Варианты расчета осадки фундаментов методом послойного суммирования

5 Ноябрь 2021 Стройэксперт Главная страница » Фундамент » Деформации

У жильцов частных домов может возникнуть одна очень неприятная проблема: в фундаменте за долгое время могут появиться дефекты в виде трещин, из-за чего он начинает смещаться. Этот сдвиг или смещение имеет название «осадка фундамента». Это происходит вследствие сжатия почвенного покрова. Причины появления осадки фундамента, методы проведения диагностики осадки, расчет осадки разных видов фундамента, решение этой проблемы – все это будет обсуждаться в этой статье. Важно помнить, что при появлении трещин в основании, не нужно бояться, просто продолжайте следить за этим, пока осадка фундамента не дошла до критического состояния.

Основные причины осадки фундамента

Осадка фундамента происходит при неравномерной нагрузке и неоднородности почвы
Почва под подошвой деформируется при получении добавочных напряжений, если они превышают давление от собственного веса грунта. В результате объем земли уменьшается за счет уменьшения пор, развиваются искажения в пространстве.

Причины деформаций:

• скачкообразная осадка уплотнения;
• неоднородное основание под фундаментом;
• прерывистое состояние напряжения;
• неравномерный вес здания в процессе возведения.

Остаточные просадки превышают упругие деформации, поэтому искажения почвы под действием неравномерного давления относят к категории осадок уплотнения. Показатель неодинаков из-за разнохарактерности почвенных условий и неравномерности напряжения. Неоднородность грунта обуславливается присутствием вспучивающихся слоев, неравномерным залеганием пластов и их различной толщиной.

Нагрузка передается неравномерно, так как фундаменты воспринимают нагрузку в разное время строительства. Основное давление получают вертикальные конструкции, кровля и от них ленточный фундамент, а перекрытия с балками, перегородки, оборудование нагружаются позднее. Одни опоры делают с уширенной подошвой по отношению к другим, поэтому происходит неравномерная осадка фундамента.

Осадка или просадка

Если речь идет о плавном движении сооружения или грунта, такой процесс называется осадкой. При нем не происходит коренного изменения структуры почвы.

Упоминая просадку, подразумевают сильно подмытый и смещенный вниз грунтовой пласт. Под влиянием внешних нагрузок, массы сооружения и дополнительных факторов возникает просадка фундамента МКД. От осадки отличается глубиной смещения. Усугубляет ситуацию чрезмерное увлажнение почвы, приводящее к ее набуханию и увеличению веса.

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.

Как сделать кирпичный цоколь своими руками

Цоколь представляет собой верхнюю часть ленточного фундамента, который строят от уровня земли на высоту 500-700 мм. Цоколь должен не только выдерживать нагрузки строения, но и быть прочным и устойчивым к климатическим воздействиям (дождю, снегу, половодью).

Цоколь делают из прочных морозостойких материалов: кирпича, камня, бетона. Снаружи кирпичный цоколь закрывают отделочным, декоративным материалом или просто штукатурят. Прочная штукатурка кирпичного цоколя, сделанная своими руками, делается из цементно-песчаного раствора составом 1:3.

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.

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.

Решение проблемы

Неизбежно оседающий фундамент восстанавливают. Чтобы помешать осадке фундамента МКД, увеличивают глубину путем рытья подкопа и заполнения пустот бетонным раствором. Этот дорогостоящий и медленный процесс необходим, чтобы остановить процесс оседания.

Во множестве случаев осадка происходит из-за корней растущих возле дома насаждений. Ликвидация деревьев, принимающих из почвы влагу, позволит притормозить процессы.

Порой достаточно отремонтировать водоснабжение, канализацию или водосточную трубу, чтобы решить проблему. Грунт перестанет проседать, и ситуация стабилизируется.

Для установления причин проседания фундамента на протяжении года контролируют и измеряют трещины. В целях профилактики содержат в соответствующем состоянии коммуникации, вовремя производят ремонт водопроводно-канализационной системы.

Прочность конструкции строения гарантируют и его разрезание осадочными швами, обеспечение прочности отдельных деталей, дополнительное армирование с поясами по периметру наружных и капитальных стен, увеличение площади опорных элементов.

