Расчет несущей способности фундамента дома

Расчет основания по несущей способности

Изображение 1. Механика грунтов.

Под несущей способностью грунта следует понимать предельную нагрузку, которую он может выдержать без разрушения. На Изображении 1 показаны случаи, требующие выполнения расчета основания по несущей способности, которая обеспечит их собственную устойчивость и не допустит смещения фундамента основания по его подошве.

Необходимо перечислить случаи, показанные на Изображении 1, и определиться с теми, которые могут относиться к частному домостроению.

а) На сооружение действует горизонтальная сила. Такой расчет может потребоваться, если на подворье будут устанавливать вышку для генератора, работающего под действием силы ветра.

б) Предполагает расчет фундамента при наличии подпорной стены, на которую могут действовать горизонтальные силы, возникающие от собственного веса грунта.

в), г) Сооружение находится на откосе или близко к его краю.

д) Основанием является глинистый грунт, степень влажности которого S_τ= 0,5. На него действует вес дома. Это реально возможные ситуации.

е) Рассчитывают несущую способность для определения, насколько устойчив естественный склон.

Ленточный монолитный фундамент.

Кроме указанных случаев такой расчет фундаментов необходим, если дом построен на скальных грунтах или на фундамент могут действовать выталкивающие силы.

Далее обозначения в формулах такие, как и в нормативной строительной документации.

Чтобы несущая способность грунта обеспечивала надежность построенного на нем сооружения, необходимо проверить условие (1):

где F — нагрузка от всего сооружения с учетом всех систем жизнеобеспечения, передаваемая на основание фундаментом, кг, F_u — противодействующая сила основания, кг, γ_c — коэффициент, зависящий от типа грунта (см. таблицу №1), γ_n — коэффициент надежности, устанавливается в зависимости от класса сооружения: γ_n=1,2, 1,15, 1,1 для сооружений I, II, и III классов, соответственно.

Расчет оснований и фундаментов: правила вычислений Расчет оснований и фундаментов можно определить по несущей способности и деформации. В строительстве под естественным основанием понимается грунт, свойства которого определяют тип фундамента.

Определяем плотность почвы и уровень грунтовых вод

Чтобы определить уровень грунтовых вод в центре и по углам строительного участка необходимо проделать скважины глубиной в 2.5 метра. Спустя несколько часов после бурения на дне скважин появится вода — опустите в скважину деревянную рейку соответствующего размера и определите, какое расстояние от поверхности земли до начала воды в скважине.

Рис. 1.5:  Скопление грунтовых вод в пробной скважине

Учитывайте, что уровень грунтовых вод на разных сторонах выделенного под строительство участка может сильно отличатся — все расчеты необходимо осуществлять на основании самого высокого показателя УГВ.

В отличие от УГВ, точную плотность почвы самостоятельно определить невозможно. Делается это в лаборатории на основе данных полевых исследований с использованием специальной техники. Существует два основных метода определения плотности почвы — метод режущего кольца (для несвязных грунтов) и метод парафинирования (для связной почвы).

Метод режущего кольца заключается в заборе образца почвы с помощью кольца-пробоотборника, который в дальнейшем подлежит опрессовке, взвешиванию и расчету по нормативным формулам.

Рис. 1.6:  Реализация метода парафинирования почвы

При парафинировании из грунта вырезается образец объемом 0,5 м3, который покрывается слоем парафина. Масса образца определяется с помощью опускания его в резервуар с водой и определения объема вытесненной жидкости. Дальнейшие расчеты проводятся по типичным формулам.

Используемые приборы

Если принято решение возводить строение на основании, которое было в эксплуатации уже несколько лет, тогда в обязательном порядке производятся действия по определению несущей его способности. Для этой цели требуется специальное оборудование, например, как на фото ниже:

Рис. 1.1: прибор ОНИКС-ОС используется для произведения измерений на прочность бетона, способом отрыва со скалыванием.

На первом этапе происходит обследование фундамента здания. Вся работа имеет такую последовательность:

• Специалисты нашей компании изучают проектную документацию на фундамент.
• Производится анализ грунта на стройплощадке.
• Осматриваются поверхностные элементы основания.
• Инструментальное исследование основания.
• Происходит сбор всех предполагаемых нагрузок на фундамент, например, снег, ветер, масса всего строения и прочее.
• Отталкиваясь от предполагаемых нагрузок, происходит сопоставление с силой сопротивления грунта.

В конце специалисты определяют несущую способность. Возможно, будет принято решение об усилении существующего фундамента.

Рис. 1.2: прибор Пульсар 2.1 ультразвуковой измеритель, использующийся для определения прочности бетона

Определение типа грунтов

Для выполнения расчетов и построения геологического разреза необходимо определить типы грунтов. Сначала проводятся полевые геологические работы, в ходе которых на участке бурят несколько скважин.

В процессе бурения через равнее промежутки геологи изымают из толщи земли образцы породы, укладывают их в специальные контейнеры и подписывают. Весь изъятый материал ведут в лабораторию для дальнейшего исследования.

