Определение характеристик физического состояния грунтов. Плотность грунта в природном состоянии. Коэффициент пористости, страница 7

13332

18.09.2013

Расчет нагрузки на фундамент необходим для правильного выбора его геометрических размеров и площади подошвы фундамента. В конечном итоге, от правильного расчета фундамента зависит прочность и долговечность всего здания. Расчет сводится к определению нагрузки на квадратный метр грунта и сравнению его с допустимыми значениями.

Для расчета необходимо знать:

• Регион, в котором строится здание;
• Тип почвы и глубину залегания грунтовых вод;
• Материал, из которого будут выполнены конструктивные элементы здания;
• Планировку здания, этажность, тип кровли.

Исходя из требуемых данных, расчет фундамента или его окончательная проверка производится после проектирования строения.

Попробуем рассчитать нагрузку на фундамент для одноэтажного дома, выполненного из полнотелого кирпича сплошной кладки, с толщиной стен 40 см. Габариты дома – 10х8 метров. Перекрытие подвального помещения – железобетонные плиты, перекрытие 1 этажа – деревянное по стальным балкам. Крыша двускатная, покрытая металлочерепицей, с уклоном 25 градусов. Регион – Подмосковье, тип грунта – влажные суглинки с коэффициентом пористости 0,5. Фундамент выполняется из мелкозернистого бетона, толщина стенки фундамента для расчета равна толщине стены.

Определение глубины заложения фундамента

Глубина заложения зависит от глубины промерзания и типа грунта. В таблице приведены справочные величины глубины промерзания грунта в различных регионах.

Таблица 1 – Справочные данные о глубине промерзания грунта

Справочная таблица для определения глубины заложения фундамента по регионам

Глубина заложения фундамента в общем случае должна быть больше глубины промерзания, но есть исключения, обусловленные типом грунта, они указаны в таблице 2.

Таблица 2 – Зависимость глубины заложения фундамента от типа грунта

Зависимость глубины заложения фундамента от типа грунта

Глубина заложения фундамента необходима для последующего расчета нагрузки на почву и определения его размеров.

Определяем глубину промерзания грунта по таблице 1. Для Москвы она составляет 140 см. По таблице 2 находим тип почвы – суглинки. Глубина заложения должна быть не менее расчетной глубины промерзания. Исходя из этого глубина заложения фундамента для дома выбирается 1,4 метра.

Что такое несущая способность грунта?

Несущая способность грунта — это показатель давления, которое может выдерживать грунт. Его указывают либо в Ньютонах на квадратный сантиметр (Н/см²), либо в киолграмм-силе на 1 сантиметр квадратный (кгс/см²), либо в мегапаскалях (МПа).

Данная величина используется при проектировании фундаментов для сравнения нагрузки, которую оказывает на почву конструкция здания с учётом возможного слоя снега на крыше и давления ветра на поверхность стен. Даже при точном подсчете влияния каждого из указанных факторов на соотношение несущей способности поверхности земли на участке к совокупной нагрузке от конструкции здания, эту цифру берут с запасом.

Расчет нагрузки кровли

Нагрузка кровли распределяется между теми сторонами фундамента, на которые через стены опирается стропильная система. Для обычной двускатной крыши это обычно две противоположные стороны фундамента, для четырехскатной – все четыре стороны. Распределенная нагрузка кровли определяется по площади проекции крыши, отнесенной к площади нагруженных сторон фундамента, и умноженной на удельный вес материала.

Таблица 3 – Удельный вес разных видов кровли

Справочная таблица – Удельный вес разных видов кровли

1. Определяем площадь проекции кровли. Габариты дома – 10х8 метров, площадь проекции двускатной крыши равна площади дома: 10·8=80 м2.
2. Длина фундамента равна сумме двух длинных его сторон, так как двускатная крыша опирается на две длинные противоположные стороны. Поэтому длину нагруженного фундамента определяем как 10·2=20 м.
3. Площадь нагруженного кровлей фундамента толщиной 0,4 м: 20·0,4=8 м2.
4. Тип покрытия – металлочерепица, угол уклона – 25 градусов, значит расчетная нагрузка по таблице 3 равна 30 кг/м2.
5. Нагрузка кровли на фундамент равна 80/8·30 = 300 кг/м2.

Возведение свайно-винтового фундамента на болоте

Ещё на этапе планирования дома и, соответственно, выбора типа фундамента, необходимо провести пробное завинчивание, которое даст необходимые сведения о требуемой длине свай. Толщина свай и шаг их размещения определяется в соответствии с предполагаемыми нагрузками, но в среднем диаметр винтовых свай может варьироваться от 57 до 133 мм, а расстояние между ними составлять от 1,5 до 2,5 м. Глубина погружения, как правило, составляет от 1,5 м и больше. Технологию возведения свайно-винтового фундамента можно разделить на следующие этапы:

Разметка участка. Чем больше и тяжелее будет дом, тем больше понадобится соответствующих размеров опор. Размечают участок в соответствии с составленным ранее планом, для чего можно использовать деревянные колышки

Важно правильно выбрать шаг размещения свай, а также учесть тот факт, что несущие стены дома должны обязательно опираться на сваи.

