Определение осадки фундамента методом послойного суммирования

Расчет осадки

слоистых оснований выполняется
методом послойного суммирования
, в основу которого положена выше разобранная задача (основная задача). Сущность метода заключается в определении осадок элементарных слоев основания в пределах сжимаемой толщи от дополнительных вертикальных напряжений σZP, возникающих от нагрузок, передаваемых сооружениям.

Так как в основу этого метода положена расчетная модель основания в виде линейно-деформируемой сплошной среды, то необходимо ограничить среднее давление на основание таким пределом, при котором области возникающих пластических деформаций лишь незначительно нарушают линейную деформируемость основания, т.е. требуется удовлетворить условие

Для определения глубины сжимаемой толщи Нс вычисляют напряжения от собственного веса σZqи дополнительные от внешней нагрузки σZP. Нижняя граница сжимаемой толщи ВС основания принимается на глубине z = Нс от подошвы фундамента, где выполняется условие

т.е. дополнительные напряжения составляют 20% от собственного веса грунта

При наличии нижеуказанной глубины грунтов с модулем деформации Е≤5 МПа должно соблюдаться условие

Для оснований гидротехнических сооружений по СНиП 2.02.02—85 «Основания гидротехнических сооружений» нижняя граница активной зоны находится из условия

Расчет осадки

удобно вести с использованием графических построений в следующей последовательности (
рис. 7.1
1):

строят геологический разрез строительной площадки на месте рассчитываемого фундамента;
наносятся размеры фундамента;
строятся эпюры напряжений от собственного веса грунта σZg и дополнительного σZP от внешней нагрузки;
определяется сжимаемая толща Нс;
разбивается Нс на слои толщиной hi≤0,4b;
определяется осадка элементарного слоя грунта по формуле
(7.15)

Тогда полную осадку можно найти простым суммированием осадок всех элементарных слоев в пределах сжимаемой толщи из выражения

где β— безразмерный коэффициент, зависящий от коэффициента относительных поперечных деформаций, принимаемый равным 0,8; hi— высота i-го слоя; Ei — модуль деформации i-го слоя грунта;

— среднее напряжение i-го элементарного слоя.

Метод послойного суммирования

позволяет определять осадку не только ценфальной точки подошвы фундамента. С его помощью можно вычислить осадку любой точки в пределах или вне пределов фундамента. Для этого пользуются методом угловых точек и строится эпюра напряжений вертикальной, проходящей через точку, для которой требуется расчет осадки.

Расчетная схема для определения осадки методом послойного суммирования: DL — отметка планировки; NL — отметка поверхности природного рельефа; FL — отметка подошвы фундамента; ВС — нижняя граница сжимаемой толщи; Нс — сжимаемая толща

Таким образом, метод послойного суммирования

в основном используется при расчете небольших по размерам фундаментов зданий и сооружений и при отсутствии в основании пластов очень плотных малосжимаемых грунтов.

Осадка фундамента

Неравномерное проседание опорных конструкций зданий и сооружений является следствием допущенных дефектов в строении фундаментов различных видов. Осадка фундамента происходит в течение некоторого времени после окончания строительства объекта. Важно, чтобы осадка основания здания была равномерной и в пределах допустимой нормы.

Существует многочисленные причины, вызывающие неравномерное опускание фундамента вследствие сжатия грунтового основания под подошвой здания. Таковыми являются:

несанкционированная экономия материалов на возведении основания здания;
использование низкоквалифицированного труда;
в результате произведённого самостоятельного расчёта неверно определены глубина заложения фундамента, уровень грунтовых вод толщина промерзания почвы;
отсутствие дренажной системы;
неправильное определение сопротивления грунтового основания приведёт к чрезмерному проседанию основания здания.

На строительстве любого крупного объекта необходимо правильно рассчитать осадку фундамента.

В данной статье основное внимание уделено тому, как правильно сделать расчёт осадки свайного фундамента и ленточного основания здания.

Влияние грунтов на состояние опор для дома

В земле под подошвой развиваются осадки выпирания, которые чаще образуются под краями. Давления перераспределяются по низу фундамента и возникают пластические искажения. Дальнейший рост давления ведет к расширению области деформации и появляется опасность вспучивания почвы из-под подошвы.