Определить пород и их характеристики самостоятельно невозможно. Для этого потребуется специальное оборудование и знания. Без помощи профессионалов можно только примерно определить тип породы с помощью простого метода. Из насыщенного водой грунта пробуют скатать «колбаску».

От полученного результата зависит пластичность:

• Длинный (до полуметра) жгут — высокая пластичность, грунт связный, частиц не видно. Это характерно для глинистых пород;
• Жгут получается коротким, образуются трещины, он рвется — пластичность средняя, грунт связный, в составе в основном присутствуют глинистые частицы, содержание песка от 10 до 30%. Это характерно для суглинков.
• В насыщенном водой состоянии жгут скатать невозможно — грунт несвязанный, состоят из заметных глазу частиц. Характерно для песка.

Рис. 3 Схема состава различных пород

Точно определить тип породы и его характеристики возможно только в лабораторных условиях.

Расчет

При расчете конструкций можно руководствоваться разными критериями и требованиями. До 1955 года в СССР применялись расчеты по допускаемым напряжениям. Выполнялось требование, чтобы спроектированная конструкция возможно меньшего сечения сохраняла свою прочность. Фактически, применялся единый коэффициент запаса для всех конструкций вне зависимости от способа их использования и условий работы[1].

С тех пор стал применяться метод расчета предельных состояний, учитывающий требования нормальной эксплуатации. Такой метод учитывает три предельных состояния (ПС) в зависимости от трёх требований к конструкциям[1].

• 1ПС — по несущей способности. Расчет должен был гарантировать прочность, устойчивость и выносливость конструкции.
• 2ПС — по деформации и перемещениям. Например перекрытие может прогнуться так, что не потеряет свою прочность, однако с эксплуатационной точки зрения вызовет ряд проблем, как например разрушение ограждающих конструкций, ненесущих стен, перегородок.
• 3ПС — по трещиностойкости. Ограничивается величина раскрытия трещин или не допускается их образование так, чтобы не было угрозы эксплуатации сооружения вследствие потери непроницаемости, коррозии элементов или местных разрушений.

Наибольшие нагрузки, возникновение которых не нарушит эксплуатации, называются нормативными. Произведение нормативных нагрузок на коэффициент перегрузок называется расчетными нагрузками[1].

Исходя из классификации нагрузок, все нагрузки могут действовать неодновременно. Поэтому при расчетах учитываются разные сочетания нагрузок (основные, дополнительные и особые). Основное сочетание включает все постоянные нагрузки, временные длительные и одну кратковременную, которая оказывает наибольшее влияние. Дополнительные сочетания содержат все длительные, временные длительные и все кратковременные нагрузки. В особых сочетаниях добавляется одна из особых нагрузок.

Самостоятельное определение типа грунта

Как уже говорилось ранее, важную роль при расчете фундамента имеет тип грунта на месте строительства. Так как геологические работы довольно дороги, не всегда целесообразно их заказывать, особенно при строительстве малоэтажных частных домов. Такие дома имеют обычно небольшой вес, который могут выдерживать большинство грунтов (кроме ила или торфяников). В таких случаях можно самостоятельно определить возможный тип грунта для использования его параметров в расчетах.

Для определения типа грунта необходимо сделать пробный колодец размером 0,8х0,8 м и глубиной до 2,5 м. Через каждые 0,5 м глубины берут пробу земли, маркируют ее и отделяют от других проб, защищая от осадков и внешних воздействий.

После взятия проб на всей глубине шурфа проводятся простые тесты, которые помогу определить тип основания:

1. Порцию грунта обильно смачивают водой и скатывают ладонями жгут диаметров 12-15 мм и длиной не менее 10-15 см. Далее жгут загибают в кольцо. Если при загибе кольцо распадается на мелкие фрагменты, с большой вероятностью можно предположить, что в данном месте грунт представлен супесями. Если же кольцо распадается на 2-3 фрагмента, то он представлен суглинками. Если кольцо остается целым — дом строится на глиняном основании.
2. Во втором тесте определяется пористость. Для этого из грунта вырезают кубик со стороной 10 см и взвешивают его. Вес кубика будет представлять объемную массу земли в ее естественном состоянии. Затем кубик уплотняют до максимально плотного состояния, удаляя воздушные поры, и снова взвешивают, определяя массу земли без пор. Соотношение объема каждого кубика к его массе — это объемный вес грунта в естественном и плотном состоянии. Отношение объемных весов обоих кубиков даст нам коэффициент пористости. По данному коэффициенту исходя из нормативных таблиц определяют предполагаемый тип основания. Если при вырезании или сжатии кубик рассыпается на фрагменты, то объем земли с порами известен по размерам кубика, а объем земли без пор можно определить мерным стаканом или другой емкостью.
3. Третьим показателем, который можно определить самостоятельно, является текучесть грунта. Он определяется субъективно по следующему критерию: если лопата сложно входит в землю, то текучесть равна нулю, если же лопата легко входит, но грунт прилипает к ней, то текучесть равна единице.

По показателям этих тестов определяется возможный тип земляного основания. Для того чтобы перестраховаться от ошибок, величину сопротивления можно взять чуть большую, чем та, которая характерна для определенного типа грунта.

