулам (1) и (2) приложения 3:

Значения температуры у поверхности грунта Tп и под подошвой фундамента Td определим по формулам (3) и (4) приложения 3:

Так как Tп > 0,5Tmin, примем Тп = Тmin = -5,9 °C

При Vf = 0,033 см/сут и Td = -4,3 °C по табл. приложения 3 определим ss = 63 КПа (6,3 тс/м2).

Деформацию пучения грунта основания с учетом давления под подошвой фундамента определим по формуле

В рассматриваемом случае давление под подошвой фундамента равно:

Величину b определяем по табл. 5 ВСН 29-85:

b = 0,965.

Тогда

5. Относительную неравномерность деформаций основания без учета жесткости конструкций здания для ленточного фундамента продольной стены длиной L1 = 12,6 м определим по формуле (4.9).

Из расчетов следует, что удовлетворяется только условие (4.1) настоящих норм.

6. Произведем расчет с учетом влияния жесткости фундамента и надземных конструкций на выравнивание неравномерных деформаций основания. Определим жесткость на изгиб системы фундамент - стена здания.

Момент инерции сечения участка стены над проемом относительно собственной главной центральной оси составит:

Расстояние между главной центральной осью сечения участка стены над проемом и главной центральной осью стены равно:

Момент инерции сечения участка стены над проемом относительно главной центральной оси всей стены составит:

I1 = I1 + a2As1 = 0,055 + 1,12×0,4×1,18 = 0,626 м4.

Момент инерции участка стены по простенку относительно главной центральной оси стены составит:

Приведенный момент инерции сечения стены равен (формула (9) приложения 4 ВСН):

Приведенную площадь поперечного сечения стены рассчитаем по формуле (10) приложения 4.

Расстояние от главной центральной оси поперечного сечения фундамента до условной нейтральной оси системы фундамент - стена определим по формуле (12) приложения 4.

Жесткость на изгиб поперечного сечения фундамента и стены в соответствии с формулами (5), (8) приложения 4 составит:

[EI]f = gfEf(If + A0y02) =

[EI]s = gsEs(Is + Asys2) = (0,84 + 1,18×0,722) = 1742050 КН ∙ м2 (174205 тс ∙ м2),

где

ys = ys - y0 = y + 0,5yf - y0 = 1,47 + 0,29 - 1,04 = 0,72 м.

Приведенная жесткость на изгиб системы фундамент - стена равна (формула (4) приложения 4):

[EI] = [EI]f + [EI]s = 1094100 + 1742050 = 284×104 кН ∙ м2 = (28,4×104 тс ∙ м2).

По формуле (1) приложения 4 определим показатель гибкости конструкций здания l, предварительно вычислив по формуле (2) коэффициент жесткости при пучении:

При l1 = 0,58 коэффициент w1, найденный по графику рис. 4, равен 0,034.

По формуле (4.8) настоящих норм определим efp:

Полученное значение  (0,33×10-4 < 0,6×10-3).

Таким образом, расчетом установлено, что эксплуатационная надежность здания на морозоопасном основании обеспечивается.

Мелкозаглубленный фундамент — своими руками

Правильный выбор фундамента под строящееся здание – серьезное решение, поскольку после окончания строительства внести изменения практически невозможно. Распространенным типом основания при строительстве является мелкозаглубленный фундамент. Преимуществом такого решения является экономия средств и времени.

Область использования и критерии выбора

Область применения зависит от возводимого здания. Фундаменты мелкого заложения не подойдут для возведения на них высоких каменных зданий.

Зато такой вариант является прекрасным решением для каркасных или деревянных конструкций. Критериями выбора типа фундамента и глубины его залегания являются:

  1. Материал строящегося объекта.
  2. Нагрузка строения на основание. К фундаменту для забора требования будут, естественно, понижены. Должно также учитываться количество снега в этом регионе. Плоские крыши не дают скатываться снежному покрову вниз, что утяжеляет конструкцию.
  3. Несущая способность типа грунта. Особой проблемой является строительство на пучинистых грунтах.
  4. Наличие уклона или ровная поверхность.
  5. Глубина промерзания почвы.
  6. Уровень грунтовых вод.

Глубина заложения мелкозаглубленного фундамента – от 20 до 80 см. Для сравнения – заглубленные фундаменты могут укладывать на 2 метра.Большое значение при выборе глубины залегания имеет тип грунта. Строительство фундамента на глине следует начинать с проведения геологоразведочных работ.