Вкручивание свай. После того как площадка размечена, приступают к вкручиванию опор

Для увеличения несущей способности фундамента, сваи закручивают до тех пор, пока не будет чувствоваться явное сопротивление вкручиванию, поэтому длина опор должна быть взята с запасом. Следует отметить, что эта точка сопротивления может быть различной на участке, поэтому глубина завинчивания свай также будет неидентичной. По окончании вкручивания всех свай, приступают к их обрезке в один уровень при помощи болгарки с дисками по металлу. Данный этап строительства фундамента, несмотря на кажущуюся трудоёмкость работ, довольно легко выполняется за 1−2 дня;

Бетонирование. Для увеличения жёсткости и прочности фундамента на болоте внутрь опор заливают бетонный раствор;

Приваривание оголовков. Оголовки представляют собой некие площадки диаметром, в два раза превышающим диаметр опор. При помощи сварочного аппарата данные элементы привариваются. Во избежание образования коррозийных процессов все сварочные швы обрабатываются краской на эпоксидной основе.

На этом возведение свайно-винтового фундамента окончено. Ещё одним преимуществом применения именно этого типа фундамента является отсутствие периода усадки, что позволяет приступить к следующему этапу строительства уже на следующий день. В некоторых случаях вместо оголовков используют швеллер, которым, так сказать, обвязывают все установленные сваи.

Возведение фундамента на болоте хоть и относится к одному из наиболее сложных и трудоёмких строительных этапов, не является невыполнимой задачей. Поэтому при правильном подходе, грамотном проведении всех расчётов и исследований, а также соблюдении технологических требований, проблем даже на такой неустойчивой почве возникнуть не должно.

Расчет снеговой нагрузки

Снеговая нагрузка передается на фундамент через кровлю и стены, поэтому нагружены оказываются те же стороны фундамента, что и при расчете крыши. Вычисляется площадь снежного покрова, равная площади крыши. Полученное значение делят на площадь нагруженных сторон фундамента и умножают на удельную снеговую нагрузку, определенную по карте.

Таблица – расчет снеговой нагрузки на фундамент

1. Длина ската для крыши с уклоном в 25 градусов равна (8/2)/cos25° = 4,4 м.
2. Площадь крыши равна длине конька умноженной на длину ската (4,4·10)·2=88 м2.
3. Снеговая нагрузка для Подмосковья по карте равна 126 кг/м2. Умножаем ее на площадь крыши и делим на площадь нагруженной части фундамента 88·126/8=1386 кг/м2.

Калькулятор для расчета фундаментов

Процесс расчета несущей способности основания — это кропотливый процесс, требующий обширных знаний в области строительства и геологии. На помощь инженерам приходит специальные калькуляторы.

При использовании калькулятора необходимо самостоятельно выбирать тип фундамента, вид почвы и глубину промерзания.

Для правильного определения всех параметров необходимы знания геологии. Доверять анализ основания необходимо специалистам, ведь в строительстве есть множество нюансов, которые не может учесть компьютерная программа.

Для самостоятельного использования отлично подойдут программы для расчета объема ленточного фундамента. Они не учитывают вид почвы и ее несущую способность. Для расчета необходимо ввести все параметры фундамента, и она посчитает объем бетона.

Действующие проектировщики создали простую программу, рассчитывающую базы колонн в зависимости от типа пород основания и веса здания. Она очень специфична и подойдет далеко не каждому, но профессионалам может помочь в расчетах.

Расчет нагрузки перекрытий

Перекрытия, как и крыша, опираются обычно на две противоположные стороны фундамента, поэтому расчет ведется с учетом площади этих сторон. Площадь перекрытий равна площади здания. Для расчета нагрузки перекрытий нужно учитывать количество этажей и перекрытие подвала, то есть пол первого этажа.

Площадь каждого перекрытия умножают на удельный вес материала из таблицы 4 и делят на площадь нагруженной части фундамента.

Таблица 4 – Удельный вес перекрытий

Таблица расчет веса перекрытий и их нагрузка на фундамент

1. Площадь перекрытий равна площади дома – 80 м2. В доме два перекрытия: одно из железобетона и одно – деревянное по стальным балкам.
2. Умножаем площадь железобетонного перекрытия на удельный вес из таблицы 4: 80·500=40000 кг.
3. Умножаем площадь деревянного перекрытия на удельный вес из таблицы 4: 80·200=16000 кг.
4. Суммируем их и находим нагрузку на 1 м2 нагружаемой части фундамента: (40000+16000)/8=7000 кг/м2.

