Рекомендации по проектированию и расчету малозаглубленных фундаментов на пучинистых грунтах

Содержание

Рекомендации по проектированию и расчету малозаглубленных фундаментов на пучинистых грунтах, Информационный материал от 01 января 1985 года

Рекомендации по проектированию и расчету малозаглубленных фундаментов на пучинистых грунтах

Настоящие Рекомендациисодержат основные положения по проектированию и расчетумалозаглубленных фундаментов, возводимых на сезоннопромерзающихпучинистых грунтах-основаниях с учетом восприятия деформацийморозного пучения.

В них изложены методы выбора оптимальныхконструктивных схем фундаментов в зависимости от степенипучинистости грунтов, методы расчета деформаций и сил морозногопучения грунтов, воздействующих на фундаменты, а также расчетыэксплуатационной надежности легких зданий с учетом жесткости ихконструкций и назначения противопучинных мероприятий.

Рекомендации разработаныв лаборатории оснований и фундаментов на пучинистых грунтах НИИОСПдокт. техн. наук В.О.Орловым совместно с канд. техн. наукВ.С.Сажиным (ЦНИИЭПсельстрой Минсельстроя СССР) при участии докт.техн. наук М.Ф.Киселева, кандидатов техн. наук В.Г.Буданова,А.В.Садовского, А.Н.Скачко, инж. Р.В.Жабровой и В.Г.Морозова.

Рекомендации одобренысекцией “Фундаментостроение на мерзлых грунтах” научно-техническогоСовета НИИОСП и рекомендованы к изданию.

Рекомендациипредназначены в качестве практического пособия при изысканиях,проектировании и строительстве малоэтажных зданий и сооружений ивыпущены взамен “Руководства по проектированию мелкозаглубленныхфундаментов на пучинистых грунтах” (ЦНИИЭПсельстрой, М., 1982).

ВВЕДЕНИЕ

Одной из важнейшихпроблем в фундаментостроении является дальнейшее обоснование иразработка экономичных проектно-конструкторских решений поустройству оснований и фундаментов на сезоннопромерзающихпучинистых грунтах.

Решение данной проблемынеразрывно связано с учетом и предупреждением воздействий морозногопучения грунтов основания на фундаменты и конструкции зданий исооружений.

Обоснованная оценка деформаций и сил морозного пучениягрунтов, глубина заложения фундаментов, а также разработкапротивопучинных мероприятий и приспособление конструкций сооруженийк работе в пучинистых грунтах – вот тот необходимый переченьосновных задач, решение которых обеспечивает устойчивость,эксплуатационную надежность и долговечность сооружений.

Широко распространенным впрактике строительства мероприятием, обеспечивающим устойчивостьсооружений (зданий) на пучинистых грунтах, до настоящего времениявляется заложение фундаментов ниже расчетной глубины сезонногопромерзания.

Если для зданий I и II классов глубина заложенияфундаментов, исходя из расчетного давления на основание,назначается, как правило, большей, чем глубина сезонногопромерзания грунтов, то для малоэтажных легких зданий III классаглубина заложения фундаментов при расчете основания по двум группампредельных состояний может быть ограничена слоемсезоннопромерзающего грунта.

При строительствемалоэтажных зданий, преимущественно сельскохозяйственногоназначения, нагрузка на 1 м ленточных фундаментов, в основном непревышает 80-120 кН (8-12 тс), а на столбчатые фундаменты – 200 кН(20 тс). Небольшие нагрузки на фундаменты обусловливают повышеннуючувствительность зданий к силам морозного пучения.

Это особеннопроявляется в условиях глубокого сезонного промерзания пучинистыхгрунтов, что приводит к значительному расходу материальных итрудовых ресурсов, а следовательно, к удорожанию стоимостистроительства. Так, в районах с глубоким промерзанием грунтов долязатрат на работу по нулевому циклу составляет от 25 до 50% общейстоимости строительства всего одноэтажного здания.

Настоящие Рекомендацииразработаны с целью развития и дополнения к требованиям главыСНиП 2.02.

01-83 [1], согласнокоторой глубину заложения фундаментов допускается назначатьнезависимо от расчетной глубины промерзания, если специальнымиисследованиями и расчетами установлено, что деформации грунтовоснования при их промерзании и оттаивании на данной площадке ненарушают эксплуатационную пригодность здания.

При этом онинаправлены на снижение материалоемкости и стоимости малоэтажныхзданий за счет применения так называемых малозаглубленныхфундаментов с глубиной заложения в пределах слоясезоннопромерзающего пучинистого грунта, а также за счет сниженияобъема работ нулевого цикла.

Предлагаемые расчеты иконструктивные решения предусматривают использование пучинистыхгрунтов основания по второй группе предельных состояний, т.е. подеформациям от морозного пучения, не превышающим величин, предельнодопустимых для нормальной эксплуатации зданий.

Для реализации принципарасчета малозаглубленных фундаментов по деформациям пучения вРекомендациях приводится методика, основанная на исследованиизакономерностей деформаций и сил морозного пучения грунтов исовместной работы фундаментов и оснований.

Согласно этой методикепри расчете деформаций морозного пучения учитываются как измененияфизических свойств промерзающего грунта и соответственно величиныего деформаций в зависимости от передаваемого на основаниедавления, так и характер изменения сил морозного пучения врезультате перемещений фундамента до предельно допустимых величин.Кроме того, методика учитывает тип и размеры фундамента, жесткостьконструкций зданий и т.п.

