Главная › Забор

06.03.2020

С какой целью делают расчет фундаментов по несущей способности основания

Расчет несущей способности фундамента дома

Сразу же после сдачи любого сооружения в эксплуатацию, происходит процесс медленного опускания фундамента за счет прикладываемых нагрузок. Фундамент всегда опускается на расчетную глубину, это значение всегда учитывается и закладывается при проведении расчетов.

Большие, неравномерные осадки оснований влекут за собой деформацию конструкций с дальнейшим разрушением здания. Как правило причина кроется в неправильном расчете несущей способности фундаментов, а также из-за ошибок в расчетах допустимых нагрузок на грунты.

Необходимость геологических исследований

Для определения типа фундаментов, а также в расчете ориентировочной просадки грунтов зоны строительства, в обязательном порядке проводятся геологические исследования. С их помощью определяется тип почвы, глубина промерзания, уровень залегания грунтовых вод, структура грунта и прочие параметры. Поэтому несущая площадь фундамента должна быть такой, чтобы ее масса вместе с будущим зданием не превышала расчетное сопротивление грунта на строительной площадке.

Только тогда получится качественный, надежный фундамент, способный выдерживать горизонтальные и вертикальные нагрузки. При этом строить дополнительные этажи без укрепления существующего фундамента запрещено, так как в таком случае резко увеличивается масса объекта в целом.

Что подразумевают под расчетной способностью грунтов?

Несущую способность грунтов оценивают в комплексном порядке при расчете фундаментов и сооружений. Главная цель такого расчета – это обеспечить прочность, устойчивость грунтов под подошвой фундамента, не допустить сдвиг здания по подошве в любую сторону.

Нарушение правильного состояния здания может привести не только к накоплению осадок, но впоследствии к нарушению конструкции самого основания. На фундамент также влияют вертикальные, горизонтальные нагрузки со стороны почвы и самого здания, поэтому грунт может просто не справиться с такой массой. Именно по этой причине особое внимание уделяют расчетам несущей способности оснований фундаментов, чтобы максимально определить допустимую зону нагрузки и защитить грунт от полного разрушения.

Какие факторы влияют на состояние грунта и 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.

Когда нужно делать расчет оснований на несущую способность

Если на строительной площадке или в фундаменте существующего здания уже появились видимые деформации конструкций, всегда сначала обращают внимание на состояние почвы под подошвой и определяют их состояние. Поэтому, по нормативам существует сразу несколько различных видов деформаций почвы, которые зависят от внутренних и внешних факторов.

Этапы деформаций грунтов в классическом виде

В современной литературе принято различать три основных фазы деформирования грунтов:

Начальная. Это этап уплотнения почвы под влиянием внешних факторов, происходит из-за уменьшения пор между частицами почвы под подошвой. Фаза отличается тем, что сейчас не происходит сдвига фундамента, ведь все касательные нагрузки равноценные и компенсируются нагрузкой. Но нагрузка всегда возникает спонтанно, она распределяется неравномерно. В результате, в одной точке деформация может быть незначительной, а в другой – сильной. Как итог – происходят сдвиги основания.
Вторая стадия – фаза сдвига подошвы основания. По мере увеличения нагрузок грунт сжимается все сильнее, захватывает новые районы, происходит значительный сдвиг подошвы в сторону большей нагрузки. Нарушается стандартное равновесие, под подошвой образуется плотный шар почвы, а по сторонам – пустое пространство. Материал фундамента стремится занять освободившееся место за счет естественных сил тяготения, поэтому возникают трещины и разрывы в основании, а затем в несущих стенах дома.
Третья фаза – это разрушение подошвы. Тут уже материал подошвы выпирает плотный шар грунта и сразу деформируется.

Такая ситуация возникает с теми фундаментами, которые заложены выше граничной глубины промерзания почвы или сверху над горизонтами грунтовых вод. Немного иная картина происходит с глубоко заложенными основаниями. В таких случаях под подошвой также образуется плотный слой грунта, но его не выпирает на поверхность из-за большой площади перекрытия подошвы. Поэтому такой фундамент обладает лучшими несущими способностями, чем мелкозаглубленный.

Если начинается процесс деформации грунтов, то его порой остановить уже нет возможности. Единственный выход, это устраивать специальные защитные конструкции, способные нивелировать нагрузки или по максимуму снизить их воздействие.

Читать еще: Как правильно связать арматуру на фундамент для двухэтажного дома?

Влияние размеров фундамента на несущую способность основания

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.

Как влияет глубина заложения фундамента на несущую способность оснований

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.