Стоимость фундамента с глубоким залеганием может быть соизмеримым с ценой остального строительства. Прибегать к нему стоит только в крайних случаях. На устойчивых почвах имеет смысл применять мало заглубленные способы. Виды фундаментов мелкого заложения:

  • ленточные;
  • столбчатые;
  • плитные.

Свайно-винтовой метод для мелкого заложения не применяется. При твердой почве имеет смысл делать столбчатый фундамент. На пучинистых грунтах – более предпочтительным будет ленточный вид, который также можно возводить независимо от почвы, если здание будет строиться из кирпича или бетона. Запас по надежности можно создать, увеличив площадь фундамента.

Фундаменты мелкого заложения на пучинистых грунтах зарывают на глубину промерзания почвы. Это решение объясняется законом физики о том, что вода при замерзании расширяется. Когда это происходит в толще земли, начнется выталкивание всего, что находится сверху.

Относится это и к фундаменту. Поэтому ленточные фундаменты закладывают не ниже глубины промерзания, где температура не бывает отрицательной. Уменьшить глубину промерзания можно при помощи утепления фундамента и земли вокруг него.

Устройство мелкозаглубленного фундамента

Устройство фундаментов мелкого заложения представляет собой жесткий каркас:

  • полый – при ленточном фундаменте;
  • цельный – в случае монолитной плиты;
  • вертикальные опоры, объединенные ростверком – при столбчатом варианте.

Наибольшую популярность приобрел мелкозаглубленный ленточный фундамент. Ленточный вариант можно устанавливать даже на пучинистых грунтах. Это замкнутая по периметру линия из бетона. Является оптимальным решением для наиболее распространенного варианта – срубов размерами от 4×6 до 6×6 м. Применение рекомендуется для почвы с повышенной влажностью.

Плитный способ является самым надежным, но цена его значительна. По существу плита – это готовый ровный пол. Преимуществом является то, что нагрузка от здания на землю распределяется равномерно. Конструкция не подвергается деформации. Именно этот вариант следует применять на болотистых почвах.

Столбчатый вариант является универсальным и недорогим способом. Способ применения ростверка, который связывает все столбы воедино, делает конструкцию цельной. Если участок расположен на склоне, то достаточно установить столбы разной величины, и проблема будет решена.

Укладка ленточного фундамента

Из всех вариантов мелкозаглубленный ленточный применяется наиболее часто. Этапы сооружения фундамента ленточного типа мелкого заземления (МЗЛФ):

  1. Составить масштабный план на листе бумаги или с помощью компьютера.
  2. Подготовить площадь для установки основания. Условия для ровной укладки — очищение поверхности от растительности и выравнивание ее.
  3. Сделать разметку, перенеся с помощью бечевки и колышек размеры, указанные на плане, на поверхность земли. Размечать следует внешние и внутренние линии и углы. Их проверку можно сделать измерением диагоналей – разница между ними не должна превышать 20 мм. Контуров делается два – внешний и внутренний.
  4. Вырыть котлован по размеченным линиям и сделать разравнивание его дна. Горизонтальность дна траншеи можно проверить с помощью уровня.
  5. На дно траншеи уложить подсыпку, состоящую из слоев песка и щебня. Каждый слой утрамбовывают. Котлован наполняют до половины.
  6. По бокам траншеи установить деревянную опалубку. Наиболее часто применяемый материал для опалубки – доски и листовая фанера. Надо следить, чтобы между деталями не было промежутков. Опалубка съемной конструкции снимается после застывания бетона.
  7. Сделать поперечные распорки, чтобы положение стенок опалубки не изменилось под тяжестью бетона.
  8. Внутренние стеновые поверхности опалубки проложить материалами для защиты от влаги – полиэтиленом или рубероидом.
  9. Подпереть опалубку с внешней стороны опорами. Для придания устойчивости лучше их делать поперечными.
  10. Армировать фундамент. Для этого применяются арматурные прутья, которые вбивают вертикально в дно траншеи. После этого к ним крепят горизонтальную арматуру, образуя железный каркас. Соединение их производят проволокой. Соединение арматурных прутьев производят не сваркой, которая может понизить пластичность, а вязкой предназначенным для этого крючком.
  11. Приготовить бетонную смесь. Готовая смесь продается в магазине строительных товаров. Приобретать надо марки М200 или М400. Смесь можно приготовить самостоятельно из цемента высокого качества, песка с мелкой зернистостью и гравия. Воды в смесь при самостоятельном приготовлении добавляют столько, чтобы масса получилась средней консистенции.
  12. Залить опалубку бетонной смесью. Весь объем должен быть залит в течение одного дня. Бетон следует разравнивать мастерком. Воздушные пузыри надо протыкать, чтобы это не привело к разрушению.
  13. Простучать наружные стены опалубки молотком.
  14. Накрыть верхний слой фундамента полиэтиленовой пленкой.