Выбор типа и конструкциифундамента, как и назначение противопучинных мероприятий должнырешаться путем сравнения вариантов фундаментов на основетехнико-экономического анализа с учетом конкретных условийстроительства, включая геологические и гидрогеологические условия,обусловливающие степень пучинистости промерзающих грунтов.

Воснову Рекомендаций положены обобщенные результаты многолетнихэкспериментальных исследований морозного пучения грунтов и еговоздействий на сооружения с использованием передового опытаэкспериментального строительства зданий на малозаглубленныхфундаментах.

1.ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. НастоящиеРекомендации разработаны в развитие главы СНиП 2.02.

01-83 “Основания зданий исооружений” и предназначены для расчета, проектирования иустройства малозаглубленных фундаментов под одно- и двухэтажныежилые, общественные и промышленные здания (сооружения),преимущественно сельскохозяйственного назначения, возводимые напучинистых грунтах-основаниях с нормативной глубиной сезонногопромерзания грунтов до 1,7 м.

1.2. НастоящиеРекомендации допускается использовать в качестве практическогопособия при нормативной глубине сезонного промерзания пучинистыхгрунтов более 1,7 м, если малозаглубленные фундаменты проектируютсядля экспериментального строительства.

1.3.

Рекомендациипредусматривают расчет и проектирование морозоопасных оснований повторой группе предельных состояний (по деформациям), согласнокоторой рассчитываются как осадки основания, так и его деформацииот морозного пучения грунта, промерзающего под фундаментом.

Расчет деформацийоснования от внешней нагрузки, вызывающей осадки, просадки,горизонтальные перемещения, производится в соответствии с главойСНиП 2.02.01-83.

1.4. Деформацииоснования, вызванные пучением грунта под подошвой фундамента, недолжны превышать предельно допустимые деформации, величина которыхзависит от конструктивных особенностей зданий.

Расчет морозоопасногооснования по деформациям включает обязательную проверкуэксплуатационной надежности здания при действии на фундаментыкасательных сил морозного пучения.

1.5. Основнымтребованием, ограничивающим возможность использования морозоопасныхоснований по деформациям морозного пучения, является выборстроительной площадки с грунтами, однородными по составу в планеплощадки и по глубине той части сезоннопромерзающего слоя, котораяпроектируется в качестве основания.

1.6.

Проектированиюзданий на пучинистых грунтах должны предшествовать обоснованныерезультаты инженерно-геологических и гидрогеологических изысканийна участках строительства, способные обеспечить достоверныймноголетний прогноз деформаций промерзающих грунтов основания иназначение необходимых противопучинных мероприятий. Материалыизысканий должны также содержать климатологические данные о районестроительства, включая нормативную глубину сезонного промерзания[1].

1.7. При проектированииоснований и фундаментов на пучинистых грунтах необходимопредусмотреть мероприятия, направленные на уменьшение деформацийконструкций зданий.

Прочность и долголетняя эксплуатационнаянадежность зданий на пучинистых грунтах достигается использованиемкомплекса инженерно-мелиоративных (тепло- и гидромелиорация),строительно-конструктивных и физико-химических мероприятий, приназначении которых следует исходить из требований, приведенных вруководствах [2-3].

1.8. НастоящиеРекомендации содержат сведения по выявлению и расчету деформаций исил морозного пучения грунтов.

Вусловиях возможного проведения в течение ряда лет полевыхисследований пучинистых свойств промерзающих грунтов на площадках,близких к участкам застройки, следует учитывать рекомендации,приведенные в Руководстве [4].

При этом деформации морозногопучения грунтов определяются посредством инструментальныхнаблюдений за положением поверхностных и глубинных реперов (марок),а также пучиномеров согласно инструкциям, разрабатываемымведомственными НИИ, и детального обследования территориизастройки.

2.ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

2.1. Под малозаглубленнымфундаментом на морозоопасном основании (естественном,искусственном, уплотненном и т.п.) понимается любой тип фундамента,глубина заложения которого не превышает нормативную глубинупромерзания пучинистого грунта основания. При этомпредусматривается, что вертикальная нагрузка от сооруженияпередается только на основание под подошвой фундамента.

2.2. Основания,подвергающиеся сезонному промерзанию-оттаиванию, должныпроектироваться с учетом морозного пучения грунтов.

Под морознымпучением понимается внутриобъемное деформирование промерзающихвлажных почв, нескальных пород и грунтов, приводящее к увеличениюих объема вследствие замерзания в них воды и образования ледяныхвключений в виде прослойков, линз, поликристаллов и т.п.

Припоследующем оттаивании в этих грунтах протекает обратный процесс,сопровождающийся их осадкой, разуплотнением и снижением несущейспособности.

Таким образом, при проектировании зданий намалозаглубленных фундаментах необходимо учитывать сезонныезнакопеременные деформации основания, проявляющиеся в виде подъемаи оседания его поверхности.

Морозное пучениевыражается, как правило, в неравномерном поднятии слояпромерзающего грунта, причем напряжения, возникающие в грунте припучении, оказывают существенное воздействие на фундаменты иназемные конструкции зданий.

2.3. Характеристикамипучинистых грунтов являются:

величина (деформация)морозного пучения , представляющая собой высоту поднятияпромерзшего грунта в данной точке;

интенсивность пучения, характеризующая пучение элементарного слояпромерзающего грунта;

относительное пучение(или коэффициент пучения) , определяемое по формуле

, (2.1)

где – мощность слоя промерзающего грунта.

2.4.

