Выбор минимальной глубины заложения фундаментов

При проектировании и устройстве фундаментов из технико-экономических соображений стремятся принимать как можно меньшую глубину заложения их подошвы.

Глубина заложения фундаментов должна приниматься с учетом:

Ø назначения и конструктивных особенностей проектируемого сооружения, нагрузок и воздействий на его фундаменты;

Ø глубины заложения фундаментов примыкающих сооружений, а также глубины прокладки инженерных коммуникаций;

Ø существующего и проектируемого рельефа застраиваемой территории;

Ø инженерно-геологических условий площадки строительства (физико-механических свойств грунтов, характера напластований, наличия слоев, склонных к скольжению, карманов выветривания, карстовых полостей и пр.);

Ø гидрогеологических условий площадки и возможных их изменений в процессе строительства и эксплуатации сооружения;

Ø глубины сезонного промерзания грунтов.

Выбор оптимальной глубины заложения фундаментов в зависимости от учета указанных выше условий рекомендуется выполнять на основе технико-экономического сравнения различных вариантов.

Инженерно-геологические и гидрологические условия строительной площадки.В целях систематизации проф. Б. И. Далматов [6, 7] условно подразделяет инженерно-геологические условия строительной площадки на «слабые» и «надежные». В качестве «слабых» рассматриваются такие грунты, которые не могут обеспечить устойчивость фундаментов и сооружений в целом. И наоборот, «надежными» являются такие грунты, которые вполне обеспечивают устойчивость зданий и сооружений. Понятия «слабый» и «надежный» грунт весьма относительны. При проектировании сравнительно легких и тем более гибких сооружений даже сильносжимаемые грунты можно отнести к категории «надежных». В то же время при возведении тяжелых зданий и сооружений, не допускающих появления неравномерных деформаций, грунты со средней сжимаемостью могут оказаться «слабыми».

Грунтовые напластования делят на три схемы (рис. 2.4).

Схема I		Схема II		Схема III

Рис. 2.4. Схема напластований грунтов (по Б. И. Далматову): 1 – «надежный» грунт;

2 – «слабый» грунт

При залегании с поверхности «надежных» грунтов (схема I) глубина заложения фундаментов принимается минимальной (с учетом климатических условий и особенностей сооружения). Если с поверхности залегают «слабые» грунты, подстилаемые «надежными» грунтами, то наиболее рациональным решением будет прорезка «слабых» грунтов и передача нагрузки на «надежные» грунты с помощью свай, столбов, уплотненной песчаной подушки и т. д. (схема II). При грунтовых напластованиях по схеме III можно рекомендовать прорезку «слабых» грунтов с опиранием фундаментов на верхний слой «надежного» грунта в качестве распределительной подушки. Возможно также закрепление слоя «слабого» грунта одним из существующих способов.

климатологические особенности местности и их воздействие на верхние слои грунта

Рис. 2.5. Морозное пучение грунта при различном уровне подземных вод:

τ–касательные силы пучения; σ–нормальные силы пучения; d_f – расчетная глубина промерзания грунта; Dd – пучение поверхности грунта

Климатические факторы сказываются, прежде всего, на промерзании грунтов и связанном с ним морозном пучении. При промерзании грунта вода, заполняющая поры между частицами, расширяется и деформирует грунт, выпучивая его кверху (рис. 2.5).

Пучению подвержены пылеватые пески, суглинки и глины – мягкопластичные и текучие. Пески средней крупности, крупные и гравелистые относятся к непучинистым грунтам, и поэтому глубина заложения фундаментов на таких грунтах не зависит от глубины промерзания, табл. 2.1, (табл. 5.3 [23]).

Таблица 2.1

Грунт под подошвой фундамента	Глубина заложения фундаментов в зависимости от глубины расположения уровня подземных вод dw, м, при
	dW ≤ df +2	dw > df +2
Скальные, крупнообломочные с песчаным заполнителем, пески гравелистые, крупные и средней крупности	Не зависит от df	Не зависит от df
Пески мелкие и пылеватые	Не менее df	То же
Супеси с показателем текучести IL < 0	То же	"
То же, при IL ≥ 0	"	Не менее df
Суглинки, глины, а также крупнообломочные грунты с глинистым заполнителем при показателе текучести грунта или заполнителя IL ≥ 0,25	"	То же
То же, при IL < 0,25	"	Не менее 0,5 df
Примечания В случаях когда глубина заложения фундаментов не зависит от расчетной глубины промерзания df, соответствующие грунты, указанные в настоящей таблице, должны залегать до глубины не менее нормативной глубины промерзания dfn

Во всех остальных случаях глубина заложения фундаментов должна быть не меньше расчетной глубины промерзания грунтов:

d_f = k_h∙d_fn (2.1)

где d_fn – нормативная глубина промерзания, которая принимается как средняя из ежегодных максимальных глубин промерзания грунтов по данным наблюдений в течение 10 лет (для большинства территорий нашей страны d_fn– можно определить по СНиП «Строительная климатология»); k_h – коэффициент, учитывающий влияние теплового режима здания на промерзание грунта у наружных стен отапливаемых сооружений – по табл. 2.2, (табл. 5.2 [23]).