Расструктурирование грунта также ведет к созданию опасных зон. Риск возникает при рытье котлована, траншей. При этом обнажается внутренняя структура земли, и на нее влияют негативные факторы, которые ранее сдерживались.

Осадка грунта зависит от следующих условий:

метод земляных работ;
продолжительность возведения нулевого цикла;
устройство водоотведения;
мероприятия по сохранности естественной структуры.

Строение грунта нарушается из-за погодных влияний на открытые срезы, динамического напряжения от работы механизмов, подземных газов и влаги. Промерзание увеличивает объем увлажненных слоев и развивает силы пучения, которые иногда превышают осадку ленточного фундамента от внешних влияний. Выпячивание земли негативно влияет при строительстве и при эксплуатации постройки.

Влияние грунтов на фундамент уменьшают устройством подошвы ниже отметки промерзания и обработкой боковых сторон опоры. Используются битум, солярка, отсыпка пазух делается землей, которая не характеризуется вспучиванием.

Причины появления осадки фундамента

Состав грунта – это одна из самых главных причин, из-за которой возникает осадка основания дома. Почва делится на виды и каждый обладает своей прочностью. Самыми прочными видами почвенного покроя являются скальный грунт и дисперсная почва. По-другому эти почвы называют несвязными, так как они не сохранят в себе влагу.

Определение типа грунта вручную

В основе первого вида почвы лежат монолиты, а второй вид состоит из минерального зерна различного размера. Но существуют связные виды почву, они поглощают и сохраняют в себе влагу, поэтому основной составляющей этих типов почвенного покроя является глина, из-за чего слой грунта приобретает свойство подвижности и деформации. В холодное время года, содержащаяся в таких типах почвы влага, замерзает и слой грунта расширяется. Первая причина – связный слой грунта почвы. Вторая причина – особенности конструкции основания дома. Третья причина – неправильно распределенное давление стен на фундамент. При строительстве дома следует учитывать все эти факторы, чтобы в будущем не столкнуться с данной проблемой.

Методы определения осадки фундамента

В расчетах чаще всего рассматривается проседание уплотнения, которое возникает от искажения грунта под влиянием нагрузки на основание. Это осадка фундамента, которая развивается медленно, иногда тянется 2 – 3 года после начала эксплуатации строения.

Существует 17 вариантов подсчета просадок, но на практике расчет ведется несколькими способами:

метод послойного суммирования;
эквивалентный слой;
учет слоистого напластования почвы;
метод Егорова.

Конструкция сооружения испытывает наибольший крен, изгиб или кручение при абсолютной просадке в исходе времени стабилизации. Деформации называют конечными или просто осадками, их величина определяется как результат проведения подсчетов.

Осадка фундамента показывает всецелое перемещение по вертикали из-за искажения толщи почвы основания, которое медленно растягивается во времени. Осадка грунтового слоя говорит о величине уменьшения тучности из-за деформации земли в этой области. Анализ вариантов расчета займет много времени, но короткое описание основных методов выглядит приемлемым.

Послойное суммирование

В расчете принимают участие данные о размере фундаментной подошвы, глубине заложения и определяется среднее значение давления под опорой, для которого собираются нагрузки от веса строения и основы здания.

Используется формула R = (yc1 + yc2) / k · (My · k2 · b + Mg · d1 + (Mg – 1) · db + Mc · cn), где:

yc1 и yc2 — коэффициент факторов работы, первый принимается 1,1, второй — 1,0;
k и k2 — коэффициенты, приравниваются к 1,0;
b — ширина фундамента по низу;
cn — расчетный показатель удельной адгезии почвы, принимают 1 кН/м³;
db — глубина стен подвала;
d1 — глубина закладки опоры здания;
My, Mg, Mc — коэффициенты, которые находятся в зависимости от угла наклона стен фундамента.

Составляют эпюры естественного и вспомогательного давления, откуда берут значения добавочной вертикальной нагрузки по подошве. По формуле высчитывают высоту элементарного грунтового слоя. Для запаса увеличивают значение вдвое.

Строят эпюру добавочных нагрузок по вертикали от внешних факторов влияния в толще грунта под подошвой свайных и ленточных опор, для построения берут сведения из таблицы №2 СНиП 2.02.01 – 1983. Нижний край сжимаемого пласта находят по пересечению двух эпюр. Осадка определяется с опусканием деформационного модуля на границе слоев. В расчете учитывают среднюю силу в каждом слое и его высоту.

