Условия назначения глубины заложения фундамента

5.4. ГЛУБИНА ЗАЛОЖЕНИЯ ФУНДАМЕНТОВ (ч. 1)

Глубина заложения фундаментов является одним из основных факторов, обеспечивающих необходимую несущую способность и деформации основания, не превышающие предельные по условиям нормальной эксплуатации проектируемого сооружения и находящегося в нем оборудования.

Выбор глубины заложения фундаментов рекомендуется выполнять на основе технико-экономического сравнения различных вариантов фундаментов. Глубина их заложения должна определяться с учетом:

• – назначения, а также конструктивных особенностей сооружения (наличия и размеров подвалов, фундаментов под оборудование и т.д.);
• – размера и характера нагрузок и воздействий на фундаменты;
• – глубины заложения фундаментов примыкающих сооружений, фундаментов под оборудование, глубины прокладки коммуникаций;
• – существующего и проектируемого рельефа застраиваемой территории;
• – инженерно-геологических условий площадки строительства (физико-механических свойств грунтов, характера напластований, наличия слоев, склонных к скольжению, карманов выветривания, пустот, образовавшихся вследствие растворения солей и пр.);
• – гидрогеологических условий площадки (уровней подземных вод и верховодки, а также возможных их изменений в процессе строительства и эксплуатации сооружения, агрессивности подземных вод и т.п.);
• – глубины сезонного промерзания грунтов [2, 4].

Глубина заложения фундаментов исчисляется от поверхности планировки или пола подвала до подошвы фундамента, при наличии бетонной подготовки — до низа ее. При выборе глубины заложения фундаментов в необходимых случаях при соответствующем обосновании следует учитывать возможность дальнейшей реконструкции проектируемого сооружения (устройство новых коммуникаций, подвальных помещений, фундаментов под оборудование и пр.).

Фундаменты сооружения или его отсека, как правило, должны закладываться на одном уровне. При заложении ленточных фундаментов смежных отсеков на разных отметках переход от более заглубленной части к менее заглубленной должен выполняться уступами. Уступы должны быть не круче 1:2, а высота уступа — не более 60 см. Ленточные фундаменты примыкающих частей отсеков должны иметь одинаковое заглубление на протяжении не менее 1 м от шва.

Допустимая разность отметок заложения соседних столбчатых фундаментов (или столбчатого и ленточного) определяется по формуле

где а — расстоянии между фундаментами в свету; φ_I и c_I – расчетные значения угла внутреннего трения и удельного сцепления грунта; р — среднее давление под подошвой расположенного выше фундамента от расчетных нагрузок (для расчета оснований по несущей способности).

Столбчатые фундаменты, разделенные осадочным швом, следует располагать на одном уровне.

Условие (5.24) распространяется и на случай определения допустимой разности отметок заложения фундаментов сооружения и рядом расположенных каналов, тоннелей и пр.

Фундаменты проектируемого сооружения, непосредственно примыкающие к фундаментам существующего, рекомендуется принимать на одной отметке. Переход на большую глубину заложения следует выполнять исходя из условия (5.24). Если оно не выполняется, необходимо устройство шпунтовой стенки или другого ограждения (рис. 5.14).

При выборе глубины заложения фундаментов рекомендуется:

• – предусматривать заглубление фундаментов в несущий слой грунта на 10—15 см;
• – избегать наличия под подошвой фундамента слоя грунта малой толщины, если его строительные свойства значительно хуже свойств подстилающего слоя;
• – закладывать фундаменты выше уровня подземных вод для исключения необходимости применения водопонижения при производстве работ.

При необходимости заложения фундаментов ниже уровня подземных вод следует предусматривать методы производства работ, сохраняющие структуру грунта.

Если глубина заложения фундаментов по условиям несущей способности и деформируемости грунтов основания оказывается чрезмерно большой, рекомендуется рассмотреть применение мероприятий по улучшению строительных свойств грунтов основания или переход на свайные фундаменты.

Одним из основных факторов, определяющих заглубление фундаментов, является глубина сезонного промерзания грунтов, которые при промораживании увеличиваются в объеме, а после оттаивания дают значительные осадки. Промерзание водонасыщенных грунтов сопровождается образованием в них прослоек льда, толщина которых увеличивается по мере миграции воды из слоев грунта, расположенных ниже уровня подземных вод. Последующее таяние таких грунтов приводит к резкому снижению их несущей способности и повышенным деформациям.

