По проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП 2.02.01-83)

Москва 1986

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ОСНОВАНИЙ И ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ ИМ. Н.М. ГЕРСЕВАНОВА

(НИИОСП ИМ. ГЕРСЕВАНОВА) ГОССТРОЯ СССР

ПОСОБИЕ

по проектированию оснований зданий и сооружений

(к СНиП 2.02.01-83)

Утверждено

приказом по НИИОСП им. Герсеванова

от 1 октября 1984 г. № 100

Рекомендовано к изданию секцией Научно-технического совета НИИОСП им. Герсеванова Госстроя СССР.

Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП 2.02.01-83)/НИИОСП им Герсеванова, 1986.

Даны рекомендации, детализирующие основные положения по проек­тированию и расчету оснований и особенности проектирования основа­ний зданий и сооружений, вводимых в особых условиях.

Для инженерно-технических работников проектных, изыскательских и строительных организаций.

Табл. 143, ил. 85.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящее Пособие разработано к СНиП 2.02.01-83 и детализируют от­дельные положения этого документа (за исключением вопросов, связан­ных с особенностями проектирования оснований опор мостов и труб по насыпями).

В Пособии рассмотрены вопросы номенклатуры грунтов и методов определения расчетных значений их характеристик, принципы проектиро­вания оснований и прогнозирования изменения уровня подземных вод, вопросы глубины заложения фундаментов, методы расчета оснований по деформациям и по несущей способности, особенности проектирования оснований зданий и сооружений, возводимых на региональных видах гру­нтов, а также расположенных в сейсмических районах и на подрабатывае­мых территориях.

Текст СНиП 2.02.01-83 отмечен в Пособии вертикальной чертой слева, в скобках указаны соответствующие номера пунктов, таблиц и формул СНиП.

Пособие разработано НИИОСП им. Герсеванова (д-р техн. наук, проф. Е.А. Сорочан - разд. 1, подраздел «Расчет оснований по деформациям» разд. 2 («Определение расчетного сопротивления грунта основания», «Ра­счет деформации оснований с учетом разуплотнения грунта при разрабо­тке котлована»), разд. 4; канд. техн. наук А.В. Вронский - подразделы «Об­щие указания», «Нагрузки», «Расчет оснований по деформациям» («Об­щие положения», «Расчет деформаций оснований» и «Предельные дефо­рмации основания»), «Мероприятия по уменьшению деформаций осно­ваний и влияния их на сооружения» разд. 2; канд. техн. наук О.И. Игнатова - подразделы «Нормативные и расчетные значения характеристик грун­тов» и «Классификация грунтов» разд. 2; канд. техн. наук Л.Г. Мариуполь­ский - подраздел «Методы определения деформационных и прочностных характеристик грунтов» разд. 2; д-р техн. наук В.О. Орлов - подраздел «Глу­бина заложения фундаментов» разд. 2; канд. техн. наук А.С. Снарский - по­драздел «Расчет оснований по несущей способности» разд. 2; д-р техн. наук, проф. В.И. Крутов - разд. 3; д-р техн. наук П.А. Коновалов - разд. 5; канд. техн. наук В.П. Петрухин - разд. 7; канд. техн. наук Ю.М. Лычко - разд. 8; канд. техн. наук А.И. Юшин - разд. 9; д-р техн. наук, проф. В.А. Ильичев и канд. техн. наук Л.Р. Ставницер - разд. 10 при участии института «Фун­даментпроект» Минмонтажспецстроя СССР (инж. М.Л. Моргулис - подра­здел «Расчет оснований по несущей способности» разд. 2), ПНИИИС Гос­строя СССР (канд. техн. наук Е.С. Дзекцер - подраздел «Подземные воды» разд. 2), МИСИ им. Куйбышева (д-р техн. наук, проф. М.В. Малышев и инж. Н.С. Никитина - подраздел «Определение осадки за пределами линей­ной зависимости между напряжениями и деформациями» разд. 2; д-р техн. наук, проф. Э.Г. Тер-Мартиросян, канд. техн. наук Д.М. Ахпателов и инж. И.М. Юдина - подраздел «Расчет деформаций оснований с учетом разуплотнения грунта при разборке котлована» разд. 2), Днепропетровс­кого инженерно-строительного института Минвуза УССР (д-р техн. наук, проф. В.Б. Швец - разд. 6) и института «Энергосетьпроект» Минэнерго СССР (инженеры Н.И. Швецова и Ф.П. Лобаторин - разд. 11).