Недели через две опалубку можно убрать и отшлифовать верхнюю поверхность. Строительство следует начинать не раньше, чем через месяц после заливки бетоном. На время ожидания фундамент следует покрыть двумя слоями рубероида.

Особый интерес представляет фундамент из блоков ФБС. Преимуществами является простота монтажа и повышенная устойчивость. По специальной технологии можно произвести утепление мелкозаглубленного фундамента. Это повышает длительность использования постройки.

Укладка плитного фундамента

Фундаментная плита мелкого заложения укладывается следующим образом:

  1. Сделать чертеж.
  2. В один из углов в качестве вехи вбить стержень. Пользуясь рулеткой отложить расстояние согласно плану по направлению стены и вбить вторую веху. Стержни обвязать капроновым шнуром.
  3. Найти первый прямой угол. От первого стержня отложить перпендикулярно получившейся линии вторую и поставить на этом месте стержень. Проверить перпендикулярность, измерив длину диагонали, вычисленной по теореме Пифагора.
  4. Найти местоположение последнего стержня. Двигаясь от второй отметки, откладывают длину стороны. Снова проконтролировать перпендикулярность.
  5. Начать земляные работы.
  6. По краям вырытого котлована установить опалубку. Она должна состоять из щитов, суммарная толщина которых будет больше глубины котлована, поскольку плита должна возвышаться над земной поверхностью.
  7. Зафиксировать опалубку снаружи подпорками.
  8. На дно котлована уложить геотекстиль для фундамента. Потом сделать насыпку из песка и щебня. Каждый слой следует утрамбовывать и увлажнять.
  9. Для теплоизоляции котлован утепляется пенополистиролом, а в качестве гидроизоляции используется рубероид.
  10. Произвести армирование, которое создаст дополнительное укрепление.
  11. Залить бетон в котлован.

После «отдыха» в одну-две недели можно приступать к возведению цоколя. Плиточный вариант подходит для строения сооружений на пучинистых грунтах.

Устройство столбчатого фундамента

При решении возведения столбчатого мелкозаглубленного фундамента опору следует сделать под каждый столб. Проектируемая схема помимо общего контура должна содержать разметки, где будут установлены столбы. Устанавливают их в углах, под внешними и внутренними несущими стенами и в местах пересечения отдельных деталей конструкции дома. Материалы для изготовления столбов:

  • металлические трубы;
  • трубы из асбестоцемента;
  • кирпичи;
  • бетон, который был залит в опалубки;
  • готовые столбы из бетона;
  • деревянные материалы: брусья и бревна.

Наибольшей популярностью пользуются асбестоцементные и металлические трубы. Если столбы делаются из деревянных материалов, их следует обработать антисептическими средствами, чтобы предотвратить загнивание.

Независимо от материала столбов их необходимо оградить от попадания влаги. В качестве гидроизоляционного материала можно использовать рубероид или битумную мастику.

Расстояние между осями вертикально установленных столбов – не более 1500 мм. Диаметр их – порядка 800 мм. Сверху столбов устанавливается ростверк толщиной 200 мм.

Устройство мелкозаглубленного фундамента при столбчатом варианте:

  1. На намеченных согласно схеме местах буром или лопатой делаются отверстия. На дно укладывается подушка из гравия и песка. Она уплотняется и увлажняется.
  2. Если применяется способ с заливкой необходимо предварительно сделать опалубку из подручных средств. Вертикальная установка стальных прутьев обеспечит прочность и пластичность. Верхняя часть арматуры должна выступать над поверхностью сантиметров на 15-30 для соединения с ростверком в дальнейшем.
  3. При использовании асбестоцементных и металлических труб в них заливается бетон, немного не доходя до верха. Трубу приподнимают, чтобы под ее основание проникло некоторое количество бетона. В трубу с залитым бетоном вставляют арматуру и доливают бетон до конца.
  4. В верхней части производят гидроизоляцию.

Застывание длится около недели. Применим также блочный способ.

Зависимость от материала сооружения

Чем больше сила, с которой происходит давление на грунт, тем более высокие требования предъявляются к основанию. Мелкозаглубленный фундамент для дома из газобетона предполагает меньшие требования к нему из-за небольшой нагрузки.