Средняя осадка в результате расчета осадки фундамента методом послойного суммирования не должна превышать предельно допустимые нормативы для строений определенного типа и вида грунта.

Эквивалентный слой

Метод Н. А. Цыгановича применяется для нахождения просадок гибких ленточных опор и для изучения воздействия осадки близлежащих фундаментов. Вычисление осадки способом эквивалентного слоя позволяет определить смещение основания в различных точках, а также в угловых областях и в зоне краевых нагрузок.

Метод предполагает стандартные разработанные схемы по нахождению равноценного пласта на разных участках основания. Эта методика используется для определения просадки опор с учетом воздействия расположенных неподалеку фундаментов. Алгебраическая сумма высот равнозначных слоев почвы в разных участках дает представление о конечном показателе осадки.

Вариант используется для фундаментов небольшой высоты в условиях городского строительства, когда рядом находятся основания существующих сооружений. Способ хорошо работает в условиях стабильных грунтов с небольшими деформациями при сжимаемости.

Расчет при слоистом напластовании грунтов

Слоистость напластования проявляется, если прочные грунты разделяются маломощными прослойками. Используется несущая способность стабильной почвы, но требуется проверка прочности подстилающего пласта или его укрепление до надежного положения. Значение общего касательного и нормального пучения бывает таким, что превышает вес стандартной пятиэтажки.

Расчет в нестабильных грунтах предполагает определение глубины залегания подошвы так, чтобы она находилась ниже отметки промерзания. Пучатся текучие и мягкопластичные глины, а также суглинки и пылеватые пески.

Расчет осадок в слоисто напластованных почвах ведется двумя способами:

нахождение среднего показателя сжимаемости слоя;
суммированием искажения отдельных пластов.

Читать еще: Как выровнять фундамент перед кладкой?

Второй вариант увеличивает трудоемкость вычислений. Приблизительное усреднение допускается, т.к. учитывается малая точность нахождения значений сжимаемости. Регламент учитывает силу отдельных пластов в напряженном состоянии. Используются стандартные формулы для подсчета характеристик уплотнения в первом приближении. Осреднение проводится в рамках расчетного показателя сжимаемости.

По методу Егорова

Глубина уплотняемой области по СНиП 50.101. – 2004 находится с большим заделом прочности, т.к. при ее применении учитывается, что почва всегда представлена твердыми глинами или крупнообломочными грунтами. К. Е. Егоров предложил в виде модели брать характеристики упругого пласта и учитывать разницу осадки глины и песчанистого основания.

Практическое наблюдение за просадками строений показали правильность метода Егорова. Результаты анализировали и пришли к выводу, что для опор с шириной подошвы или радиусом меньше 10 метров все варианты дают аналогичные результаты осадки. Исключение составляют просадки глин.

Расчет осадки свайного фундамента методом послойного суммирования

Расчетная осадка получается при суммировании сжатий всех слоев грунта, на которые давит фундамент.

Для этого определяется осадка отдельных слоев:

– Р – среднее уплотняющее давление в слое (берется из графика);

– m – сжимаемость грунта, коэффициент, полученный по результатам компрессионных испытаний;

– h – толщина слоя.

Соответственно, S = ∑ Si.

Или S = ∑ (h * β/E * P),

– E – модуль деформации слоя (если он известен);

– β – коэффициент 0,8 (СНиП).

Перед Вами расчетная схема для определения осадки фундамента методом послойного суммирования, где: DL — отметка планировки; NL — отметка поверхности естественного рельефа; FL — метка подошвы фундамента; ВС — нижняя граница сдавливаемой толщи; Нс — сжимаемая (сдавливаемая) толща.

Изображение схемы распределения вертикальных давлений и напряжений в линейно-деформируемом полупространстве расчета осадок основания с использованием метода послойного суммирования.

Основные причины осадки

Симптом осадки оснавания

Осадка – это смещение основания в вертикальном положении, как следствие деформации грунтового слоя. А причин подвижности несколько:

закладка проводилась гораздо выше нормы;
поднятие грунтовых вод, попавших под фундамент;
длительный срок эксплуатации дома;
уплотнение почвы;
дефекты конструкции;
некачественные материалы;
надстройка лишних, не предусмотренных на начало строительства здания этажей.
подземные работы, проводимые вблизи от фундамента.