Как быть, если на территории планируемого строения залегает грунт, имеющий просадочные свойства? Строительные мероприятия включают их устранение:

1. Тяжелую трамбовку. Она полностью ликвидирует просадочные характеристики верхнего слоя почвы 1-1,5 м.
2. Трамбованные котлованы. Почву трамбуют с одновременным в ней устройством нижней части фундамента.
3. Предварительное замачивание плюс подводные мелкозарядные взрывы. Грунт оседает, его требуется досыпать, утрамбовать и укатать.
4. Термический обжиг просадочного грунта.

Рекомендации по закладке бетона

Монолитные конструкции бетонируют в разборной опалубке из унифицированных частей. Способ укладки и транспортировки смеси выбирают с учетом минимального количества перегрузок.

Бетон подают в нескольких вариантах:

• подъемными механизмами в бадьях;
• самосвалами на эстакадах или в опалубку;
• транспортными лентами;
• бетононасосами.

Перемещение краном удобно, т.к. используется независимо от объемов фундамента и одновременно подает арматуру для каркаса. Закладку бетона в труднодоступные области проводят легкими съемными транспортерами или виброжелобами.

3.2.4. Проверка относительной разности осадок

Относительная разность осадок между фундаментами считается допустимой, если выполняется условие

где S

– разность осадок между фундаментами;
L
– расстояние между осями рассматриваемых фундаментов.

Предельная относительная разность осадок (S
/L)u
определяется в соответствии с требованиями [1, прил. 4].

Относительную разность осадок следует проверить для продольных внутренней и наружной стен; продольных внутренних стен (трехпролетное здание); торцевых и поперечных стен.

Расчет крена фундамента

Наклон опоры вызывается внецентренным действием внешних факторов (изгибающий момент) или влиянием рядом стоящих фундаментов. Крен может возникнуть от неоднородности почвы под подошвой. Формулы для расчета наклона основы строения регламентируются в СНиП 2.02.01 – 1983.

В расчет принимается деформационный модуль и коэффициент Пуассона:

• супеси и пески — 0,3;
• глины — 0,42;
• суглинки — 0,35.

Модуль искажения принимается по специальным таблицам для определенного вида грунта. Учитывается ширина и площадь подошвы фундамента, высчитывается абсолютное и добавочное давление на основание. Расчет ведется для стороны прямоугольной конструкции, в отношении которой работает изгибающий момент. Если в надземной части не предполагается деформационного поворота, расчет крена не делается.

Как избежать осадки

Предотвратить осадку фундамента можно еще на стадии проектирования основания. Если расчеты показывают, что величина осадки превышает допустимою норму, нужно заменить висячие сваи на сваи-стойки — использовать опоры большей длины, которые работают в грунте не за счет сопротивления почвы боковым стенкам конструкции, а за счет опирания на глубинный пласт несжимаемого грунта.

Снизить риск осадки фундамента можно и посредством увеличения сопротивления грунтов, что достигается за счет их цементации. Данный метод особенно эффективен в условиях почвы, обладающей низкой плотностью. Его суть заключается в нагнетании в толщу грунта бетонной смеси либо силикатного раствора с помощью специальных инъекторов.

Инъектор представляет собой перфорированную стальную трубу, которая погружается в почву и подключается к бетононасосу. Подача смеси ведется в пласты грунта, в которых расположена опорная часть сваи. В результате вокруг опорной подошвы сваи, после отвердевания смеси, образуется монолитная бетонная подушка, которая предотвращает осадку фундамента под внешними нагрузками.

Полезные материалы

Свайный фундамент своими руками — пошаговая инструкция

СК «Установка Свай» занимается возведением фундаментов на железобетонных сваях.

Как рассчитать свайный фундамент

В местностях с зыбкими, слабыми грунтами предпочтительные виды фундаментов под дома и сооружения – свайный и свайно-ростверковый.

Определение величин неравномерных осадок здания

Для определения величины неравномерной осадки здания необходимо знать: разность S осадок фундаментов для каркасных или прогиб (перегиб) несущих стен для бескаркасных зданий.

Все работы, связанные с определением неравномерной осадки здания, выполняются инженером-геодезистом с помощью геодезического нивелирования III класса точности.