Для кирпичного дома, напротив, подойдет только вариант из цельной плиты. Дом из каркасных стен обладает небольшой массой. Это позволяет делать фундамент под каркасный дом не таким усиленным, как под кирпичный.

Применение мелкозаглубленного ленточного варианта найдет широкое применение не только самостоятельно, но и в сочетании с другими вариантами. Примером может служить, когда дом поставлен на столбы, а непривязанное к нему крыльцо надежно держат ленты.

Зависимость от назначения постройки

Применение фундамента мелкого заложения зависит от назначения строения. Так, при постройке бани своими руками следует учитывать некоторые особенности. Например, при наличии в бане бассейна может применяться только плитный способ.

Тогда весьма ощутимая нагрузка будет распределяться равномерно. В основном строительство фундамента для бани выполняется по общим правилам. Не создает особых трудностей возведение фундамента для забора. Из-за распределения нагрузки на большую длину отрицательное действие пучения не будет так сильно сказываться.

Из экономических и эстетических соображений фундамент для забора стоит делать ленточным способом. Со временем неизбежно происходит разрушение основания. С целью продления можно сделать усиление мелкозаглубленного фундамента. Это относится к ремонтным работам.

Указания законодательства

При возведении фундамента своими руками следует руководствоваться разработанными правилами строительства.

Это регламентируют нормы:

Правовые документы Что определяют
ГОСТ 25100-95 Классификацию грунтов
ГОСТ 28622-90 Методику определения степени пучинистости
СНиП 2.03.01-84* Марки бетона
СНиП 2.03.11-85 Мероприятия по защите от коррозии
СНиП 3.02.01-87 Работа по подготовке строительной площадки и устройству фундаментов
СНиП 2.01.07-85 Воздействия к нагрузкам
СНиП 2.02.01-83* Основания сооружений

При выборе вида мелкозаглублённого фундамента на пучинистых грунтах следует обращать в первую очередь на степень пучинистости. Существующие степени пучинистости глинистой почвы:

  • практически непучинистый;
  • слабо-пучинистый;
  • средне-пучинистый;
  • сильно-пучинистый;
  • чрезмерно пучинистый.

Пользуясь указаниями еще на стадии проектирования можно учесть, что мелкозаглубленные фундаменты на пучинистом грунте при двух последних степеней состояния почвы строения надо делать из марок тяжелого бетона.

При строительстве фундамента своими руками разработанные методики помогут правильно выполнить строительные работы.

Глубина заложения ленточного и мелкозаглубленного фундамента

Фундамент предназначен для передачи нагрузки от сооружения на грунт и служит подошвой любого построенного на земле стационарного объекта. В зависимости от нагрузки фундамент имеет определённые размеры и устройство. Наиболее часто используют ленточный фундамент. Расчет его ведут в соответствии со СНиП и ГОСТ.

Виды ленточных фундаментов.

Виды ленточных фундаментов.

Устройство подошвы в форме ленты предполагает, что под каждой несущей стеной проходит конструкция, в составе которой сплошная бетонная лента с железным армированием проходит вдоль всей стены и в углах связано с другими лентами. В результате получается контур в земле, повторяющий очертания стен здания, которые будут устанавливаться на нём. Назначение фундамента в предотвращении деформации постройки в результате неравномерной структуры грунта. Но прежде чем установить подошву потребуется создать проект, определение глубины заложения фундаментов. Только расчёты, основанные на геологии грунта, обоснуют выбранный тип основания.

Ленточные фундаменты по своей конструкции могут быть:

  • монолитными (МН);
  • сборными (СЛ, СЛУ, СЛТ);
  • мелкозаглубленными (МЗ);
  • глубокозаглубленными (ГЗ).

Нормативные документы для расчёта

Для расчёта фундамента вначале проводятся изыскания, с помощью которых определяются основные характеристики грунта на строительной площадке. Одновременно по картам определяется уровень грунтовых вод, глубина промерзания в данном месте. Такие изыскания позволят провести расчёты на грунт и его степень устойчивости к принимаемой нагрузке. Выполняются они в соответствие СНиП 2.02.01-83, в котором изложены требования к основаниям. Одновременно применяются СНиП для конструкции самого здания и другие стандарты, которые потребуются при составлении проекта.

Расчет ведётся с применением справочной литературы, в которой указаны допуски и коэффициенты. На основании расчётов составляются таблицы и графики.