Если же по результатам теста не удалось определить тип грунта или грунт оказался илистым или торфяным, то для расчета лучше пригласить специалистов.

Данная методика позволяет упростить расчет размера ленточного фундамента при строительстве малоэтажных частных домов. Она позволяет определить основные параметры будущего фундамента с достаточной точностью. Если же есть какие-либо сомнения в правильности расчетов, то лучше не рисковать и обратиться к специалистам.

Несущая способность буронабивной сваи

Буронабивные сваи — конструкции, обладающие наибольшими несущими характеристиками среди всех видов свай. 

Это сваи, сформированные в результате заполнения бетоном предварительно пробуренной скважины, они укреплены арматурным каркасом и, как правило, обладают уширенной опорной пятой, которая способствует равномерному распределению оказываемой на почву нагрузки.

Рис. 1.4:  Этапы создания буронабивных свай

Расчет несущих свойств буронабивных свай выполняется по формуле: Fdu = R×A+u×∫ ycf ×Fi×Hi, в которой:

• R — нормативное сопротивление почвы под опорной пятой сваи;
• А — площадь опорной пяты;
• u — периметр сечения свайного столба;
• Ycf — коэфф. условий работы грунта на боковой стенке столба (=1);
• Fi — среднее сопротивление боковой поверхности опорной пяты;
• Hi — толщина слоев почвы контактирующих с боковой стенкой свайного столба.
• R, Fi и Hi — это нормативные данные, которые вы можете взять из нижеприведенных таблиц.

Таблица 1.2:  Расчетные сопротивления на боковых стенка свай (Fi)

Таблица 1.3:  Расчетная толщина слоев почвы контактирующей с боковыми стенками сваи (Hi)

Таблица 1.4:   Сопротивление разных типов грунтов под опорной подошвой сваи (R)

Увидеть усредненные показатели несущих характеристик буронабивных свай вы можете в нижеприведенной таблице.

Таблица 1.5:  Несущая способность буронабивных свай

Как влияет глубина заложения фундамента на несущую способность оснований

Эскиз неравномерного поднятия дна котлована из-за неправильного расчета несущей способности основания

Почему глубоко погруженные основания менее склонны к разрушениям, чем мелкозаглубленные? Ведь мелкие основания нужно обязательно укреплять, подбирать оптимальную конструкцию свай и делать сложные расчеты. Причина здесь кроется в характере поведения грунтов на различных глубинах.

Так для песчаных оснований увеличение глубины погружения фундамента ведет за собой снижение осадки, а вот несущая способность резко увеличивается. Аналогичная ситуация наблюдается с любыми иными почвами, в составе которых есть песок в больших количествах.

Поэтому в зависимости от глубины заложения, различают мелкие и глубокие основания. Понятно, что для каждого типа приходится использовать свои строительные материалы и технику, но при этом надежность конструкций отличается в несколько раз.

Как происходит деформация песчаных грунтов под подошвой фундаментов мелкого заглубления? Сначала происходит укрупнение почвы под подошвой, затем она клиньями поднимается по разные стороны конструкции и формирует свободную полость под подошвой. Поэтому даже незначительные сдвиги и подвижки почвы, повлекут за собой частичное разрушение несущих конструкций. Часто наблюдаются сдвиги и провалы.

А вот фундаменты глубокого заложения разрушить значительно сложнее. Смещение почвы будет практически полностью нейтрализовано вертикальным перемещением почвы по сторонам поверхности основания, и в данном случае могут быть только локальные уплотнения почвы. Разрушение фундамента в третьей фазе деформации почвы имеет спокойный характер. Зависимость глубины фундамента от осадки на глинистых почвах практически не проявляется.

Таким образом, несущая способность оснований – это важный показатель состояния грунтов и пренебрегать им нельзя. Если правильно сделать расчет и учесть все факторы, то уже по готовому результату можно подобрать не только оптимальные размеры и форму будущего фундамента, но и обнаружить скрытые проблемы в уже существующем. И в дальнейшем оперативно принять меры по срочному ремонту или усилению конструкций, чтобы они не деформировались от внешнего воздействия.

Расчет

Расчет несущей способности — это основная цель геологических изысканий. Выполнять его можно только после определения типа пород внутри скважин и получения чертежей геологических разрезов на территории строительной площадки.

Чертеж поможет определить положение слоев пород в толще земли и даст представление о возможности строительства на площадке.

Несущая способность (R) определяется по формуле согласно алгоритму:

1. Значение R0 (сопротивление осевому сжатию) определяется с помощью таблицы и напрямую зависит от типа грунта;
2. Рассчитывается глубина промерзания. Это значение индивидуально для каждого региона. Будет зависеть от типа пород в верхних слоях;
3. Выбирается оптимальная глубина заложения в толще одного из прочных слоев непучинистого грунта, ниже глубины промерзания;
4. Выполняется расчет по формулам: R=R0*[1+k1*(b-100)/100]*(d+200)/2*200 — при принятой глубине заложения до 2 м и R=R0*[1+k1*(b-100)/100]+k2*g*(d-200) — когда глубина заложения превышает 2 м.