При промежуточных значениях температуры воздуха коэффициент k_h принимают с округлением до ближайшего меньшего значения, указанного в таблице. Приведенные в таблице значения коэффициента k_h относятся к фундаментам, у которых расстояние от внешней грани стены до края фундамента a_f < 0,5 м; если a_f ≥ 1,5 м, значения коэффициента k_h повышают на 0,1, но не более чем до значения k_h = 1; при промежуточном значении a_f значения коэффициента k_h определяют интерполяцией. К помещениям, примыкающим к наружным фундаментам, относятся подвалы и технические подполья, а при их отсутствии – помещения первого этажа.

Таблица 2.2

Особенности сооружения	Коэффициент kh при расчетной среднесуточной температуре воздуха в помещении, примыкающем к наружным фундаментам, °С
					20 и более
Без подвала с полами, устраиваемыми:
по грунту	0,9	0,8	0,7	0,6	0,5
на лагах по грунту	1,0	0,9	0,8	0,7	0,6
по утепленному цокольному перекрытию	1,0	1,0	0,9	0,8	0,7
С подвалом или техническим подпольем	0,8	0,7	0,6	0,5	0,4

конструктивные особенности возводимых зданий и сооружений. К особенностям сооружений, влияющим на выбор глу­бины заложения подошвы фундамента, относятся: наличие под­вальных помещений, приямков, глубоких фундаментов под оборудование, примыкание к фундаментам ранее построенных или будущих сооружений, характер подземного хозяйства около объекта строительства, а также конструкции самого фунда­мента (рис. 2.6). Обычно стараются предотвратить возможность наруше­ния структуры грунтов в основании фундамента при отрывке рядом более глубокого котлована.

При возведении сооружений в водоемах глубину заложения фундаментов назначают с учетом возможного размыва грунта.

Рис. 2.6. Выбор глубины заложения фунда­мента в зависимости от конструктивных осо­бенностей сооружения: а – здание с подвалом в разных уровнях и приямком;

б – изменение глубины заложения ленточного фундамента;

1 – фундаментные плиты; 2 – приямок; 3 – трубопровод; 4 – стена здания; 5 – подвал; 6 – ввод трубопро­вода; 7 – стеновые блоки

К особенностям сооружений относятся также нагрузки, пе­редаваемые на основание, чувствительность конструкций к не­равномерным осадкам, планируемая долговечность сооружений и их уникальность. При высоких сооружениях, например ды­мовых трубах, мачтах и т. п., глубина заложения фундаментов диктуется необходимостью значительного развития их в сто­роны.

Предварительное назначение размеров подошвы фундаментов мелкого заложения

Предварительные размеры фундаментов назначают по конструктивным соображениям или исходя из табличных значений расчетного сопротивления грунтов основания R₀ определяемого по таблицам приложения В [23]. Значениями R₀ допускается также пользоваться для окончательного назначения размеров фундаментов сооружений III уровня ответственности, если основание сложено горизонтальными (уклон не более 0,1), выдержанными по толщине слоями грунта, сжимаемость которых не изменяется в пределах глубины, равной двойной ширине наибольшего фундамента, считая от его подошвы.

Предварительно площадь подошвы фундаментов мелкого заложения определяется:

(2.2)

где – среднее значение удельного веса материала фундамента и грунта на его уступах, принимается равным 18÷ 20 кН/м³ для зданий без подвала и 16÷19 кН/м³ при наличии подвала; d_f – глубина заложения (высота фундамента).

Определение размеров фундаментов мелкого заложения при действии различных сочетаний нагрузок:

Размеры подошвы – ширина b и длина ℓ определяются:

1. Для центрально нагруженного отдельного фундамента (квадратная в плане подошва) размеры принимаются b = ℓ = ;

2. Для внецентренно нагруженного отдельного фундамента (прямоугольная в плане подошва) размеры принимаются с соотношением b/ℓ = 0,6÷0,85;

3. Для ленточных фундаментов расчет производится на 1 м длины фундамента – размеры принимаются ℓ = 1 м. b = А.