При назначенииглубины заложения фундаментов, исходя из условия влияния морозногопучения на эксплуатационную надежность зданий, следует учитывать,что интенсивность этого процесса зависит от таких факторов, какдисперсность и плотность грунта, его влажность и глубина залеганияподземных вод, температурный режим в период его промерзания инагрузка, передаваемая на фундамент. В зависимости от указанныхфакторов все грунты подразделяются на пучинистые инепучинистые.

2.5. К пучинистымотносятся все глинистые грунты, пески мелкие, пылеватые, а такжекрупнообломочные грунты, содержащие глинистый заполнитель вопределенном количестве (см. п.2.7).

Крупнообломочные грунты спесчаным заполнителем, пески гравелистые, крупные и средние, несодержащие пылевато-глинистых фракций, считаются непучинистымигрунтами при любом уровне безнапорных подземных вод; приводонасыщении этих грунтов в условиях замкнутого объема ониотносятся к группе слабопучинистых грунтов.

2.6. По степенипучинистости все глинистые грунты подразделяются на пять групп(табл.1). Принадлежность глинистого грунта к одной из этих группоценивается параметром , определяемым по формуле

, (2.2)

где , , – расчетные значения влажности в слоесезонного промерзания грунта, соответствующие природной, награницах раскатывания и текучести, доли ед.; значение определяется по прил.1;

– критическая влажность, доли ед.

, нижезначения которой в промерзающем глинистом грунте прекращаетсяперераспределение влаги, вызывающей морозное пучение; определяется по графику рис.

1;

– безразмерный коэффициент, численно равныйпри открытой поверхности промерзающего грунта абсолютному значениюсредней зимней температуры воздуха, определяемой в соответствии сглавой СНиП 2.01.

01-82″Строительная климатология и геофизика”, а при отсутствии в нейданных для конкретного района строительства – по результатамнаблюдений ближайшей гидрометеорологической станции.________________

*На территории Российской Федерации документ не действует. ДействуютСНиП23-01-99, здесь и далее по тексту. – Примечание изготовителябазы данных.

Таблица1

Классификация промерзающих глинистых грунтов по степенипучинистости

НаименованиегрунтаНаименованиегрунта по степени пучинистости
Практическинепучи-нистый 0,01Слабо-пучинистый 0,01

Источник: http://docs.cntd.ru/document/464661026

Мелкозаглубленный фундамент на пучинистом грунте: виды и особенности сооружения

Рекомендации по проектированию и расчету малозаглубленных фундаментов на пучинистых грунтах

Участки с такими почвенными составами представляют собой не самые лучшие варианты для проведения строительных работ, потому что приходится решать задачи по нейтрализованию сезонного пучения грунта, ведь его подвижки могут создавать опасность не только для фундаментной основы, но и всего сооружения. По этой причине опытные мастера советуют возводить мелкозаглубленный фундамент на пучинистом грунте, прекрасно справляющийся с создающимися нагрузками и не подвергающийся неравномерной осадке и деформированиям. Такой вид основания строится легко, подходит почти к любым объектам.

В чем опасность

Пучением почвы называют явление природы, которое может наблюдаться при совпадении пары факторов:

  • наличия воды;
  • понижения температурного режима ниже 0 градусов.

Вода является необычным веществом. Только она способна в момент замерзания расширяться, от чего почва увеличивает свои объемы. Одновременно с этим возникает напряжение, стремящееся вытолкнуть фундаментное основание из земли.

Деформирования равномерного характера особой опасности для здания не представляют, но при пучении они проходят неравномерно. В середине объекта температура почвенного покрова выше, воздействие пучения не такое сильное.

Ближе к краям это явление усиливается, так как прогрев от помещений понижается. Стены наружного типа поднимаются больше по сравнению с внутренними, что становится причиной образования в стенах и фундаментной основе трещин.

Виды фундаментов для пучинистых грунтов

При строительстве на таком почвенном составе рекомендуется использовать определенные фундаментные типы. Оптимальным вариантом считают устройство незаглубленных или мелкозаглубленных оснований, способных отлично противостоять природному явлению в зимнее время.

Мелкозаглубленный ленточный

Он пользуется популярностью, способен обеспечить надежность и продолжительную эксплуатацию, возводится просто, не требуя больших финансовых расходов.

Мелкозаглубленный столбчатый

Их используют, если опорные сваи можно смонтировать ниже уровня промерзания почвы. Эта особенность помогает экономить денежные средства на строительстве основы, сохраняя при этом ее высокую степень надежности.

Данный тип фундаментной основы устанавливается в случае, когда на участке имеется суглинок, близко залегают грунтовые воды, почва сырая и заболоченная.

При строительстве применяют стальные трубы, защищенные цементно-песчаным слоем, ж/б опоры, трубы из асбестоцемента, залитые внутри бетонным раствором.

На проблемных участках применяют и свайные фундаменты, которые особым спросом не пользуются.

Для их возведения требуется привлечение специальной техники, что влечет за собой непредвиденные расходы. Применяют данный вариант на землях с глубиной промерзания почвы от полутораметровой отметки.

Изготавливаются сваи из бетона или железобетона, может применяться древесина. Специалисты рекомендуют устанавливать следующие сваи: винтовые, набивные, ж/б простого и набивного типа. Если выбрали именно такой вариант для строительства, придется в обязательном порядке устраивать дренажную систему.

Выполнение работ

Технологический процесс строительства следующий: выполняется разметка, роется траншея, устраивается подушка, укладывается труба дренажа (если есть в этом необходимость), делается отмостка с утеплением и гидроизоляция, устанавливается армирующий каркас, заливается бетонный раствор или устанавливаются блоки, выполняется утепление. Ничего сложного здесь нет, и мелкозаглубленный фундамент на пучинистом грунте вы вполне сможете устроить своими руками. Чтобы процесс строительных работ не вызывал сложностей, приведем некоторые рекомендации по проектированию и расчету малозаглубленных фундаментов на пучинистых грунтах.