Пособие разработано под общей редакцией д-ра техн. наук, проф. Е.А. Сорочана.

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящее Пособие рекомендуется использовать при проектиро­вании оснований промышленных, жилых и общественных зданий и соору­жений всех областей строительства, в том числе городского и сельскохозя­йственного, промышленного и транспортного. В Пособии не рассматри­ваются вопросы проектирования оснований мостов и водопропускных труб.

1.2. Настоящие нормы должны соблюдаться при проектировании зда­ний и сооружений ¹.

Настоящие нормы не распространяются на проектирование оснований гидротехнических сооружений, дорог, аэродромных покрытий, зданий и сооружений, возводимых на вечномерзлых грунтах, а также оснований свайных фундаментов, глубоких опор и фундаментов под машины с дина­мическими нагрузками.

¹ Далее для краткости, где это возможно, вместо термина «здания и сооружения» используется термин «сооружение».

1.3(1.1). Основания сооружений должны проектироваться на основе:

а) результатов инженерно-геодезических, инженерно-геологических и инженерно-гидрометеорологических изысканий для строительства;

б) данных, характеризующих назначение, конструктивные и технологи­ческие особенности сооружения, нагрузки, действующие на фундаменты, и условия его эксплуатации;

в) технико-экономического сравнения возможных вариантов проект­ных решений (с оценкой по приведенным затратам) для принятия вариан­та, обеспечивающего наиболее полное использование прочностных и де­формационных характеристик грунтов и физико-механических свойств ма­териалов фундаментов или других подземных конструкций.

При проектировании оснований и фундаментов следует учитывать ме­стные условия строительства, а также имеющийся опыт проектирования, строительства и эксплуатации сооружений в аналогичных инженерно-гео­логических и гидрогеологических условиях.

1.4(1.2). Инженерные изыскания для строительства должны проводит­ся в соответствии с требованиями СНиП, государственных стандартов и других нормативных документов по инженерным изысканиям и исследо­ваниям грунтов для строительства.

В районах со сложными инженерно-геологическими условиями: при наличии грунтов с особыми свойствами (просадочные, набухающие и др.) или возможности развития опасных геологических процессов (карст, опо­лзни и т.п.), а также на подрабатываемых территориях инженерные изыс­кания должны выполняться специализированными организациями.

1.5. Инженерно-геологические и гидрогеологические изыскания долж­ны выполняться согласно требованиям:

а) главы СНиП по инженерным изысканиям для строительства;

б) ГОСТов на испытание грунтов (принимаются по прил. 2).

1.6(1.3). Грунты оснований должны именоваться в описаниях результа­тов изысканий, проектах оснований, фундаментов и других подземных ко­нструкций сооружений согласно ГОСТ 25100-82.

1.7(1.4). Результаты инженерных изысканий должны содержать дан­ные, необходимые для выбора типа оснований и фундаментов, определе­ния глубины заложения и размеров фундаментов с учетом прогноза воз­можных изменений (в процессе строительства и эксплуатации) инженер­но-геологических и гидрогеологических условий площадки строительства, а также вида и объема инженерных мероприятий по ее освоению.

Проектирование оснований без соответствующего инженерно-геоло­гического обоснования или при его недостаточности не допускается.

1.8. Результаты инженерно-геологических и гидрогеологических иссле­дований, излагаемые в отчете об изысканиях, должны содержать сведения:

о местоположении территории предполагаемого строительства, о ее климатических и сейсмических условиях и о ранее выполненных исследо­ваниях грунтов и подземных вод;

об инженерно-геологическом строении и литологическом составе тол­щи грунтов и о наблюдаемых неблагоприятных физико-геологических и других явлениях (карст, оползни, просадки и набухание грунтов, горные выработки и т.п.);

о гидрогеологических условиях с указанием высотных отметок появив­шихся и установившихся уровней подземных вод, амплитуды их колеба­ний и величин расходов воды; о наличии гидравлических связей горизон­тов вод между собой и ближайшими открытыми водоемами, а также све­дения об агрессивности вод в отношении материалов конструкций фунда­ментов;