Данные для расчета:

• k1 — коэффициент берется из таблицы в зависимости от вида породы. 0,125 для устойчивых крупнообломочных или песчаных и 0,5 для глин, супеси и суглинков;
• k2 — применяется для расчетов несущей способности устойчивых пород (слежавшиеся крупнообломочные или песчаные породы);
• g — необходим для нахождения удельного веса грунта от подошвы слоя и до нижней части фундамента или следующего слоя;
• b — ширина, опирающейся на основание части фундамента;
• d — глубина заложения.

После нахождения фактической несущей способности ее сравнивают с требуемой. Если вторая будет больше первой, то придется менять конструкцию будущего дома (увеличивать площадь опирания фундамента на основание или глубину заложения, менять вид фундамента, выбирать в качестве основания другой, более прочный слой).

Пример расчета фундамента

Теперь подсчитаем примерно, какова масса дома размерами 6х6 из оцилиндрованного бревна. Древесина сосна естественной влажности.

Мы получили что суммарный масса дома составляет 13384 кг. Далее в этим данным нам необходимо прибавить полезную или по другому эксплуатационную нагрузку. Наш дом размером 6х6 имеет площадь 36 м 2. Одно перекрытие на уровне пола и одно чердачное. Подсчитаем:

36 м 2 х210 кг/м 2 =7560 кг

36 м 2 х105 кг/м 2 =3780 кг.

Просуммировав получаем 11340 кг.

Теперь найдем нагрузку от снежного покрова. Пусть наш дом находится в Москве, площадь горизонтальной проекции крыши составляет 49 м 2. По таблице находим что Москва находится в III климатической зоне и имеет снеговую нагрузки 180 кг/м 2 .

49 м 2 х 180 кг/м 2 =8820 кг.

Найдем ветровую нагрузку. Наш дом имеет площадь 36 м 2. Высоту 5,5 м.

(15х5,5м+40)*36м 2 =4410 кг

Масса дома – 13384 кг. Нагрузки: полезная – 11340 кг. снеговая – 8820 кг, ветровая — 4410 кг.

Просуммировав получаем 37954 кг. Так же необходимо прибавить 30% на возможные ошибки в расчетах. В итоге мы получим что нагрузка на фундамент составляет 49340 кг.

Теперь нам необходимо выбрать какой тип фундамента для нас оптимален. Для того чтобы это определить также необходимо знать глубину заложения фундамента о которых можно прочитать в предыдущих темах.

Предположим что грунт у нас песчаный с несущей способностью 2 кг/см 2. Если мы нагрузку на фундамент поделим на несущую способность грунта, то получим площадь подошвы фундамента.

49340 / 2 =24670 см 2 .

Зная площадь, которую должен занимать фундамент можно подобрать наиболее подходящую основу.

Пример расчета ленточного фундамента

Для этого площадь подошвы основания поделим на длину ленточного фундамента, а т.к. в доме есть еще внутренняя несущая стена то длина составит 30 м или 3000 см.

24670/3000=8,2 см. Мы получили, что минимальная ширина ленточного фундамента составит чуть больше 8 см. Но ширина основания должна быть больше толщины стен, а дом сделан из бревна диаметром 20 см, тогда минимальную ширину следует брать больше 20 см.

Подсчитаем необходимое количество бетона.При песчаных грунтах основание можно закладывать на глубину 0,5 м.

30 х 0,5 х 0,2=3 м 3 .

Пример расчета столбчатого фундамента

Будем делать столбы с шагом 1,5 м. Таким образом нам понадобится 19 штук. Можно взять больше количество, тогда диаметр столбов уменьшится. Если общую площадь фундамента поделить на количество столбов, то получи площадь подошвы одного столба.

24670 / 19=1298,4 см 2. Взяв корень получим столб размером 36х36 см.

Столбчатый фундамент необходимо закладывать на глубину промерзания грунта. Для Москвы примерно 1,4 м. Подсчитаем необходимое количество бетона.

0,36х0,36х1,4х19=3,4 м 3 .

Таким образом, мы получили, что в данном случае выгоднее ленточный фундамент

Следует обратить внимание, что расчет производился для песчаных грунтов, где глубина заложения ленточного фундамента минимальна. Если взят в расчет промерзающий глинистый грунт, то глубина заложения основания может увеличится в 2-3 раза, а следовательно увеличится расход бетона

Поэтому не ленитесь и подсчитайте какое основание лучше именно для вас.

Этапы исследования грунта

• на ткани или бумаге необходимо выложить образцы грунта и смочить грунтовой водой;
• после очистки грунта от мусора, его необходимо засыпать в банку и залить водой;
• в полившийся раствор добавляем средство для мытья посуды;
• плотно закрываем крышку и встряхиваем в течение 5 минут.
• после в течение 2-3 дней банку не нужно трогать, а затем по истечению приступаем к снятию некоторых показателей;
• отмечаем уровень осевшего песка, затем уровень ила, далее уровень самого грунта;
• с помощью получившихся данных можно высчитать процентное соотношение каждого вещества.