Подготовительные работы и расчет

Перед началом строительства мелкозаглубленного ленточного фундамента на пучинистых грунтах рассчитывается потребность в бетоне.

Массу его определяют, исходя из геометрических параметров фундаментной основы и плотности раствора. Чтобы найти объем основы, беру длину фундамента, равную периметру здания и длине внутренних стен несущего типа, умножают на ширину и высоту ленту, предварительно переведя значения в метры.

Плотность бетонного раствора зависит от его марки. Из его объема отнимаем потребность в арматуре (объем металла), и у нас получится необходимое количество бетонной смеси. Умножив это значение на показатель плотности бетона, получим его массу.

Переходим к подготовительным работам, для чего размеры фундаментной основы переносятся на участок местности, запланированный под строительство. Контуры размечаются шнуром, натянутым по колышкам.

Для построения ровного прямоугольника необходимо сравнить значения его диагоналей, которые должны оказаться равными.

Следующий этап строительства мелкозаглубленного ленточного фундамента на пучинистых грунтах своими руками – подготовка площадки под застройку. Ее необходимо очистить от мусора, снять верхний слой плодородной земли.

Траншею копают необходимой глубины. Как правило, эта величина составляет о пятидесяти до семидесяти сантиметров, двадцать из которых отводится под устройство песчаной подушки. После этого боковые стены фундаментной траншеи выстилаются материалом для гидроизоляции. Для этого используют толь или специальную пленку.

Слоями насыпается на дно траншеи песок и тщательно трамбуется, пока высота подушки не достигнет двух десятков сантиметров.

Построение опалубки

Лучше всего для этого использовать обрезные доски. Их прочно скрепляют, чтобы опалубочные щиты под давлением бетонной смеси не развалились.

Щиты выставляются вдоль фундаментной траншеи с двух сторон, подпираются брусами. Для придания дополнительной прочности их соединяют перемычками. Высота щитов должна соответствовать значению цокольной части, остающейся над поверхностью земли.

Армирование

Для того, чтобы придать бетонной смеси нужную прочность, в ее основу закладывают арматурный каркас. Для плетения сетки используют стальные прутья сечением 1.2 – 2 см, которые связываются простой проволокой.

Для каждого ряда используют от четырех до шести прутьев. Работа вполне выполнима своими руками, так как сетка вяжется легко. Фундаментная основа с таким каркасом прослужит значительно дольше, так как данный вариант меньше подвергается воздействию температурных перепадов.

На угловых участках понадобится дополнительно установить арматурные уголки.

Устанавливая в траншее арматурную решетку, рекомендуется использовать пластиковую трубу, из которой нарезаются подставки. Такая мера предосторожности необходима, чтобы острые края металла преждевременно не повредили гидроизоляционный слой.

Готовая сетка укладывается аккуратно, конструкция должна получиться единым целым, чтобы образовалась монолитная жесткость. Армированию уделяется особое внимание, так как каркас своей сутью представляет фундаментный скелет.

Гидроизоляция

Перед установкой арматурного каркаса устраивается гидроизоляционный слой. Для этого по песчаной подушке раскладывается простой полиэтилен, старый рубероид либо иные битумно-полимерные материалы.

Материал для гидроизоляции укладывается таким образом, чтобы его края выступали за щиты опалубочной конструкции.

Бетонирование

Заключительный этап строительства фундаментной основы – заливка в подготовленную траншею бетонного раствора. Его готовят непосредственно перед началом бетонирования. Для этого потребуются:

  • чистый песок;
  • цементный материал;
  • вода;
  • щебенка.

На марке цемента экономить не рекомендуется, так как от этого условия зависит прочность всего фундаментного основания.

Во время заливания смеси необходимо выполнять вибрирование, используя специальное оснащение или простую палку. Основная цель – удалить пузырьки воздуха, образующие пустотные участки. Такая работа придаст вашему фундаменту дополнительную прочность.

Смесь тщательно трамбуется и выравнивается, чтобы на поверхность фундамента легко выполнялась кладка строительных материалов.

Утепление фундаментной основы

Выполняется это в обязательном порядке. Утеплительный слой одновременно выполняет функции гидроизоляции, защищает фундаментную основу о пучения почвы, не позволяя ей промерзать под объектом. С этой целью фундамент утепляется снаружи, устраивается утепленная отмостка.

Для формирования утеплительного слоя применяют:

  • пенопласт;
  • пенополистирол экструдированный;
  • полиуретан в жидком состоянии.

Последний вариант подразумевает привлечение опытных специалистов, имеющих специальное оборудование для выполнения подобных работ. Чтобы сэкономить финансовые средства, многие застройщики использую один из первых двух способов утепления, технология которых практически не отличается.

Необходимо знать, что для утепления мелкозаглубленной фундаментной основы подходит не каждая марка пенопласта. Для таких работ рекомендуется использовать специальные материалы марки ПСБ-35 (50).

Пенополистирол считается более современным вариантом для утепления, отличается устойчивостью на сжатие, не пропускает влагу, является экологически безопасным материалом. Но стоимость его несколько выше, чем у пенопласта.

Эффективность утепления буде выше, если горизонтальный слой материала буде расположен по уровню фундаментной подошвы.

Наиболее эффективный метод – сочетание утеплительных мероприятий пенополистиролом по отмостке по уровню подошвы и самого основания до точки, где начинаются стены.