прогибы/выгибы опоры;
сдвиг конструкции;
крен (сильный наклон) здания;
перекос;
закручивание, горизонтальные перемещения.

Это все касается критического состояния, но существует также прогнозируемый процесс осадки фундамента, среди которых есть предельно допустимые для каждого типа здания отдельно. Железобетонные конструкции могут дать осадку до 8 см, здания на стальных сваях и опорах – до 12 см, деревянные, сборно-щитовые дома могут осесть до 15 см максимум.

Сегодня не установлена конкретная нормативная величина предельно допустимой нормы дополнительной осадки. Как правило, в документах не указывается различие между полученной при возведении здания, первоначальной и дополнительной осадкой. Для кирпичного дома это примерно 10-12 см. Последствие неравномерности, как известно – это перекосы, трещины, в худшем случае обрушение.

Влияние слабых грунтов на состояние опор для дома

Когда по всему периметру сооружения слои напластования грунта однородные, которые не сжимаются при углублении, то расчеты проводятся по средней осадке фундамента. Зачастую принимают во внимание временную деформацию, также отдельно для каждого строительства и эксплуатации. Помимо основных нагрузок на основание учитывается влияние на грунт соседних фундаментов. Если в процессе строительства опоры под дом закладываются не одновременно, то оценивается неравномерная деформация рядом стоящих оснований.

При обнаружении в активной зоне грунта слоя, имеющего слабые несущие способности, чем пласт выше, то нужно выявить, как он может повлиять в целом на изменение фундамента. Этот слой берется за расчет, кода полное давление нагрузок в верхней его части не выше положенного напора для фактического фундамента, который будет опираться на этот грунт.

Осадка свайного фундамента

Избежать осадки основания на сваях, как и любого другого фундамента, крайне сложно. Это естественный процесс, связанный с продольными сжатиями почвы, а также горизонтальными сдвигами грунтов.

Если при строительстве были допущены оплошности и степень осадки больше допустимой, капитального ремонта основания просто не избежать.

Факторы, которые влияют на осадку фундамента, – это конструкция самой постройки и состав самой почвы. Хотя свайные основания отличаются повышенной стабильностью в любых грунтах, при повышенном содержании глины в них они становятся более пластичными и подвижными. Поэтому в этом случае необходимо тщательно рассчитывать длину свай.

На осадку фундамента влияет масса и размеры несущих стен и внутренних перегородок, наличие арок и т. д. Поэтому она может быть неравномерной с различных сторон строения, но тщательный подбор винтовых свай в соответствии с необходимой в каждом случае несущей способностью позволит избежать проседания конструкции.

При определении осадки считается, что нагрузка равномерно распределена по всему периметру основания, который считают монолитным блоком. Верхняя граница такого условного монолита проходит по оголовкам свайных изделий, нижняя – сквозь их наконечники, а боковые – по крайним рядам винтовых свай. Составленный таким образом разрез фундамента позволяет начертить график уплотняющих напряжений, которые способны выдержать слои грунта.

Читать еще: Как утеплить фундамент на винтовых сваях?

Допустимые осадки свайно-винтового фундамента приводятся в СНиП 2.02.1-83 и они определяются типом постройки:

для панельных и блочных бескаркасных домов осадка максимальная осадка не должна превышать 10 см;
для сооружений со стальным каркасом допускается максимальная осадка 12 см;
для зданий из железобетона значение предельно допустимой осадки равно 8 см и т.д.

Расчет осадки методом послойного суммирования

Чаще всего осадку фундамента рассчитывают методом послойного суммирования. Он предполагает определение осадки отдельных слоев грунта, на которые давит фундамент.

Для этого используют формулу Si = h*m*P, где h – толщина слоя почвы, m – коэффициент сжимаемости почвы, который определяют в результате компрессионных экспериментов, P – среднестатистическое уплотняющее давление для каждого слоя. Затем полученные величины для каждого слоя Si складывают и получают общее значение осадки.