Деформации основания при морозном пучении и последующем оттаивании, как правило, неравномерны вследствие неоднородности грунта по степени его пучинистости и различия температурных условий, в которых могут находиться грунты под отдельными фундаментами.

Исключение возможности промерзания грунтов под подошвой фундаментов обеспечивается:

• – в период эксплуатации — соответствующей глубиной их заложения, принимаемой в зависимости от вида и состояния грунтов, положения уровня подземных вод, нормативной глубины сезонного промерзания, теплового режима сооружения и пр.;
• – в период строительства — соответствующими защитными мероприятиями.

Нормативная глубина сезонного промерзания грунтов d_fn принимается равной средней из ежегодных максимальных глубин их сезонного промерзания (по данным наблюдений за период не менее 10 лет) под открытой, оголенной от снега поверхностью горизонтальной площадки при уровне подземных вод, расположенном ниже глубины сезонного промерзания грунтов. Для районов, где не предусматривается очистка от снега территорий, прилегающих к проектируемым сооружениям (например, в сельской местности), нормативную глубину промерзания грунтов допускается определять на площадках под снежным покровом.

При отсутствии данных многолетних наблюдений нормативную глубину сезонного промерзания грунтов следует определять, на основе теплотехнических расчетов.

Для районов, где глубина промерзания не превышает 2,5 м, ее нормативное значение, м, допускается вычислять по формуле

где d₀ — глубина промерзания при ∑|T_f| = 1°С, принимаемая для суглинков и глин — 0,23; супесей, песков мелких и пылеватых — 0,28; песков гравелистых, крупных и средней крупности — 0,30; крупнообломочных грунтов — 0,34; М_t — безразмерный коэффициент, численно равный ∑|T_f| — сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе, °С, принимаемых по СНиП 2.01.01-82 или по результатам наблюдений гидрометеорологической станции, находящейся в аналогичных условиях.

Значение d_fn для грунтов неоднородного сложения определяется как средневзвешенное в пределах глубины промерзания грунта. Значение d_fn допускается определять по схематической карте (рис. 5.15), где даны изолинии нормативных глубин промерзания для суглинков, т.е. при d₀ = 0,23 м. При наличии в зоне промерзания других грунтов значение d_fn , найденное по карте, следует умножить на отношение d₀ /0,23 (где d₀ соответствует грунтам данной строительной площадки). Для районов Дальнего Востока допускается пользоваться картой (рис. 5.16). Если значения d_fn , найденные по карте и по формуле (5.25), не совпадают, следует принимать значение, найденное по формуле.

Сорочан Е.А. Основания, фундаменты и подземные сооружения

Источник

Глубина заложения фундаментов

Глубина заложения фундаментов зависит от:

1. Инженерно-геологических условий площадки строительства;
2. Климатических и гидрогеологических особенностей района строительства (промерзание и оттаивание, высыхание и увлажнение);
3. Особенностей возводимого и соседних сооружений;
4. Способа производства работ по отрывке котлованов и возведению фундаментов.

Выбирая тип и глубину заложения фундамента, нужно придерживаться следующих общих правил:

• подошвы фундаментов желательно закладывать на одной и той же глубине;
• минимальная глубина заложения фундаментов принимается не менее 0,5 м от спланированной поверхности территории. Исключение составляют скальные породы, при наличии которых обычно снимается верхний, сильно выветренный слой;
• глубина заложения фундамента в несущий слой грунта должна быть не менее 0,1–0,2 м от его верха;
• при возможности следует закладывать фундамент выше уровня подземных вод. При этом не требуется водоотлива, гарантируется сохранение природной структуры грунтов основания, работы могут быть выполнены в кратчайший срок. В противном случае требуются шпунтовое крепление стен котлована, водоотлив, которые резко увеличивают стоимость земляных работ;
• при слоистом напластовании грунтов все фундаменты рекомендуется возводить на одном слое грунта или на грунтах с близкой сжимаемостью. Если это невыполнимо, то конструкцию фундаментов выбирают из условия допустимости неравномерности осадок.

Инженерно-геологические факторы

Учет инженерно-геологических условий заключается в выборе несущего слоя грунта, который может служить естественным основанием для фундаментов. Этот выбор производится на основе оценки сжимаемости и прочности грунтов. Все многообразие напластований можно представить в виде трех основных схем (рис. 11).