о грунтах строительной площадки, в том числе описание в стратигра­фической последовательности напластований грунтов основания, форма залегания грунтовых образований, их размеры в плане и по глубине, воз­раст, происхождение и классификационные наименования, состав и сос­тояние грунтов. Для выделенных слоев грунта должны быть приведены физико-механические характеристики, к числу которых относятся:

плотность и влажность грунтов;

коэффициент пористости грунтов;

гранулометрический состав для крупнообломочных и песчаных грун­тов;

число пластичности и показатель текучести грунтов;

угол внутреннего трения, удельное сцепление и модуль деформации грунтов;

коэффициент фильтрации;

коэффициент консолидации для водонасыщенных пылевато-глинистых грунтов при показатели текучести I_L>0,5, биогенных грунтов и илов;

временное сопротивление на одноосное сжатие, коэффициент размяг­чаемости, степень засоленности и растворимости для скальных грунтов;

относительная просадочность, а также величина начального давления и начальной критической влажности для просадочных грунтов;

относительное набухание, давление набухания и линейная усадка для набухающих грунтов;

коэффициент выветрелости для элювиальных грунтов;

количественный и качественный состав засоления для засоленных гру­нтов;

содержание органического вещества для биогенных грунтов и степень разложения для торфов.

В отчете обязательно указываются применяемые методы лаборатор­ных и полевых определений характеристик грунтов.

К отчету прилагаются таблицы и ведомости показателей физико-меха­нических характеристик грунтов, схемы установок, примененных при по­левых испытаниях, а также колонки грунтовых выработок и инженерно-ге­ологические разрезы. На последних должны быть отмечены все места от­бора проб грунтов и пункты полевых испытаний грунтов.

Характеристики грунтов должны быть представлены их нормативными значениями, а удельное сцепление, угол внутреннего трения, плотность и предел прочности на одноосное сжатие скальных грунтов также и расчет­ными значениями.

В отчете должен быть также прогноз изменения инженерных условий территории (площадки) строительства при возведении и эксплуатации зда­ний и сооружений.

1.9. Данные о климатических условиях района строительства должны приниматься по указаниям главы СНиП по строительной климатологии и геофизике.

1.10. Для учета при проектировании оснований опыта строительства необходимо иметь данные об инженерно-геологических условиях этого района, о конструкциях возводимых зданий и сооружений, нагрузках, ти­пах и размерах фундаментов, давлениях на грунты основания и о наблюда­вшихся деформациях сооружений.

Наличие таких данных позволит лучше оценить инженерно-геологичес­кие условия площадки, а также возможность проявления неблагоприятных физико-геологических процессов и явлений (развитие карста, оползней и т.д.), характеристики грунтов, выбирать наиболее рациональные типы и размеры фундаментов, глубину их заложения и т.д.

1.11. Необходимо учитывать местные условия строительства, для чего должны быть выявлены данные о производственных возможностях строи­тельной организации, ее парке оборудования, ожидаемых климатических условиях на весь период устройства оснований и фундаментов, а также всего нулевого цикла. Эти данные могут оказаться решающими при выбо­ре типов фундаментов (например, на естественном основании или свай­ного), глубины их заложения, метода подготовки основания и пр.

1.12. Конструктивное решение проектируемого здания или сооруже­ния и условий последующей эксплуатации необходимо с целью прогнози­рования изменения инженерно-геологических и гидрогеологических усло­вий, в том числе и свойств грунтов, для выбора типа фундамента, учета влияния верхних конструкций на работу оснований, для уточнения требо­ваний к допустимой величине деформации и т.д.

1.13. Технико-экономическое сравнение возможных вариантов проект­ных решений по основаниям и фундаментам необходимо для выбора наи­более экономического и надежного проектного решения, которое исклю­чит необходимость его последующей корректировки в процессе строите­льства и позволит избежать дополнительных затрат материальных средств и времени.

1.14(1.5). Проектом оснований и фундаментов должна быть предусмо­трена срезка плодородного слоя почвы для последующего использования в целях восстановления (рекультивации) нарушенных или малопродуктив­ных сельскохозяйственных земель, озеленения района застройки и т.п.