Утеплять только часть, находящуюся в земле, малоэффективно. В случае, если проектом предусмотрена цокольная часть, ее также необходимо утеплить.

Уложив утеплительный материал горизонтально, насыпается песчаная подушка. Вокруг фундамента выполняется отмостка из бетона или иного влагонепроницаемого материала.

В случае, если на строящемся объекте отсутствует отопление, пеноплекс рекомендуется заложить под основание фундаментной подошвы на всю длину лены. Под необогреваемые части (веранды, пристройки, гаражные помещения), чтобы их в момент пучения грунта не оторвало от основного объекта, под фундамент закладывают утеплительный материал.

Малозаглубленное ленточное основание по буронабивным сваям

Данный вариант фундамента включает в себя монолитную железобетонную ленту и буронабивные сваи. Этот мелкозаглубленный столбчатый фундамент на пучинистых грунтах можно возвести самостоятельно.

Сваи пройду через слой пучинистого грунта и упрутся в более плотные слои, отличающиеся лучшими несущими возможностями. Такой способ строительства фундамента оправдан и на участках с близким залеганием грунтовых вод.

Чтобы определить оптимальную глубину для бурения скважин, вкручивается пробная винтовая свая, определяющая, насколько глубоко залегает плотный слой. После этого бурятся скважины, в них устанавливаются асбестовые трубы, полиэтилен или рубероид, вставляется арматура, концы корой должны выступать сантиметров на сорок, заливается бетонный раствор.

Как только сваи застынут, можно начинать армирование монолитной ленты, соединяя общий каркас с кусками, выступающими из опорных элементов.

Заключение

Сезонные пучения почвы считаются серьезной проблемой, которую необходимо учесть в момент проектирования фундамента и всего объекта.

Но если тип основания выбран правильно, и предусмотрены все меры, позволяющие противостоять пучению, негативное воздействие на фундаментную основу минимизируется.

Это очень важно для эксплуатации будущего объекта, который может получить преждевременные разрушения.

Источник: https://betonov.com/fundament/lentochnyj/melkozaglublennyj-fundament-na-puchinistom-grunte.html

Рекомендации «Рекомендации по проектированию оснований и фундаментов на пучинистых грунтах»

Рекомендации по проектированию и расчету малозаглубленных фундаментов на пучинистых грунтах

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ОСНОВАНИЙ И ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ ГОССТРОЯ СССР

РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ НА ПУЧИНИСТЫХ ГРУНТАХ

ИЗДАТЕЛЬСТВО ЛИТЕРАТУРЫ ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ

MOCКBA-1972

СОДЕРЖАНИЕ

«Рекомендации по проектированию оснований и фундаментов на пучинистых грунтах» составлены по результатам научных исследований и обобщения передового опыта фундаментостроения на пучинистых грунтах.

В Рекомендациях изложены инженерно-мелиоративные, строительно-конструктивные и термохимические мероприятия по борьбе с вредным влиянием морозного пучения грунтов на фундаменты зданий и сооружений, а также даны основные требования к производству строительных работ по нулевому циклу.

Рекомендации предназначены для инженерно-технических работников проектных и строительных организаций, которые осуществляют проектирование и строительство фундаментов зданий и сооружений на пучинистых грунтах.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Действие сил морозного пучения грунтов ежегодно наносит народному хозяйству большой материальный ущерб, заключающийся в снижении сроков службы зданий и сооружений, в ухудшении условий эксплуатации и в больших денежных затратах на ежегодный ремонт поврежденных зданий и сооружений, на исправление деформированных конструкций.

В целях снижения деформаций фундаментов и сил морозного выпучивания Научно-исследовательским институтом оснований и подземных сооружений Госстроя СССР на основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований с учетом передового опыта строительства разработаны новые и усовершенствованы уже существующие в настоящее время мероприятия против деформации грунтов при их промерзании и оттаивании.

Обеспечение проектных условий прочности, устойчивости и эксплуатационной пригодности зданий и сооружений на пучинистых грунтах достигается применением в практике строительства инженерно-мелиоративных, строительно-конструктивных и термохимических мероприятий.

Инженерно-мелиоративные мероприятия являются коренными, поскольку они направлены на осушение грунтов в зоне нормативной глубины промерзания и на снижение степени увлажнения слоя грунта на глубине 2-3 м ниже глубины сезонного промерзания.

Строительно-конструктивные мероприятия против сил морозного выпучивания фундаментов направлены на приспособление конструкций фундаментов и частично надфундаментного строения к действующим силам морозного пучения грунтов и к их деформациям при промерзании и оттаивании (например, выбор типа фундаментов, глубины их заложения в грунт, жесткости конструкций, нагрузок на фундаменты, анкеровки их в грунтах ниже глубины промерзания и многие другие конструктивные приспособления).

Часть предлагаемых конструктивных мероприятий приведена в самых общих формулировках без надлежащей конкретизации, как, например, толщина слоя песчано-гравийной или щебеночной подушки под фундаментами при замене пучинистого грунта непучинистым, толщина слоя теплоизолирующих покрытий во время строительства и на период эксплуатации и др.; более детально даются рекомендации по размерам засыпки пазух непучинистым грунтом и по размерам теплоизоляционных подушек в зависимости от глубины промерзания грунтов по опыту строительства.

В помощь проектировщикам и строителям приводятся примеры расчетов конструктивных мероприятий и, кроме того, даны предложения по заанкериванию сборных фундаментов (монолитное соединение стойки с анкерной плитой, соединение на сварке и на болтах, а также замоноличивание сборных железобетонных ленточных фундаментов).