Расчет полов

Пол на лагах устанавливается в большинстве домов, но при неправильном конструировании подвального помещения (отсутствие продухов, их малый или большой размер) в нем начинает конденсироваться влага.

Вода деформирует или полностью разрушает деревянные лаги и конструкцию пола, способствует разрушению бетона.

Самый простой способ бороться с влагой в подвале — отказаться от цокольного помещения. Пол по грунту обеспечит долговечность конструкции и не даст лишней влаге проникнуть в дом.

Расчет нагрузки стен

Нагрузка стен определяется как объем стен, умноженный на удельный вес из таблицы 5, полученный результат делят на длину всех сторон фундамента, умноженную на его толщину.

Таблица 5 – Удельный вес материалов стен

Таблица – Удельный вес стен

1. Площадь стен равна высоте здания, умноженной на периметр дома: 3·(10·2+8·2)=108 м2.
2. Объем стен – это площадь, умноженная на толщину, он равен 108·0,4=43,2 м3.
3. Находим вес стен, умножив объем на удельный вес материала из таблицы 5: 43,2·1800=77760 кг.
4. Площадь всех сторон фундамента равна периметру, умноженному на толщину: (10·2+8·2)·0,4=14,4 м2.
5. Удельная нагрузка стен на фундамент равна 77760/14,4=5400 кг.

Исследование грунта

Исследования состояния грунта важный этап в подготовки к монтажу фундамента. Так, лучше всего обратиться к помощи специализированных компании, оказывающих данные услуги на профессиональной основе. Однако, первичные работы можно провести и самостоятельно — воспользовавшись ориентировочным методом исследования и анализа грунта. Рассмотрим поэтапно:

Для извлечение проб грунта необходим бур

Важно помнить, что от этажности будущего здания зависит глубина на которую нужно проделать лунку. Так, для одноэтажного дома — это 2-3 метра, для двухэтажного дома — 3-4 метров. Однако, если планируется укладка глубокого фундамента для подвала или цокольного этажа, то бурение самостоятельно выполнить не получиться, так как в этом случае глубина будет соответствующая. Возникает другой вопрос: достаточно ли одного шурфа? Однозначно нет и это объясняется просто

Фундамент будет залегать на достаточной глубине и в разное время года на него будет воздействовать мороз или влага, что в свою очередь может привести к образованию трещин, сколов, дыр как на самом фундаменте, так и на стенах сооружения. Как бы не было зафиксировано в СниПах о том, что для небольших одноэтажных достаточно 1-2 шурфов, лучше всего заложить 4-5 для надежности.

Предварительный расчет нагрузки фундамента на грунт

Нагрузку фундамента на грунт расчитывают как произведение объема фундамента на удельную плотность материала, из которого он выполнен, разделенное на 1 м2 площади его основания. Объем можно найти как произведение глубины заложения на толщину фундамента. Толщину фундамента принимают при предварительном расчете равной толщине стен.

Таблица 6 – Удельная плотность материалов фундамента

Таблица – удельная плотность материало для грунта

1. Площадь фундамента – 14,4 м2, глубина заложения – 1,4 м. Объем фундамента равен 14,4·1,4=20,2 м3.
2. Масса фундамента из мелкозернистого бетона равна: 20,2·1800=36360 кг.
3. Нагрузка на грунт: 36360/14,4=2525 кг/м2.

4.1. Критические нагрузки на грунты основания. Фазы напряженного состояния грунтовых оснований

Рассмотрим график зависимости на рис. 4.1, а.
Для связного грунта начальный участок графика Оа

будет почти горизонтальным, протяженность этого участка определится величиной структурной прочности грунт, а деформация имеет упругий характер.

При увеличении давления (участок аб

) осадка возрастает, развивается процесс уплотнения за счёт уменьшения пористости грунта. Зависимость близка к линейной, осадки стремятся к постоянной величине (4.1, б). Ни в одной точке основания не формируется предельное состояние. Наибольшее напряжение, ограничивающее этот участок, называется
начальной критической нагрузкойp
начкр., а изменение нагрузки от 0 до
p
начкр. характеризует
фазу уплотнения грунта
.

При изменении давления под подошвой фундамента от 0 до p

начкр. ни в одной точке основания не возникает предельное состояние, т.е. происходит только уплотнение грунта, что абсолютно безопасно для основания.