1.15(1.6). В проектах оснований и фундаментов ответственных соору­жений, возводимых в сложных инженерно-геологических условиях, следу­ет предусматривать проведение натурных измерений деформаций основа­ния.

Натурные измерения деформаций основания должны также предусма­триваться в случае применения новых или недостаточно изученных конст­рукций сооружений или их фундаментов, а также если в задании на проек­тирование имеются специальные требования по измерению деформаций основания.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОСНОВАНИЙ

Общие указания

2.1. Проектирование оснований является неотъемлемой составной час­тью проектирования сооружения в целом. Статическая схема сооружения, конструктивное и объемно-планировочное решение, плановая и высотная привязки должны приниматься с учетом результатов инженерных изыска­ний на площадке строительства и технически возможных решений фунда­ментов.

2.2(2.1). Проектирование оснований включает обоснованный расче­том выбор:

типа основания (естественное или искусственное);

типа, конструкции, материала и размеров фундаментов (мелкого или глубокого заложения; ленточные, столбчатые, плитные и др.; железобето­нные, бетонные, бутобетонные и др.);

мероприятий, указанных в пп. 2.290-2.295(2.67-2.71), применяемых при необходимости уменьшения влияния деформаций основания на эксплуа­тационную пригодность сооружений.

2.3(2.2). Основания должны рассчитываться по двум группам предель­ных состояний: по первой - по несущей способности; по второй - по дефо­рмациям.

Основания рассчитываются по деформациям во всех случаях и по не­сущей способности - в случаях, указанных в п. 2.259(2.3).

В расчетах оснований следует учитывать совместное действие силовых факторов и неблагоприятных влияний внешней среды (например, влияние поверхностных или подземных вод на физико-механические свойства гру­нтов).

2.4. К первой группе предельных состояний оснований относятся: по­теря устойчивости формы и положения; хрупкое, вязкое или иного харак­тера разрушение; резонансные колебания; чрезмерные пластические де­формации или деформации неустановившейся ползучести.

Ко второй группе относятся состояния, затрудняющие нормальную эк­сплуатацию сооружения или снижающие его долговечность вследствие недопустимых перемещений (осадок, прогибов, углов поворота), колеба­ний, трещин и т.п.

2.5. Сооружение и его основание должны рассматриваться в единстве, т.е. должно учитываться взаимодействие сооружения со сжимаемым ос­нованием. Поскольку основание лишь косвенно влияет на условия эксплу­атации сооружения, состояние основание можно считать предельным лишь в случае, если оно влечет за собой одно из предельных состояний со­оружения.

2.6. Целью расчета оснований по предельным состояниям является выбор технического решения фундаментов, обеспечивающего невозмож­ность достижения основанием предельных состояний, указанных в п. 2.4. При этом должны учитываться не только нагрузки от проектируемого со­оружения, но также возможное изменение физико-механических свойств грунтов под влиянием поверхностных или подземных вод, климатических факторов, различного вида тепловых источников и т.д. К изменению влаж­ности особенно чувствительны просадочные, набухающие и засоленные грунты, к изменению температурного режима - набухающие и пучинис­тые грунты.

2.7. При проектировании необходимо учитывать, что потеря несущей способности основания, как правило, приводит конструкции сооружения в предельное состояние первой группы. При этом предельные состояния основания и конструкций сооружения совпадают. Деформации же осно­вания могут привести конструкции сооружения в предельные состояния как второй, так и первой группы, поэтому предельные деформации осно­вания могут лимитироваться как прочностью, устойчивостью и трещинос­тойкостью конструкций, так и архитектурными, эксплуатационно-бытовы­ми и технологическими требованиями, предъявляемыми к сооружению или размещенному в нем оборудованию.

2.8(2.4). Расчетная схема системы сооружение - основание или фунда­мент - основание должна выбираться с учетом наиболее существенных факторов, определяющих напряженное состояние и деформации основа­ния и конструкций сооружения (статической схемы сооружения, особен­ностей его возведения, характера грунтовых напластований, свойств грун­тов основания, возможности их применения в процессе строительства и эксплуатации сооружения и т.д.). Рекомендуется учитывать пространст­венную работу конструкций, геометрическую и физическую нелиней­ность, анизотропность, пластические и реологические свойства материала и грунтов.