При этом для краткости использованы сокращения. При проектировании значение имеет глубина промерзания и тип грунта. Расчет фундамента с привлечением специалистов дорог. Поэтому можно воспользоваться программой GeoPlate, которая имеется на строительном портале.

Применяются СНиП для конструкции самого здания и другие стандарты, которые потребуются при составлении проекта.

Мелкозаглубленный фундамент

Мелкозаглубленный фундамент применяется под лёгкие постройки. При весовой нагрузке менее 5 тонн на один погонный метр строение считается лёгким. При этом в расчет включён не только вес самого сооружения, но тяжесть фундамента и действующие ветровые нагрузки. Только после оценки всех рисков делается заключение о выбранном типе фундамента.

Месяц Температура в градусах Цельсия Месяц Температура в градусах Цельсия
Январь -11,6 Июль 17,2
Февраль -10,7 Август 15,3
Март -5,4 Сентябрь 9,4
Апрель 2,4 Октябрь 3,2
Май 10,0 Ноябрь -2,9
Июнь 15,0 Декабрь -7,9

В жилищном строительстве одноэтажного деревянного или пенобетонного здания зачастую достаточно построить мелкозаглубленный фундамент. Однако если такой дом стоит на склоне или с высокой нормой осадков, то фундамент потребуется усиленный. В результате суммирования всех нагрузок и рисков рассчитывают приведённый вес здания.

Мелкозаглубленный фундамент может нести различную нагрузку, поэтому имеются варианты ленты:

  • с термобарьером;
  • в траншее прямоугольного профиля;
  • трапецевидная.

Мелкозаглубленный ленточный термобарьер строят только для нежилых лёгких конструкций, например, под теплицу. Прямоугольные в разрезе траншеи под ленточный фундамент используют на непучинистых грунтах. Это может быть гравийная или скальная порода. В соответствие СНиП на других породах используется профиль трапеция с увеличенным нижним основанием. При этом ведётся расчет наклона боковых граней в соответствии с коэффициентами справочника СНиП.

При выборе места под строительство не следует выбирать грунт из мелких песков. Они пучинисты. Нельзя устанавливать здание на жирной глине, так как при размокании она утрачивает способность к необходимому сопротивлению. Не подходят глубокие чернозёмы и суглинки. Устойчивой будет подошва из строительного бетонного мусора, галечника, скального обломочного грунта.

Критерии выбора

Ленточный мелкозаглубленный фундамент выбирают в первую очередь за счёт его экономичности. Трудозатраты при его строительстве намного ниже. Известно, что треть затрат при возведении здания составляют работы по подготовке основания. Поэтому застройщик идёт на сокращение издержек, выбирая этот тип фундамента.

К недостаткам такого основания относится то, что велик риск разрушения подошвы в случае чередования вначале холодного лета, когда грунт под подошвой не успеет растаять, потом аномально холодной зимы с нарастанием слоя промерзания, следом аномально жаркого лета. В этом случае дом просто провалится в образовавшуюся каверну.

Ленточный мелкозаглубленный фундамент не рассчитан на длительную эксплуатацию. Срок его работы не более 25 лет. Он может быть установлен под лёгкие строения типа финских домиков. Такая лента воспринимает подвижки грунта и поэтому расчет фундамента необходимо доверить специалистам, чтобы с учётом реалий и СНиП выбрали оптимальный вариант по глубине закладки и профилю. При этом можно воспользоваться стандартными расчётами для непучинистых грунтов и выбрать коэффициент уширения для фактической породы, на которой будет стоять дом.

Коэффициент уширения для фактической породы, на которой будет стоять дом.

При этом ширина ленты фундамента может быть 300 — 500 мм, что обеспечивает жёсткость и упругость узла. Но при глубине промерзания больше чем на 1,5 метра выбирать мелкозаглубленный фундамент для жилых строений не рекомендуется.