Рис. 11. Схемы напластования грунтов

Схема I. Площадка сложена одним или несколькими слоями надежных грунтов, при этом строительные свойства каждого последующего слоя не хуже свойств предыдущего.
В этом случае глубина заложения фундамента принимается минимальнодопустимой при учете сезонного промерзания грунтов.

Схема II. Сверху один или несколько слоев слабых грунтов, ниже которых располагается толща надежных грунтов. По этой схеме решение о глубине заложения фундаментов зависит от толщины слоя слабых грунтов.

• При небольшой его толще прорезать слабые слои и опирать фундаменты на надежные грунты (рис. 12, а).
• Использовать слабый слой в качестве несущего с одновременным снижением чувствительности сооружения к возможному развитию неравномерных осадок (рис. 12, б, в) — уширить подушку фундамента или сделать плитный фундамент.
• Применить свайные фундаменты (рис.12, г)
• Улучшить основание — заменить грунт подушками уплотнения, закрепить слабый грунт (рис. 12, д, е).

Рис. 12. Варианты устройства фундаментов при напластовании грунтов по схеме II

Схема III. Сверху залегают надежные грунты, а подстилающими являются один или несколько слоев слабого грунта.

Решения по выбору глубины заложения и конструкции фундамента.

• Прорезать толщу надежных и ненадежных грунтов (рис. 13, а, б).
• Использовать надежный грунт, как распределительную подушку при обязательной проверке расчетом слабого подстилающего слоя (рис. 13, в).
• закрепление слабого грунта (рис.13, г,д).

Рис. 13. Варианты устройства фундаментов при напластовании грунтов по схеме III

Климатические и гидрогеологические факторы

Основными климатическими и гидрогеологическими факторами, влияющими на глубину заложения фундаментов, являются промерзание и оттаивание грунтов. Известно, что при промерзании некоторых грунтов наблюдается их морозное пучение — увеличение объема, поэтому в таких грунтах нельзя закладывать фундаменты выше глубины промерзания.

Глубина заложения фундаментов отапливаемых зданий и сооружений по условиям недопущения возникновения сил морозного пучения грунтов под подошвой фундаментов должна назначаться:

• для наружных фундаментов (от уровня планировки) по таблице 9;
• для внутренних фундаментов — независимо от расчетной глубины промерзания грунтов.

Глубина заложения подошвы фундаментов в зависимости от расчетной глубины промерзания грунта

На­име­но­ва­ние грун­та под по­дош­вой фун­да­мен­та	Глу­би­на за­ло­же­ния фун­да­мен­тов от уров­ня пла­ни­ров­ки, м
	При рас­по­ло­же­нии под­зем­ных вод в двух (и бли­же) мет­рах от рас­чет­ной глу­би­ны про­мер­за­ния грун­та	При рас­по­ло­же­нии под­зем­ных вод да­лее двух мет­ров от рас­чет­ной глу­би­ны про­мер­за­ния грун­та
Скаль­ные, круп­но­об­ло­моч­ные с пес­ча­ным за­пол­ни­те­лем, пес­ки гра­ве­ли­стые, круп­ные и сред­ней круп­но­сти	Не за­ви­сит от рас­чет­ной глу­би­ны про­мер­за­ния
Пес­ки мел­кие и пы­ле­ва­тые Су­песи с по­ка­за­те­лем те­ку­че­сти при I L Коэффициент k влияния теплового режима сооружения на промерзание грунтов около фундаментов наружных стен
Осо­бен­но­сти со­ору­же­ния	Ко­эф­фи­ци­ент k при рас­чет­ной сред­не­су­точ­ной тем­пе­ра­ту­ре воз­ду­ха в по­ме­ще­нии, при­мы­ка­ю­щем к фун­да­мен­там на­руж­ных стен, °С
	0	5	10	15	20 и бо­лее
Без под­ва­ла, с по­ла­ми на грун­те	0,9	0,8	0,7	0,6	0,5
Без под­ва­ла, с по­ла­ми на ла­гах по грун­ту	1,0	0,9	0,8	0,7	0,6
Без под­ва­ла, с по­ла­ми 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

Примечания:

1 Приведенные в таблице значения коэффициента k относятся к фундаментам, у которых расстояние от внешней грани стены до края фундамента (a_f) не более 0,5 м; если это расстояние 1,5 м, значения коэффициента k повышают на 0,1, но не более чем до значения k = 1; при промежуточном значении a_f значения коэффициента k определяют интерполяцией.

2 К помещениям, примыкающим к наружным фундаментам, относятся подвалы и технические подполья, а при их отсутствии — помещения первого этажа.