Рекомендуемые для строительства примеры расчетов по конструктивным мероприятиям составлены впервые, а поэтому они не могут претендовать на исчерпывающее и эффективное решение всех затронутых вопросов по борьбе с вредным влиянием морозного пучения грунтов.

Термохимические мероприятия предусматривают, главным образом, снижение сил морозного выпучивания и величин деформации фундаментов при промерзании грунтов.

Это достигается применением рекомендуемых теплоизоляционных покрытий поверхности грунта вокруг фундаментов, теплоносителей для обогрева грунтов и химических реагентов, понижающих температуру смерзания грунта и сил сцепления мерзлого грунта с плоскостями фундаментов.

При назначении противопучинных мероприятий рекомендуется руководствоваться в первую очередь значимостью зданий и сооружений, особенностями технологических процессов, гидрогеологическими условиями стройплощадки и климатическими характеристиками данного района.

При проектировании предпочтение должно отдаваться таким мероприятиям, которые исключают возможность деформации зданий и сооружений силами морозного выпучивания как в период строительства, так и за весь срок эксплуатации. Рекомендации составлены доктором технических наук М. Ф.

Киселевым.

Все предложения и замечания просьба присылать в НИИ оснований и подземных сооружений Госстроя СССР по адресу: Москва, Ж-389, 2-я Институтская ул., дом. 6.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящие Рекомендации содержат данные по проектированию и строительству фундаментов зданий, промышленных сооружений и различного специального и технологического оборудования на пучинистых грунтах.

1.2. Рекомендации разработаны в соответствии с основными положениями глав СНиП II-Б.1-62 «Основания зданий и сооружений. Нормы проектирования», СНиП II-Б.6-66 «Основания и фундаменты зданий и сооружений на вечномерзлых грунтах. Нормы проектирования», СНиП II-А.10-62 «Строительные конструкции и основания.

Основные положения проектирования» и СН 353-66 «Указания по проектированию населенных мест, предприятий, зданий и сооружений в северной строительно-климатической зоне» и могут быть использованы для инженерно-геологических и гидрогеологических изысканий, выполняемых в соответствии с общими требованиями по исследованию грунтов для строительных целей.

Материалы инженерно-геологических изысканий должны удовлетворять требованиям п. 1.6 настоящих Рекомендаций.

Примечание. Рекомендации не распространяются на площадки, где сезонное промерзание грунта сливается с вечномерзлым грунтом.

1.3. Пучинистыми (морозоопасными) грунтами называются такие грунты, которые при промерзании обладают свойством увеличиваться в объеме. Изменение объема грунта обнаруживается в поднятии при промерзании и опускании при оттаивании дневной поверхности грунта, в результате чего наносятся повреждения основаниям и фундаментам зданий и сооружений.

К пучинистым грунтам относятся пески мелкие и пылеватые, супеси, суглинки и глины, а также крупнообломочные грунты с содержанием в виде заполнителя частиц размером менее 0,1 мм в количестве более 30% по весу, промерзающие в условиях увлажнения. К непучинистым (неморозоопасным) грунтам относятся скальные, крупнообломочные с содержанием частиц грунта диаметром менее 0,1 мм, менее 30% по весу, Пески гравелистые, крупные и средней крупности.

Подразделение грунтов по степени морозной пучинистости

Степень пучинистости грунтов при консистенции ВПоложение уровня грунтовых вод Z в м для грунтов
песков мелкихпесков пылеватыхсупесейсуглинковглин
I. Сильнопучинистые при 0,5

Источник: https://docplan.ru/Data1/46/46326/index.htm

Фундамент на пучинистом грунте

Рекомендации по проектированию и расчету малозаглубленных фундаментов на пучинистых грунтах

Экономически обоснованная конструкция фундамента одного и того же деревянного дома будет значительно отличаться друг от друга в зависимости от разновидности грунтов основания.

Проиллюстрируем это на примерах и рассчитаем фундамент этого же деревянного дома, реконструкция которого описана на нашем сайте, на непучинистом, слабопучинистом и чрезмерно пучинистом грунтах. См.

соответственно страницы данного раздела Правильный фундамент, Расчет основания фундмента и приведенное ниже:

  • Расчет фундамента на песчаной подушке
  • Расчет фундамента на винтовых сваях

Аналогично могут быть расчитаны фундаменты малоэтажных зданий других типов, за исключение плитных. Примеры расчета фундамента с учетом жесткости конструкции здания приведены в действующих в настоящее время ОСН АПК 2.10.01.001-04 “Проектирование мелкозаглубленных фундаментов малоэтажных сельских зданий на пучинистых грунтах”.

Нагрузки на фундамент

Значения основного сочетания нагрузок для расчета основания фундамента реконструируемого деревянного здания согласно 5.2.1 [II] с принятами коэффициентами надежности по нагрузке γf согласно [IX], равна

F=F1-Gf,rec=88,12-16,72=71,49 кН.

Нагрузка на основание от фундамента для расчета оснований и фундаментов на воздействие сил морозного пучения грунтов с принятым коэффициентом надежности по нагрузке γf=0,9, согласно [7.4.2,XV], равна

Fm=F2-0,9×Gf,rec=88,21-0,9×16,72=73,16 кН.