Город М √М Глубина промерзания грунта по СНиП, м
суглинки и глины песок мелкий, супесь песок крупный, гравелистый
Архангельск 46,1 6,79 1,56 1,90 2,04
Вологда 38,5 6,20 1,43 1,74 1,86
Екатеринбург 46,3 6,80 1,57 1,91 2,04
Казань 38,9 6,24 1,43 1,75 1,87
Курск 21,3 4,62 1,06 1,29 1,38
Москва 22,9 4,79 1,10 1,34 1,44
Нижний Новгород 39,6 6,29 1,45 1,76 1,89
Новосибирск 63,3 7,96 1,83 2,23 2,39
Орел 23,0 4,80 1,10 1,34 1,44
Пермь 47,6 6,90 1,59 1,93 2,07
Псков 17,9 4,23 0,97 1,18 1,27
Ростов-на-Дону 8,2 2,86 0,66 0,80 0,86
Рязань 34,9 5,91 1,36 1,65 1,77
Самара 44,9 6,70 1,54 1,88 2,01
Санкт-Петербург 18,3 4,28 0,98 1,20 1,28
Саратов 26,6 5,16 1,19 1,44 1,55
Сургут 93,3 9,66 2,22 2,70 2,90
Тюмень 56,5 7,52 1,73 2,10 2,25
Челябинск 56,6 7,52 1,73 2,11 2,26
Ярославль 38,5 6,20 1,43 1,74 1,86

Свайно-ленточные

Свайно-ленточный фундамент, который можно применить при строительстве стоит немногим дороже, чем мелкозаглублённый. Однако его устройство позволяет нести нагрузку до 12 тонн на погонный метр. Но пригоден этот тип фундамента, если грунтовые воды расположены низко, а промерзание не превышает 1,8 метра. В таких условиях свая может сломаться от сил, действующих в толще земли.

Для среднепрочных грунтов и для нагрузки, не превышающей 8 т/п. м, такой фундамент считается универсальным. Он допускается СНиП и это подтверждает расчет. Такие конструкции сборного фундамента могут иметь тяжёлый и усиленный варианты. В этих случаях используются сваи, забитые ниже глубины промерзания и усиленная лента. В зависимости от нагрузки выбирается соответствующая СНиП толщина свай, её армирование и схема установки.

Основным препятствием для установки свайно-ленточного основания может стать отсутствие бетона марки М300 для заливки фундамента со сваями. Песок должен быть не речным, крупной фракции. Бетон этой марки без соответствующего оборудования изготовить невозможно.

Блочный фундамент

Ленточный сборный фундамент строят, когда грунтовые воды не позволяют использовать более дешёвые варианты. Однако такое основание несёт нагрузку до 7 тонн на погонный метр, то есть пригоден для малоэтажного строительства. Лента сборная, и её поперечная жёсткость не выдерживает большой нагрузки. Такая конструкция применима и для мелкозаглубленных фундаментов. Одной из разновидностей являются фасонные блоки. Это один из лучших вариантов для кирпичного двухэтажного дома, что подтверждает расчет и стандарт СНиП.

Порядок устройства фундамента

Ленточный фундамент после того как расчёт произведён, и соответствует СНиП, обустраивается в определённой последовательности.

  1. Строительная площадка освобождается от гумусного слоя, который выносится не менее 1,5 метра за периметр контура. Проводится выравнивание площадки.
  2. Выполняется разметка траншеи с установкой колышков по нивелиру или с применением подручных средств.
  3. Выполняется траншея, внизу устраивается подушка против пучения из крупного песка.
  4. Заливается слой гидроизоляции из бетона низкой марки, чтобы в дальнейшем не уходило цементное молочко вглубь.
  5. Устанавливается опалубка, как требует расчет. При этом стенки сбитых щитов укрепляются и стягиваются изнутри, чтобы не произошло распирания стенок бетоном при заливке.
  6. Устанавливается предварительно подготовленный арматурный каркас.
  7. Заливается бетон и застывает в течение двух недель.
  8. Разбирается опалубка, и засыпаются грунтом все пазухи между монолитом и грунтом.

При обустройстве фундамента все работы по установке опалубки должны учитывать, что во время заливания, бетон распирает стенки и может разрушить плохо укреплённую конструкцию.

Доска на опалубку используется обрезная, толщиной в 40 мм. Детали для укрепления называют хомуты, распорки, подпорки.

Две недели необходимо для того чтобы фундамент набрал 70% заявленной прочности. В дальнейшем можно начать возведение фасада, зная, что с ростом стен фундамент будет укрепляться ещё две недели.

Изготовление опалубки

Доска на опалубку используется обрезная, толщиной в 40 мм. Детали для укрепления называют хомуты, распорки, подпорки. Направляющие устанавливают на дно траншеи. Потребность в строительном материале заложена в расчет при проектировании. Собирается опалубка согласно СНиП на гвозди длиной в 150 мм, которые забиваются изнутри, а снаружи не загибаются. Это позволяет позже использовать ценный материал для деревянных стропил или зашивки фронтонов. Несъёмная опалубка используется при поверхностных грунтовых водах.


Смотрите также