Определение УГВ

Важно: если уровень грунтовых вод будет отличаться в разных скважинах, для проведения расчетов необходимо использовать самый высокий УГВ.
Рис: Грунтовые воды в пробуренной скважине

Расчет фундамента на естественном основании по деформациям

Строения в процессе эксплуатации деформируются, и причиной этому могут быть вертикальные деформации оснований, на которых они построены. Такие деформации разделяют на осадки и просадки.

Схема внецентренно нагруженного свайного фундамента.

Коренное изменение сложившегося строения грунта называют просадкой. Причиной просадки может быть уплотнение почвы при замачивании. Рыхлый грунт может уплотниться при сотрясении. Иногда он начинает выпирать из-под подошвы фундамента. Таких изменений фундаментов по деформациям допускать нельзя. Вероятность их появления необходимо установить до начала строительства.

Если происходит уплотнение прочных грунтов из-за веса строения, в результате чего происходит осадка фундамента. такую деформацию оснований называют осадкой. Как правило, в результате осадки в элементах здания трещины не появляются. Если грунт оседает по-разному под каждой из частей здания, это и может явиться причиной появления трещин в отдельных элементах его конструкции.

Причиной неравномерности осадки грунта могут быть:

• разница плотностей и как следствие, неодинаковая их сжимаемость;
• разное расширение его слоев в результате сезонных промерзаний и оттаиваний;
• неодинаковая мощность пластов;
• различные нагрузки на грунт со стороны строения, что приводит его к разным напряженным состояниям.

Существуют две причины, из-за которых необходимо выполнять расчет оснований по деформациям. Одной из них являются близко стоящие от строительства сооружения, существенно отличающиеся по весу.

Схема не симметричного свайного фундамента с определением смещенного центра тяжести.

Второй причиной осадки фундаментов могут быть слабые грунты. Это насыпные почвы, рыхлые пески в глинистых типах, находящихся в текучем состоянии, грунты с большим содержанием органических остатков. В таких видах возможна деформация фундамента.

Расчет оснований состоит в проверке выполнения неравенства:

где S – расчетная абсолютная величина осадки; f – предельно допустимая осадка.

Предельные осадки, при которых не выполняется условие (2) могут быть причиной для формирования искусственного основания.

Значение S определяют путем проведения по установленной методике испытаний на сжимаемость в различных местах строительной площадки. В результате находят максимальное Е_max и минимальное Е_min значение модуля сжимаемости.

Основание считается таким, что его осадка мало зависит от сжимаемости, если Е_min = 200 кг/см², иначе необходимо проверить выполнение еще двух условий:

Существуют специальные таблицы, по которым определяют абсолютные значения деформации f. Не приводя таблицы, следует указать, что в зависимости от типа стен и отношения длины ленточного фундамента к высоте стены, максимальная осадка f изменяется от 8 до 15 см.

При отношении Е_max /Е_min <1,3 основание считают однородным и расчет фундамента на осадки не проводят.

Для строительства дома такие сложные расчеты выполнять самостоятельно нецелесообразно. Допущенная по неопытности ошибка может обернуться существенными материальными затратами.

Copyright 2014–2017, moifundament.ru

• работы с фундаментом
• Армирование
• Защита
• Инструменты
• Монтаж
• Отделка
• Раствор
• Расчет
• Ремонт
• Устройство

• Виды фундамента
• Ленточный
• Свайный
• Столбчатый
• Плитный

• Другое
• О сайте
• Вопросы эксперту
• Редакция
• Контакты

• Работы с фундаментом
  • Армирование фундамента
  • Защита фундамента
  • Инструменты для фундамента
  • Монтаж фундамента
  • Отделка фундамента
  • Раствор для фундамента
  • Расчет фундамента
  • Ремонт фундамента
  • Устройство фундамента
• Виды фундамента
  • Ленточный фундамент
  • Свайный фундамент
  • Столбчатый фундамент
  • Плитный фундамент

Какие факторы влияют на состояние грунта и основания

Таблица с указанием допустимой нагрузки на грунт для расчета несущей способности основания

На несущую способность влияет огромное количество различных факторов, среди которых стоит отметить:

• вид и характер нагрузок − вертикальная, наклонная, горизонтальная или, непосредственно, нагрузка под подошвой;
• распределение центра тяжести площади фундамента относительно эксцентричной нагрузки;
• размеры, характеристики, габариты и материал выполнения подошвы;
• структура грунта;
• форма подошвы;
• глубина погружения основания в грунт, а также наличие под подошвой мягких осадочных пород с малой сопротивляемостью;
• насколько ровно расположена подошва относительно горизонтали;
• степень однородности почвы;
• наличие внешних факторов, которые могут нанести вред подошве, такие как вибрация, сейсмические сдвиги, сезонный подъем грунтовых вод.

Все расчеты несущей способности оснований нужно делать по СНиП 2.02.01-83. Поэтому, обеспеченная несущая способность вычисляется по формуле:   F ≤ YcFu/Yn, где:

• F – это равнодействующая сила, она должна быть разнонаправлена к основной нагрузке;
• γ_с – коэффициент условий работы;
• F_u— это максимальное сопротивление основания всем нагрузкам;
• γ_n— коэффициент надежности по назначению сооружения, принимается равным 1,2; 1,15; 1,10 для сооружений I, II и III классов соответственно.