Допускается использовать вероятностные методы расчета, учитываю­щие статистическую неоднородность оснований, случайную природу наг­рузок, воздействий и свойств материалов конструкций.

2.9. Расчетная схема системы сооружение - основание или фундамент - основание представляет собой совокупность упрощающих предложений относительно геометрической схемы конструкции, свойств материалов и грунтов, характера взаимодействия конструкции с основанием и схемати­зации возможных предельных состояний.

Одно и то же сооружение может иметь разную расчетную схему в за­висимости от вида предельного состояния, цели расчета, вида учитывае­мых воздействий и разработанности методов расчета.

2.10. Для расчета деформаций оснований используется преимущест­венно расчетная схема основания в виде линейно-деформируемой среды: полупространства с условным ограничением глубины сжимаемой толщи или слоя конечной толщины (см. п. 2.173(2.40).

Развитие деформаций основания во времени (консолидационное упло­тнение, ползучесть), а также анизотропию прочностных и деформацион­ных характеристик следует, как правило, учитывать при расчете основа­ний, сложенных водонасыщенными пылевато-глинистыми грунтами и илами.

2.11. Для расчета конструкций сооружений на сжимаемом основании помимо упомянутых схем могут применяться расчетные схемы, характе­ризуемые коэффициентом постели или коэффициентом жесткости, в ка­честве которых принимается отношение давления (нагрузки) на основание к его расчетной осадке. Такие характеристики удобны при необходимости учета неоднородности грунтов основания, в том числе вызванной нерав­номерным замачиванием просадочных грунтов, при расчете сооружений на подрабатываемых территориях и т.д.

2.12. В расчетах конструкций пространственно жестких сооружений во взаимодействии со сжимаемым основанием рекомендуется учитывать не­линейность деформирования грунтов. При этом допускается использовать упрощенные методы, в которых фундаменты сооружения заменяются не­линейно-деформирующимися опорами. Зависимость осадки таких опор от давления р рекомендуется принимать в виде

(1)

где - расчетная осадка опоры при давлении [( - расчетное соп­ротивление основания, определяемое по указаниям пп. 2.174-2.204(2.41-2.48)];

- предельное сопротивление основания - давление на основание, со­ответствующее исчерпанию его несущей способности [см. пп. 2.261-2.228(2.57-2.65)].

Расчет конструкций сооружений во взаимодействии с нелинейно-де­формирующимся основанием выполняется с применением ЭВМ.

Примервыбора расчетной схемы системы сооружение - основание.

Каркасно-панельное здание повышенной этажности, проектируемое на площадке, где в верхней зоне основания залегают пылеватые пески и суглинки с модулем деформации Е=15-20 МПа, подстилаемые известня­ками с модулем деформации Е=120 МПа, имеет фундамент в виде короб­чатой железобетонной плиты (рис. 1, а)

Рис. 1. К выбору расчетной схемы «здание - основание»»

а - здание повышенной этажности с фундаментами в виде сплошной пли­ты на основании с переменной сжимаемостью по глубине; б - протяжен­ное здание с ленточными фундаментами на основании с переменной сжи­маемостью в плане

При расчете несущих конструкций здания на ветровые нагрузки в ка­честве расчетной схемы в данном случае принимается многоэтажная ра­ма с жесткой заделкой стоек в уровне верха фундаментной плиты. Для оп­ределения усилий в фундаментной конструкции расчетная схема прини­мается в виде плиты конечной жесткости на линейно-деформируемом слое. При вычислении крена плиты ее жесткость можно принять бесконе­чно большой. При определении средней осадки плиты, а также при расче­те несущей способности основания допускается пренебречь жесткостью плиты и считать давление на основание распределенным по линейному за­кону.

Для расчета конструкций протяженного крупнопанельного жилого до­ма, имеющего в основании напластование грунтов с ярко выраженной не­равномерной сжимаемостью (рис. 1, б), целесообразно принять расчет­ную схему в виде равномерно загруженной балки конечной жесткости на основании с переменным коэффициентом жесткости.