3 При промежуточных значениях температуры воздуха коэффициент k принимают с округлением до ближайшего меньшего значения, указанного в таблице.

4. Для зданий с нерегулярным отоплением при определении k за расчетную температуру воздуха принимают ее
среднесуточное значение с учетом длительности отапливаемого и неотапливаемого периодов суток.

Пример расчета глубины заложения фундамента

Найти минимально необходимую глубину заложения подошвы фундаментов наружных стен жилого здания без подвала в Нижнем Новгороде, с полами по утепленному цокольному перекрытию : грунт — супесь с текучестью I _L , подземные воды в период промерзания на глубине d_w = 2,5 м от поверхности планировки, вынос фундамента от наружной плоскости стены 1 м, температура воздуха в помещении 20°С.

По таблице найдем для супеси в Нижнем Новгороде нормативную глубину промерзания: 1,8 м.

Тогда расчетная глубина промерзания:

d_f = k×d_fn = 0,7×1,8 = 1,26 м, где k = 0,7 (по табл. 10)

Расстояние от расчетной глубины промерзания до уровня грунтовых вод в зимний период d_w — d_f = 2,5 — 1,26 = 1,24 то есть менее 2 м. Следовательно, грунт может испытывать морозное пучение и глубина заложения фундамента должна быть не менее расчетной — 1,26 м (см. табл. 9).

Для уменьшения глубины заложения должны быть предприняты специальные теплотехнические мероприятия, исключающие промерзание грунта либо применена конструкция фундамента не воспримчивого к сезонным колебаниям грунта.

Особенности возводимого н соседних сооружений

Основными конструктивными особенностями возводимого сооружения, влияющими на глубину заложения его фундамента, являются:

• наличие и размеры подземных и подвальных помещений;
• глубина заложения фундаментов соседних сооружений;
• наличие и глубина прокладки подземных коммуникации и конструкций самого фундамента;
• величина и характер нагрузок, передаваемых на фундаменты.

В зданиях с подвалом глубина заложения подошвы фундамента выбирается в зависимости от высоты подвального этажа, от конструкции фундамента и конструкции пола подвала (рис. 14).

Рис. 14. Пример изменения глубины заложения фундамента от его конструкции

При примыкании проектируемых фундаментов к существующим различают следующие случаи: подошва проектируемых фундаментов располагается выше глубины заложения существующих фундаментов, на одном и том же уровне и ниже подошвы существующего фундамента. Фундаменты проектируемого сооружения, непосредственно примыкающие к фундаментам существующего, рекомендуется закладывать, как показано на рисунках страницы сайта.

Если сооружение строится на косогоре фундаменты приходится делать на различных высотах. Переход от большей глубины заложения к меньшей осуществляется уступами, как изображено на рис. 15, где tg β, так же как и в случае проектирования нового фундамента рядом с существующим, определяется по формуле:

tg β 50 кПа) можно принимать tg β = 1 (β = 45°).

Рис.15. Высотное расположение уступов в отдельных смежных и ленточных фундаментах

Для ленточных фундаментов высота уступов в этих грунтах обычно принимается 0,5–0,6 м, а длина участка фундамента — 1,0–1,2 м (в несвязных грунтах соотношение между высотой и длиной уступа может быть принято 1:2 при высоте уступа, не превышающей 0,5–0,6 м).

При наличии коммуникаций (трубы водопровода, канализации и т.д.) подошва фундамента должна быть заложена ниже их ввода. При этом условии трубы не подвержены дополнительному давлению от фундамента, а фундаменты не опираются на насыпной грунт траншей, отрытых для прокладки труб. Кроме того, в случае аварий и протечек уменьшается зона замачивания грунта, а при необходимости замены труб не будут нарушены грунты основания.

Влияние способа производства работ по устройству фундаментов

При возможности следует закладывать фундамент выше уровня подземных вод. При этом, как правило, не требуется водоотлива, гарантируется сохранение природной структуры грунтов основания, работы могут быть выполнены в кратчайший срок.

Глубину заложения фундамента следует выбирать, в том числе и в зависимости от способа производства землянных и монтажных работ. Под монолитные ленточные фундаменты траншеи можно отрыть вручную, но для здания с подвалом нужен экскаватор. При наличии крана можно применять сборные фундаменты, а при наличии бетономешалки — монолитные и т.д.

Окончательное решение по конструкции фундамента и глубине его заложения нужно принимать после анализа всех черех факторов приведенных выше.

Источник