Более подробный алгоритм расчета по методу послойного суммирования выглядит таким образом (рисунок ):

Строят эпюру (график) P_zp, на которую наносят дополнительные напряжения (уплотняющие давления) на фундамент.
Строят график природных давлений P_ϫz, предварительно разделив чертеж графика на слои, при этом h_i должно быть меньше 0,4b.
Определяют осадку S_i отдельных слоев почвы, складывают эти величины и получают окончательную осадку фундамента по формулам:

Величина m_vi вычисляется в соответствии с данными компрессионных испытаний, а P_zi – по соответствующей эпюре как среднестатистическое дополнительное давление в i-м слое почвы.

Если мы знаем модуль общей деформации каждого слоя почвы E₀_i, то осадку можно рассчитать по формуле S = Σh_i*β/ E₀_i*P_zi, где коэффициент β согласно СНиП равен 0,8.

При использовании этого метода предусмотрена линейная зависимость между деформациями и напряжениями. Слои рассматривают непосредственно под центром фундамента, исходя из графика максимальных уплотняющих давлений. При построении зависимости P_zp не учитывается слоистость напластований, боковые расширения почвы, а напряжения принимаются во внимание только по вертикали. Выбираем уровень глубины, ниже которого деформации грунта по нашему предположению отсутствуют, исходя из соотношения P_zp меньше или равно 0,2P_ϫz (при E₀_i больше 5 МПа). При этой характеристике меньше 5 МПа P_zp меньше или равно 0,1P_ϫz.

Пример расчета свайного поля

Чтобы правильно рассчитать количество необходимых свай для строительства двухэтажного дома размером 6х12 из бруса размером 200х200, необходимо провести следующие расчеты:

Если для строительства необходимо 51,9 м 3 бруса, масса одного кубометра которого составляет 800 кг, получаем общий вес бруса: 51,9*800 = 41520 кг.
Нагрузка, которая приходится от одного этажа строения на фундамент (при расчетной полезной нагрузке, зависящей от количества проживающих в доме людей, составляет по нормативам 150 кг/м 2 ), составляет: 6*12*150 = 10800 кг. В случае двухэтажного дома эту нагрузку увеличивают вдвое и получают 21600 кг.
Примерная снеговая нагрузка (при значении норматива 180 кг/м 2 ) составит 6*12*180 = 12960 кг.
Складываем все массы: 41520 + 21600 + 12960 = 83 680 кг.
Если предельная допустимая нагрузка на сваю составляет 2500 кг, делим 83680 кг на 2500 кг и получаем необходимое количество свай – 34 штуки.

Расчет нагрузки и осадки свайно-винтового фундамента не требует специализированных инженерных знаний и доступен любому владельцу дома, который хочет сэкономить на услугах специализированных проектировочных фирм.

Несколько советов по заложению фундамента

Многие, особенно начинающие строители, стремясь повысить качество и надёжность основания, допускают некоторые ошибки. Попробуем указать на основные нюансы:

Увеличивая высоту ленты основания можно добиться высокой степени жёсткости. Но данный показатель не всегда приводит к положительным результатам и уменьшает влияния на него нагрузок. Приходиться выполнять армирование фундаментов, которое повышает степень напряжения. Основанию необходимо придать гибкость, тем самым снизить коэффициент жёсткости.
Сложно выполнить расчёты деформаций от нагрузки, которые оказывают такие факторы, как морозное пучение или влияния грунтовых вод. Они могут со временем меняться. Поэтому лучше всего обращаться к специалистам для определения типа грунта и влияния климатических условий. Для предотвращения возникновения деформаций основания, следует обратить внимание на мероприятия по усилению, как самого фундамента, так и цоколя со стенами.
Для снижения воздействия на основание морозов в зимнее время и демисезонной влаги рекомендуется провести ряд мероприятий по утеплению и гидроизоляции. В том случае, когда они запланированы, то данный фактор надо учесть при расчёте нагрузки.

Важно! Для обеспечения полной гарантии проведения точных анализов и расчётов, лучше обратиться к специалистам.

Если же к этой ответственной задаче приступили самостоятельно, то можно использовать специальные программы например Лира. Это компьютерная программа, которая позволяет выполнять строительные расчёты. Необходимо только правильно ввести все параметры, а техника посчитает и выдаст результат: расчёт фундамента при горизонтальной нагрузке, площадь подошвы и толщину подушки. К тому же, это отличная проверка самостоятельных расчётов. Не стоит забывать и об онлайн калькуляторах.

0 0 голоса

Рейтинг статьи

Определение осадки фундамента методом послойного суммирования