Формула Терцаги

Формула Терцаги описывает закономерность уплотнения грунтов и их компрессионное сжатие. Для исследования грунтов редко выбирают метод трехосного сжатия ввиду его сложности, метод одноосного сжатия можно применять лишь к узкому кругу грунтов. Именно поэтому Терцаги рассматривает одноосное сжатие в жесткой таре, где стенки не дают образцу деформироваться.

По мере уплотнения, то есть сокращения объема полостей, давление возрастает. В результате становится понятно, то сумма деформаций образца составляется из пластической и остаточной деформации. (ξ1= ξp+ ξв)

Рис. 4 График нагружения грунта

При выполнении повторного нагружения основанию передаются только упругие деформации.

Технология использования буронабивных свай

Главной особенностью использования буронабивных свай является их заливка непосредственно на месте строительства. Единственной сложностью является бурение скважин для заливки, так как это тяжелый ручной труд (тяжелая техника для бурения скважин не всегда может проехать до участка строительства при проблемных грунтах). Однако технологии не стоят на месте и строительный рынок предлагает множество решений для бурения скважин: от бензиновых до электрических непромышленных буров и бурильных установок. Особой надежностью обладают опоры с расширенной нижней частью, однако они более сложны в изготовлении.

Несущая способность буронабивных свай различного диаметра в зависимости от типа грунта.

Закладка фундамента такого типа представляет собой процесс бурения скважины необходимой глубины, в которую помещают каркас из арматуры. Армирование придаст свае прочность на изгиб или излом в горизонтальной плоскости. После расположения арматуры скважина заливается бетоном вровень с уровнем грунта или при необходимости выше него, но с сооружением соответствующей опалубки. Опалубку делают из подручных материалов (рубероида, асбестовой трубы или досок) на необходимую по проекту высоту.

Оголовок должен быть доступен для соединения с ростверком. Чаще всего над поверхностью оставляют окончание армокаркаса, который свяжет готовые опоры с ростверком.

Характеристика естественных оснований

Схема ленточного фундамента.

В распоряжение строителя природа предоставляет грунт как естественное основание. Тип фундамента определяет дополнительно ряд факторов: геологическое строение, глубина залегания подземных вод, глубина промерзания и др. Характер нагрузок также оказывает влияние, но для частного домовладения надо ориентироваться на постоянную нагрузку. В то же время нельзя исключить вероятность того, что сосед начнет рядом строить дом на забивных сваях.

Естественным фундаментом являются скальные грунты (гранит, известняк, кварциты и др.), которые являются водонепроницаемыми и надежными для любых сооружений. Аналогичные характеристики присущи и крупноблочным грунтам, которые образовались из скальных пород в результате их разрушения. Это щебень, гравий, галька. Они состоят из частиц, размеры которых превышают 2 мм. Их надежность существенно зависит от присутствия подземных вод.

Горные породы, измельченные до размеров 0,1-2 мм, называют песками. Пески с размером частиц 0,25-2 мм практически не вспучиваются в зимних условиях и поэтому не воздействуют на фундамент. Надежность песчаного основания зависит от мощности слоя песка и от воздействия на него грунтовых вод.

Схема заливки ленточного фундамента.

В глинистых грунтах содержатся частицы, размеры которых не превышают 0,005 мм. По содержанию глины их делят на:

• супесь: содержание глины от 3 до 10%;
• суглинок: содержание глины от 10 до 30%;
• лессы: являются пылеватым суглинком.

Наиболее прочным основанием является глина. На таком основании, если глина сухая, можно сооружать массивные здания.

Несущая способность всех перечисленных видов естественных оснований сильно зависит от влажности. А влажные лессовые грунты еще и уплотняются под воздействием веса сооружения, сильно проседая.

В качестве оснований непригодны некоторые супеси, способные от избытка влаги превратиться в плывуны, а также растительный грунт, торф, ил и насыпные грунты. На таких почвах строительство возможно после их предварительного уплотнения.

Расчёт несущей способности грунта

Рис: Осадка грунта из-за превышения допустимой нагрузки и ее последствия

• Высчитать массу дома, умножив площадь его конструктивных элементов (кровли, стен, перекрытий) на удельный вес стройматериалов;
• Добавить к массе дома снеговые нагрузки, определенные посредством умножения площади кровли на нормативный вес м2 снегового покрова в вашем регионе;
• Добавить эксплуатационные нагрузки (100 кг на м2 перекрытий дома);
• Определить вес фундамента, умножив его объем на удельный вес одного кубометра железобетона;
• Просуммировать полученные нагрузки (1+2+3+4) и умножить их на коэфф. надежности 1.2;
• Определить опорную площадь фундамента (длина умножается на ширину) и высчитать давление на 1 см2. грунта (общие нагрузки/опорная площадь).