При дальнейшем увеличении нагрузки (участок бв

рис.4.1, а) в точках, расположенных под краями фундамента, касательные напряжения по некоторым площадкам становятся равными их предельным значениям. По мере возрастания нагрузки эти точки объединяются в зоны, размеры которых увеличиваются. Возникают сдвиговые деформации, имеющие пластический характер. График зависимости всё больше отклоняется от линейного. Участок
бв
называют
фазой сдвигов
. Концу этой фазы соответствует
ри
, называемая предельной критической нагрузкой, при которой в основании образуются замкнутые области предельного равновесия, и происходит потеря устойчивости грунтов, т.е. полное исчерпание несущей способности.

В зависимости от глубины заложения подошвы фундамента db

очертания областей предельного равновесия имеют различный характер (рис. 4.2).

Нагрузки, соответствующие p

начкр. и
ри
называют критическими нагрузками, их определяют методами теории предельного равновесия.

Расчет общей нагрузки на 1 м2 грунта

Результаты предыдущих расчетов суммируются, при этом вычисляется максимальная нагрузка на фундамент, которая будет больше для тех его сторон, на которые опирается крыша.

Условное расчетное сопротивление грунта R0 определяют по таблицам СНиП 2.02.01—83 «Основания зданий и сооружений».

1. Суммируем вес крыши, снеговую нагрузку, вес перекрытий и стен, а также фундамента на грунт: 300+1386+7000+5400+2525=16 611 кг/м2=17 т/м2.
2. Определяем условное расчетное сопротивление грунта по таблицам СНиП 2.02.01—83. Для влажных суглинков с коэффициентом пористости 0,5 R0 составляет 2,5 кг/см2, или 25 т/м2.

Из расчета видно, что нагрузка на грунт находится в пределах допустимой.

Характеристики оснований строительных сооружений

Кроме определения опорных характеристик базового уровня, необходимо принять во внимание риски могущие привести к деформации здания. Для этого проверяют грунт по следующим параметрам:

• плотность – определяется трудностью взятия образца;текучесть, чем легче прилипает почва к инструменту и дольше держится, тем более высока текучесть;пористость, определяют сравнением объемов измельченной породы и не измельченной;способности к набуханию, изменение объема и формы при намачивании, показывает склонность к просадкам;пучинистость, под влиянием низкой температуры в структуре образуются кристаллы льда, ведущие к изменению объема и формы почвы;способности к проседанию, возможность вертикального сдвига под действием массы при изменении физических свойств почвы.

Неспециалисту сложно точно определить строительные характеристики основания, поэтому в нормативных документах указываются минимальные значения параметров. Что позволяет избежать риска в процессе возведения зданий и повысить запас прочности строения.

Расчет фундамента зданий производят на основании:

• типа грунта (природный или искусственный);размеров, конструкции и материала фундамента;

Расчет должен учитывать два предельных состояния основания, это:

• несущая способность фундамента;деформационные процессы.

Используя калькулятор по расчету несущей способности земляного слоя, можно определить уровень сопротивления почвы вертикальным нагрузкам. Чем крупнее частицы, составляющие основание, тем выше несущие способности базового уровня.

Таблица: Размеры и процентное отношение частиц грунта

Разновидности грунтаРазмеры частиц, ммСодержание частиц в %Глиняныйдо 0.002—Илистый органическийдо 0,01—Илистый неорганическийот 0,002 до 0,05—Песчаный, гравелистыйболее 2от 25Песчаный, крупныйболее 0,5от 50Песчаный, среднийболее 0,25от 50Песчаный, мелкийболее 0,1от 75Песчаный пылеватыйболее 0,1до 75Валунный, глыбовыйболее 200от 50Галечниковый, щебенистыйболее 10от 50Гравийный, дресвяныйболее 2от 50

Как самому определить тип грунта на участке

Классификация почвы – сравнение механических и физических параметров искомого грунта с характеристиками, используемыми в нормативах. Самостоятельная оценка является ориентировочной и приблизительной, поэтому при расчете несущая способность берется с некоторым запасом.

Визуальный метод определения:

1. Глинистая почва при растирании в сухом состоянии дает ощущение порошка, комья трудно раздавливаются. Увлажненная глина остается мягкой и пластичной, мажется на пальцы, скатывается в колбаску. Лепешка при сдавливании получается без краевых трещин.
2. Суглинки в сухом виде дают ощущение песчаных крупинок, комья легко рассыпаются при ударе. Влажная масса скатывается в колбаску, но при сгибании дает трещины, а лепешка получается с разломами по краям.
3. Супесчаный грунт в сухом состоянии напоминает муку или пыль. Влажная масса образует комья малой прочности, которые рассыпаются. У влажной массы отсутствует пластичность, она не скатывается в кольцо, не расплющивается в лепешку.

Песок представляет собой рыхлую массу без связи между мелкими частицами. В сухом состоянии просыпается между пальцами, а во влажном виде отсутствует пластичность, липкость и связность.

Источник: furnilux.ru