Характеристики грунта основания

Допустим,что по испытаниям образцов грунта основания фундамета установлено, что на глубине 0,2-6,0 м залегает слой глины желто-коричневой, относящейся в соответствии с классификацией [X] к тяжелой (таблица Б.16), мягкопластичной глине (таблица Б.19), имеющий следующие характеристики:

  • плотность грунта ρ= 19,9 кН/м3,
  • плотность сухого грунта ρ= 15,2 кН/м3,
  • природная влажность W=31%,
  • влажность на границе текучести WL=37,
  • влажность на границе раскатывания Wp=16%,
  • число пластичности Ip=21,
  • показатель текучести IL=0,71,

Вычисленный по формуле (А.5, X) коэффициент пористости равен e=0.8. Принятые по таблице А2[II] значения удельного сцепления c=38,5 и коэффициента внутреннего трения φ=13°. Модуль упругости E=13,5 МПа (таблице А3[II]).

В соответствии с классификацией [X] грунт основания относится к тяжелой (таблица Б.16), мягкопластичной глине (таблица Б.19). Расчетный уровень подземной воды на глубине 1,69 м от дневной поверхности.

Для рассматриваемого участка строительства (г. Дмитров) нормативная глубина промерзания равна

dfn = d0√Mt = 0,23•√34,6 = 1,35 м    (5.3 [II])

  • где d0 -величина, принимаемая равной для суглинков и глин 0,23 м;
  • Mt – безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за год в данном районе, принимаемых по СП 131.13330

Глубина сезонного промерзания грунта

Нормативную глубину сезонного промерзания грунта ddf, м, принимают равной средней из ежегодных максимальных глубин сезонного промерзания грунтов (по данным наблюдений за период не менее 10 лет) на открытой, оголенной от снега горизонтальной площадке при уровне подземных вод, расположенном ниже глубины сезонного промерзания грунтов.(5.5.2 СП 22.13330.2016) Глубина сезонного оттаивания -определяется наибольшим за год расстоянием по вертикали от поверхности грунта (без учета растительного покрова) до кровли многолетнемерзлого грунта. (4.1.1 ГОСТ 26262-2014) Расчетная глубина сезонного промерзания грунта df, м, определяемая по формуле (5.4 [II]) составляет:

df = khdfn = 1•1,35 = 1,35 м.

Для наружных и внутренних фундаментов неотапливаемых зданий kh=1.

Cтепень морозного пучения грунта

Относительная деформации пучения εfh= 0,123, характеризующая степень морозного пучения грунта, определена по рисунку 6.11[II] по рассчитанному параменту Rf = 0,0154 и показателю текучести грунта основания IL=0,71. Параметр Rf вычислен по формуле (6.34 [II]).

Rf = 0,67•1,99•[0,012(0,31-0,1) + 0,31(0,31-0,203)2/0,291•0,16•5,882]=0,0153

При расчете параметра Rf использовались рассчитанные зачения полной влагоемкости грунта Wsat=29,1% и критической влажности Wcr = 20,5% определенной по рис. 6.12, [II].

По параметру Rf = 0,0153 (Рис. 6.11[II]) определяем степень морозного пучения грунта εfh=0,123. Грунт основания фундамента в соответствии с таблицей Б.27 [X] относиться к чрезмерно пучинистым.

Специфические грунты, к которым по СП 22.13330.2016 относятся пучинистые грунты, как оказывающие оказывают решающее влияние на проектные решения фундаментов деревянных домов, имеют III (сложную) категории сложности инженерно-геологических условий в соответствии с таблица А.1 СП 47.13330.

При заложении фундаментов выше расчетной глубины промерзания пучинистых грунтов (малозаглубленные фундаменты), согласно 6.8.10 [ii], необходимо проводить расчет по деформациям морозного пучения грунтов основания с учетом касательных и нормальных сил морозного пучения.

Столбчатый фундамент на песчаной подушке

Предварительно назначаем размеры бетонного столба фундамента: a×b×h=0.25×0.25×0.9 м, площадь основания столба Sст=0,25×0,25=0,0625 м2, глубина заложения d=0,5 м.

Вес столба фундамента из мелкозернистого бетона с объемным весом γ=21,7 кН/м3 равен Gf=0.0625×0.7×21,70=1,22 кН. Определям расчетное значение сопротивления глинистого грунта R, используя табличные (таблица Б.

3 [II], e=0,8, IL=0.71) значения сопротивления R0=229 кПа:

R = R0[1+k1(b-b0)/b0](d+d0)/(2d0)=229кПа×[1+0,125(0,25м-1,0м)/1,0м]×(0,5м+2,0м)/2×2,0м=156,5 кПа      (Б.1, II)

Расчетная нагрузка на основание меньше расчетного сопротивления грунта:

P=[F/11+ Gf)]/Sст=(71,49/11+1,22)/0,0625=123,52 кПа≤156,5 кПа,
следовательно предварительно выбранные размера назначены правильно (здесь 11-число столбов фундампента реконструируемого дома).

Согласно 6.8.10 [II] при заложении фундаментов выше расчетной глубины промерзания пучинистых грунтов (малозаглубленные фундаменты) необходимо проводить расчет по деформациям морозного пучения грунтов основания с учетом касательных и нормальных сил морозного пучения.

Устойчивость фундаментов на действие касательных сил морозного пучения

Устойчивость фундаментов проверяют по формуле:

τfhAfh – F ≤ γcFrf/γn , (7.29, [XV])

  • где τfh – значение расчетной удельной касательной силы пучения, кПа, следует определять опытным путем ;
  • A – площадь боковой поверхности фундамента, находящейся в пределах расчетной глубины сезонного промерзания, м2;
  • F – расчетная нагрузка на фундамент, кН, принимаемая с коэффициентом 0,9 по наиболее невыгодному сочетанию нагрузок и воздействий, включая выдергивающие (ветровые и т.п.).
  • Fr -расчетное значение силы, удерживающей фундамент от выпучивания, кН, принимаемое по указаниям 7.4.4;
  • γc – коэффициент условий работы, принимаемый равным 1,0;
  • γn – коэффициент надежности по назначению сооружения, принимаемый равным 1,1.