Литература

• Авторский коллектив д-р. арх. проф. М. С. Туполев, доц. А. Н. Шкинев, проф. А. Н. Попов, канд. арх. доц. А. А. Попов, канд. техн. наук доц. Ю. Л. Сопоцько, канд. арх. доц. Т. И. Кириллова, канд. арх. В. Н. Карцев, канд. арх. О. В. Коретко, инж. И. А. Браунсдорфер, канд. техн. наук В. В. Беспалов, инж. В. М. Кунин. Конструкции гражданских зданий / под редакцией М. С. Туполева, научный редактор — арх. Г. А. Довжик. — Москва: Издательство литературы по строительству, 1968. — 239 с.
• С. И. Вайдман, Л. Ф. Теверовский, Д. В. Яковлев. Строительные конструкции. — Ленинград: Издательство литературы по строительству, 1970. — 344 с.

Где можно класть пол на грунт

Класть пол допускается не на каждый грунт:

• Основание должно быть хорошо уплотнено и выровнено. В противном случае со временем грунт осядет, стяжка пола повиснет в воздухе и со временем начнет разрушаться;
• Основанием служат грунты, не подверженные пучению;
• Не стоит укладывать пол на подвижные грунты.

Существует 2 вида пола по грунту:

• Связанная плита стяжки. Жестко крепится к ленточному фундаменту, опирается на него. Пол не даст усадки, отделка не пострадает при незначительных изменениях грунтов;
• Несвязанная. Стяжка не будет покрываться трещинами во время усадки, но при последующей эксплуатации отделка может повредиться из-за взаимного движения стен и пола.

При расчете учитывается временное и постоянное давление на всю поверхность пола. В первом случае нагрузка составит 150 кг/м2 (вес людей и мебели), во втором нагрузка зависит от используемых материалов.

Влияние размеров фундамента на несущую способность основания

Графическое изображение зависимости осадки основания фундамента от несущей нагрузки

Некоторые строители вынуждены для одного сооружения использовать сразу несколько различных видов фундаментов. Причем расчеты нужно делать для каждой подошвы индивидуально. Также возможно применение оснований с длиной, значительно превышающих их ширину.

Графики указывают, что с увеличением ширины фундамента увеличивается объем грунта, способного привести к разрушению подошвы. Поэтому при абсолютно одинаковых условиях и составу грунта, узкие фундаменты менее склонны к деформации, чем широкие.

Также несущая способность оснований зависит от их формы и используемых строительных материалов. Если два фундамента имеют абсолютно одинаковые размеры, одинаково заглублены в грунт, но один имеет длину и ширину практически одинаковую, а другой – более длинный, тогда первая конструкция будет создавать большую нагрузку на грунт, чем другая.

Причина кроется в особенностях подошвы. Для деформации и сдвига квадратного или круглого фундамента нужно затратить больше энергии, чем для ленточного длинного. Также необходимо учесть, что на песчаное основание размеры и форма фундамента влияет больше, чем на глинистые грунты.

Определение несущей способности фундамента

Под несущей способностью подразумевается способность основания справиться с предполагаемой нагрузкой.

Так, для начала происходит анализ почвы и всевозможные геодезические исследования на стройплощадке. Определяются такие данные:

• Насколько земля насыщена водой.
• Какой хим-состав грунта.
• Тип почвы.
• Плотность и коэффициент пористости породы.

Ниже приводиться нормативная таблица, в которой находится информация о сопротивлении плотных и песчаных грунтов:

Рис. 1.3: информация в таблице приводится по центральной части Российской Федерации

После этого выбирается следующая информация:

• Вес строения.
• Предполагаемые нагрузки снега.
• Нагрузка ветра.

Чтобы узнать вес отдельных стройматериалов, следует отталкиваться от следующих весовых характеристик:

Рис. 1.4: удельный вес различных конструкций того или иного строения

Как определить тип грунта

Все грунты делятся на две основные группы:

• Скальная почва — грунты, обладающие жесткой структурой, они слабо подвержены размытию грунтовыми водами, не промерзают и не склонны к пучениям. Несущие характеристики таких грунтов максимальны, но в Московской области они практически не встречаются;
• Нескальная почва — грунты без жестких структурных связей, сюда относится большая часть знакомых всем осадочных пород — глинистый, песчаный, суглинистый грунт, супесь.

Рис. 1.3:  Пробные заборы грунта из разных шурфов (пробных скважин)

В свою очередь нескальная почва делится на следующие типы грунтов:

• Крупнообломочный грунт — в такой почве содержится большое количество крупных вкраплений горных пород — щебня, гравия либо гальки. Это один из лучших вариантов для строительства фундаментов, однако погружения свай в такие грунты сопровождается дополнительными сложностями;
• Песчаники — содержат фракции песка размером от 0.1 до 2 миллиметров, пластичность практически отсутствует. Несущая способность песчаных грунтов непосредственно зависит от размера песчинок, чем они больше, тем лучше почва подходит для строительства фундаментов;
• Глинистые — основной вид связного грунта. Главный недостаток глинистой почвы — склонность к впитыванию влаги: при высоком уровне грунтовых вод поры между частицами глины наполняются влагой, грунт при замерзании изменяется в объеме и оказывает на фундамент сильные выталкивающие воздействия;
• Плывуны — вязкая почва, состоящая из мелких частиц песка и глины. Данный грунт не используется в качестве основания под фундаменты, поскольку ему свойственны сильные горизонтальные сдвиги и отсутствие постоянной структуры;
• Пылевато-глинистые — почва, на которой достаточной несущей способностью обладают только свайные фундаменты глубокого заложения, опирающиеся на нижерасположенные пласты почвы, поскольку верхние слои грунта дают сильную усадку.