Работы проводят в соответствии с «Инструкцией по нивелированию I, II, III и IV классов» с учетом следующих особенностей:

• нивелирование выполняется короткими лучами при расстояниях от нивелира до рейки 4—30 м. При приемке здания нивелирование ведется не по маркам, а по выбранной на здании горизонтальной линии — цоколю, карнизу или плоскости оконных переплетов;
• точки выбранного элемента нивелируют через 3—6 м, и отметки относительно наивысшей точки наносятся на схему. Первоначальная горизонтальность выбранной конструктивной части здания не оказывает влияния на результаты, так как многочисленные измерения показали, что величины начального наклона или неровности конструктивной части и опасные для здания перемещения имеют разный порядок;

Рис. 4.1. Схема определения прогиба фундамента: а — симметричного; б — несимметричного; 1 — линия нулевой отметки; 2 — линия прогиба фундамента

• места установки рейки отмечают краской на фасаде здания и наносят на схематический план здания. Одна из точек нивелирования должна быть привязана к существующему реперу для возможности проведения повторного нивелирования.

Абсолютный прогиб (рис. 4.1) определяется следующим образом: а) для симметричного прогиба

где S, Sа Sb — отметки точек 0, А, В относительно наивысшей точки (нулевой);

б) для несимметричного прогиба

где

— расстояния до точки максимального прогиба.

Относительный прогиб (перегиб) определяется по формуле

где L — длина изогнувшейся части стены.

Отрицательное значение соответствует перегибу стены. Оценка результатов измерений производится в соответствии с требованиями (прилож. 1, п. 8). Предельные величины деформаций основания приведены в табл. 4.3.

Таблица 4.3. Предельные деформации основания

Предельные деформации основания

Средняя su (в скобках максимальная) осадка, см

1. Производственные и гражданские одноэтажные и многоэтажные здания с полным каркасом:

2. Здания и сооружения, в конструкциях которых не возникают усилия от неравномерных осадок

3. Многоэтажные бескаркасные здания с несущими стенами из:

крупных блоков или кирпичной кладки без армирования

Сооружения
	Относительная разность осадок (Δs/L)u	Крен iu	0,0020	0,005	10
то же, с армированием, в том числе с устройством железобетонных поясов	0,0024	0,005	15

Полученные в результате обработки материалов нивелирования максимальный относительный прогиб или максимальная разность осадок (для каркасных зданий) сравниваются с приведенными выше предельно допустимыми деформациями. Вопрос о наличии и развитии неравномерных осадок должен решаться в каждом конкретном случае исходя из грунтовых условий, глубины заложения фундаментов и наличия внешних неблагоприятных воздействий.

В случае установления тенденции к неравномерным осадкам здания необходимо позаботиться о закреплении опорных точек для повторного нивелирования с помощью установки осадочных марок.

Для марок, установленных на концах осей сооружений, вычисляется относительный крен:

где SA и SB — осадки крайних марок по оси сооружений, мм; L — расстояние между марками, мм.

Рис. 4.2. Схема измерений крена зданий:

аа’— положение марки в первом и втором циклах измерения; В — условно неподвижная цель; а, о — отсчеты по линейке в первом и втором циклах измерений; а — а’ — q — величина крена в делениях линейки; Н — высота сооружения

Относительный крен вычисляют для продольной оси здания, а также для поперечных сечений у торцов и в средней части, причем обязательно указывают направление крена (север, восток, юг, запад).

Метод проецирования при измерении крена сооружения. Измерения выполняют следующим образом. Теодолит центрируют над опорным знаком и с помощью накладного уровня приводят ось вращения трубы в горизонтальное положение; вверху здания или сооружения выбирают точку (А) для наблюдения или устанавливают марку. В цокольной части намечают условно неподвижную точку (В), на которую наводят биссектор теодолита, и делают отсчет по линейке, верхнюю точку проектируют вниз и также отсчитывают по линейке.

Рис. 4.3. Схема установки осадочных марок: а, б, в — стеновые марки; г — цокольная марка

Разность отсчетов а — а в двух циклах, отнесенная к высоте сооружения, позволит определить величину крена (рис. 4.2).

На рис. 4.3 приведены некоторые конструкции осадочных марок, которые могут быть установлены в цокольной части стены. В соответствии с «Указаниями по наблюдению за осадками фундаментов промышленных и гражданских зданий и сооружений» марки следует размещать по контуру здания через 10—12 м. Их необходимо устанавливать на углах здания, в местах примыкания продольных и поперечных стен, с обеих сторон осадочного шва.

При установке марок следует учесть результаты нивелирования, проведенного при приемке здания, заложив их в местах наибольшей ожидаемой осадки, прогиба, крена фундаментов.

Источник

Источник: furnilux.ru