Для сооружений II и III уровней ответственности значения τfh допускается принимать по таблице 7.8 [7.4.3,XX] Приведенные в таблице 7.8 значения τfh относятся к поверхности бетонного фундамента. Для фундаментов из других материалов табличные значения τfh должны умножаться на коэффициент γaf, значения которого даны в приложении 3.В:

  • для бетонных поверхностей фундаментов, изготовляемых в металлической опалубке – 1,0;
  • для деревянных поверхностей, не обработанных масляными антисептиками – 1,0;
  • для деревянных поверхностей, обработанных масляными антисептиками – 0,9;
  • для металлических поверхностей из горячекатаного проката – 0,7

Для поверхностей фундаментов, покрытых специальными составами, уменьшающими силы смерзания, а также при применении других противопучинных мероприятий, значение следует принимать на основании опытных данных, полученных в полевых или лабораторных условиях.

Cогласно 2. приложение 3, [ОСН АПК 2.10.01.001-04 ] коэффициент условий работы основания по боковой поверхности фундамента γτ определяется по эмпирической зависимости:

γτ=1- √δ,     (1. приложение 3, [XX])

  1. где δ – ширина, м, пазух траншей (котлованов), заполненных засыпкой из непучинистого материала.

Проверяем устойчивость фундамента на воздействие касательных сил морозного пучения грунта

γтτfhAfh-F=(1- √0)×123,0×0,3 – 73,16/11+0,9×1,22≤0=29,160≤0 (7.29, [XV])

при этом Afh=Sст×d=0,0625×0,5=0,3 м2.
Условие (7.29, [XV]) не выполняется!

Рассмотрим возможность снижения величины касательных сил устройством врезаемой подушки.

Песчаная подушка

Допустим, что столбчатый фундамента устраивается на врезаемой в грунт основания подушке из песка средней крупности, который предполается уплотнить до состояния средней плотности e=0,6 и достижения плотности сухого грунта ρd=1,6 г/см3. Плотность частиц грунта ρs=2,65г/см3. Расчетное сопротивление подушки Rп=0,25 МПа, E=30 МПа. (Таблица 11.18[XXI])

Так как мягкопластичная глина, в которую взрезается песчаная подушка подушка, находится в водонасыщенном состоянии (Sr=1.05) состоянии, то и песок подушки постепенно станет водонасыщенным, при этом влажность песка станет равной

Wsat=eρw/ρw=0,65×1,0/2,65=0,245,    (таблица 8 [ХVI])

плотность песка составит

ρ=ρd/(1+W)=1,6×(1+0,245)=1,99г/см3,   (А.8)

объемный вес –

γ=ρg=1,99т/м3×9,81м/сек2=19,54 кН/м3   (см. примечание 5.3.16 [II])

Проверяем возможность опирания фундамента на песчаную подушку по условию

P≤Rп=123,52≤250 кПа,

Производим расчет устойчивости фундамента при засыпке пазух котлована шириной δ=0,65 м песком средней крупности:

γтτfhAfh-F=(1- √0,65)×123,0×0,3-73,16/11+0,9×1,22≤0=-0,6≤0 (7.29, [XV])

Условие (7.29, [XV]) выполняется.

Расчет деформаций морозного пучения основания

Расчет выполняем в соответствии с ВСН 29-85 в следующей последовательности. Определем величину hf подъема ненагруженной поверхности глинистого грунта:

hf = εfh×df=0,123×135 см = 16,6 см.     (3. Приложение 3, [XX])

Величину подъема ненагруженного основания hfi при пучении грунта под подошвой фундамента после устройства песчанной подушки определяем по формуле строки 3 Приложения 4 Таблицы 1 (ТСН 50-303-99 (ТСН МФ-97 МО)) при глубине заложения фундамента основания d = 50 см и толщине подушки hп= 65 см

hfi = hf(1-(d+hп)/df)3/2=16,6×(1-(50+65)/135)3/2=0,947 см

В текстах ОСН АПК 2.10.01.001-04, отсутствует таблица, содержащая формулы для расчета подъема ненагруженного основания, на которую дана ссыла в 4. Приложения 3 ОСН АПК 2.10.01.001-04, мы использовали для расчета Таблицу 1 Приложения 4 (ТСН 50-303-99 (ТСН МФ-97 МО)).Отметим, что та же самая формула (4.10 Таблица 4) опубликована в Рекомендациях НИИОПС.

Величины подъема Su и относительной деформации ΔS/Lu ненагруженного основания меньше предельные допустимых (таблица 3 [XX],):

  • Su=0,925≤Su,max,=5 см
  • ΔS/Lu=0,947/154=0,0053≤Su,max= 0,006

Здесь 154 см – наименьшее расстояние мехду осями столбов фундамента.

Проверка прочности подстилающего слоя

Согласно 5.6.25 [II] при наличии в пределах сжимаемой толщи основания на глубине z от подошвы фундамента слоя грунта меньшей прочности, чем прочность грунта вышележащих слоев, размеры фундамента должны назначаться такими, чтобы для суммарного напряжения σz обеспечивалось условие

σz=(σzp-σzγ)+σzg≤Rz    (5.9 [II])

Источник: http://reconstruction.a1systems.su/fundament-na-puchinistom-grunte.html

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.