Рис. 1.4:  Схема распространения разных видов грунтов на территории России

При отсутствии возможности провести геодезию грунтов можно попытаться сделать это самостоятельно, однако за расчеты фундамента на основе данных о грунте, полученных кустарным способом, не возьмется ни одна серьезная проектировочная организация.

Для этого вам потребуется на строительном участке с помощью обычного садового бура сделать скважину глубиной в два метра. По внешнему виду породы, извлекаемой на поверхность в процессе бурения, определите тип грунта:

• Глинистый — влажная глина пластична, из нее можно слепить шарик, который при сжатии формирует комок не покрывающийся трещинами; сухая глина твердая, ее куски достаточно сложно разбить даже лопатой. Цвет — от желтоватого до коричневого;
• Суглинистая почва — низкопластичный грунт даже в влажном состоянии, при сдавливании из шарика получается лепешка с трещинами по краям. В составе содержит до 30% глины;
• Супеси — непластичный грунт, в сухом состоянии крошится и рассыпается, включает до 10% глины;
• Песчаная почва: пылеватая — визуально схожа с мукой либо пылью; мелкий песок — отдельные песчинки практически не различаются визуально; средний песок — размер фракций аналогичен зернам проса (до 2.5 мм); крупный — размер песчинок аналогичен размерам гречневой крупы (до 5 мм);
• Гравелистый грунт — содержит каменные вкрапления размером с небольшой грецкий орех;
• Щебенистая почва — свыше 50% массы такой почвы представлено щебенкой размером аналогичной большому ореху.

 Важно! Информация о глубине промерзании почвы в Вашем регионе и о том, как её определить:

Что влияет на несущую способность грунта

Несущие свойства грунта — это один из главных исходных параметров, который необходимо знать при проектировании фундаментов любого типа. Именно от них зависит, сможет ли конкретный участок почвы выдерживать передаваемую на него фундаментом нагрузку, исходящую от массы здания.

Рис. 1.1:  Схема работы сваи в плотном слое почвы

Исходя из несущей способности определяется требуемая площадь опирания железобетонной сваи на грунт — чем ниже данная характеристика, тем большего сечения нужно использовать ЖБ сваи.

На величину несущей способности почвы оказывают влияние три основных фактора:

• Тип почвы;
• Плотность грунта;
• Уровень залегания грунтовых вод.

На практике наибольшая взаимосвязь наблюдается между несущими характеристиками и влажностью грунта, которая непосредственно связана с уровнем грунтовых вод. Конкретный грунт, в сухом состоянии и при пропитке влагой, может изменять свои несущие свойства в двукратных пределах.

Любой грунт, кроме скальных пород, по своей структуре напоминает губку — он состоит из отдельных частиц и пор между ними, пространство которых заполнено влагой либо воздухом. При сильных внешних нагрузках происходит уменьшение объема грунта из-за его механического уплотнения, что приводит к усадкам почвы и, как следствие, деформации стоящих на ней фундаментов.

Рис. 1.2:  Внешний вид разных видов грунта

Чем больше изначальная плотность почвы, тем лучшими несущими характеристиками она обладает. Плотные грунты не подвергаются усадкам, при правильном проектировании фундамента они способны выдерживать даже тяжелые многоэтажные здания.

 Важно! Любые работы с фундаментом должны начинаться с испытания грунтов, подробнее:

Заключение

Расчёт ленточного фундамента выполняется согласно действующим строительным нормам и правилам, в первую очередь СП 22.13330.2011. Точный расчёт фундамента по несущей способности и его осадки невозможен без отчета об инженерно-геологических изысканиях.

Приближенным образом требуемая ширина ленточного фундамента может быть определена на основании усредненных показателей несущей способности тех или иных видов грунтов, приведенных в СП 22.13330.2011. Расчёт осадки обычно не показателен для простых, однородных геологических условий в рамках «частного» строительства (легких строений малой этажности).

Принятие решения о самостоятельном, приближенном, неквалифицированном расчёте ширины подошвы ленточного фундамента владельцем будущего строения неоспоримым образом возлагает всю возможную ответственность на него же.

Целесообразность применения он-лайн калькуляторов вызывает обоснованные сомнения. Правильный результат можно получить, используя методики расчёта, приведенные в нормах и справочной литературе. Готовые калькуляторы лучше применять для подсчета требуемого количества материалов, а не для определения ширины подошвы фундамента.

Точный расчет ленточного фундамент не так уж прост и требует наличия данных по грунтам, на которые он опирается, в виде отчета по инженерно-геологическим изысканиям. Заказ и оплата изысканий, а также кропотливый расчет окупятся сторицей правильно рассчитанным фундаментом, на который не будут потрачены лишние деньги, но который выдержит соответствующие нагрузки и не приведет к развитию недопустимых деформаций здания.