Вопрос 1 – Расчет основания по несущей способности

Практические способы расчета устойчивости оснований фундаментов и сооружений регламентированы существующими строительными нормами. Исходными данными для таких расчетов являются:

– инженерно-геологическое строение основания, включая наивысшее положение уровня подземных вод;

– расчетные значения физико-механических характеристик грунтов всех слоев основания (удельный вес γ’ и γ соответственно выше и ниже подошвы фундамента, φ– угол внутреннего трения,с – удельное сцепление);

– размеры подошвы фундамента: его ширина b, длина l и глубина заложения d;

– расчетные значения вертикальногоF_vи F_h усилий, а также расчетное значение момента М, отнесенное к плоскости подошвы фундамента.

Цель расчетов по несущей способности – это обеспечение прочности и устойчивости грунтов основания, а также недопущение сдвига фундамента по подошве и его опрокидывание.

При выборе расчетной схемы следует руководствоваться статическими и кинематическими возможностями формирования поверхностей разрушения грунтов основания.

Расчет оснований по несущей способности ведут согласно СНиП 2.02.01 – 83. Несущая способность считается обеспеченной при выполнении условия (6.1):

где F – равнодействующая расчетной нагрузки на основание при соответствующих значениях F_vи F_h, наклоненная к вертикали под углом = arctg (F_h / F_v);F_u_. – сила предельного сопротивления (равнодействующая предельной нагрузки); γ _c – коэффициент условий работы, принимаемый: для песков, кроме пылеватых, 1; для песков пылеватых, а также глинистых грунтов в стабилизированном состоянии – 0,9; для глинистых грунтов в нестабилизированном состоянии – 0,85; для скальных грунтов: невыветрелых и слабовыветрелых – 1,0; выветрелых – 0,9; сильно выветрелых – 0,8; γ _n – коэффициент надежности по назначению сооружения, принимаемый равным 1,2; 1,15; 1,10 соответственно для зданий и сооружений I , II , III классов.

В общем случае вертикальную составляющую силы предельного сопротивления основания N_u_. , сложенного нескальными грунтами в стабилизированном состоянии, допускается определять по формуле (6.2):

где b’ и l’ – приведенные ширина и длина подошвы фундамента:

Читать еще: Расчет кубов бетона на фундамент

b’ = b – 2 e_b ; l’ = l – 2 e_l ; (6.3)

e_b и e_l – соответственно эксцентриситеты приложения равнодействующей нагрузок в уровне подошвы фундамента, причем символом b обозначена сторона фундамента, в направлении которой ожидается потеря устойчивости основания. Правила определения величин b’и l’для прямоугольного и круглого фундаментов показаны на рисунке 20.

Рисунок 20 – Схема к определению приведенных размеров

прямоугольного (а) и круглого (б) фундаментов

Очевидно, что при центральном приложении нагрузки b’ = b ; l’ = l.

Коэффициенты N_γ , N_q , N_c принимаются по таблице 6.1 в зависимости от расчетного значения φ и δ ; при этом необходимо выполнение условия tg δ 5 фундамент рассматривается как работающий в условиях плоской задачи, тогда ξ_γ = ξ_q = ξ_c = 1. В пределах между этими величинами поправочные коэффициенты рассчитывают по формулам (6.4):

ξ_γ = 1 – 0,25 / η ; ξ_q = 1 + 1,5 / η ; ξ_c = 1 + 0,3 / η , (6.4)

Необходимо помнить, что при высоком положении уровня подземных вод, значения удельного веса грунта в формуле (6.1) нужно принимать с учетом взвешивающего действия воды.

Таблица 6.1 – Значения коэффициентов N_γ , N_q , N_c

Угол внутреннего трения грунта, φ, град	Коэффициенты	Коэффициенты N_γ , N_q и N_c при углах наклона к вертикали равнодействующей внешней нагрузки δ, град, равных
N_γ N_q N_c	1,35 3,94 10,98	1,02 3,45 9,13	0,61 2,84 6,88	0,21 2,06 3,94	δ = 14,5
N_γ N_q N_c	2,88 6,40 14,84	2,18 5,56 12,53	1,47 4,64 10,02	0,82 3,64 7,26	0,36 2,69 4,65	δ = 18,9
N_γ N_q N_c	5,87 10,66 20,72	4,50 9,17 17,53	3,18 7,65 14,26	2,00 6,13 10,99	1,05 4,58 7,68	0,58 3,60 5,58	δ = 22,9
N_γ N_q N_c	12,39 18,40 30,14	9,43 15,63 23,54	6,72 12,94 20,68	4,44 10,37 16,27	2,63 7,96 12,05	1,29 5,67 8,09	0,95 4,95 6,85	δ = 26,5
N_γ N_q N_c	27,50 33,30 46,12	20,58 27,86 38,36	14,63 22,77 31,09	9,79 18,12 24,45	6,08 13,94 18,48	3,38 10,24 13,19	1,60 7,04 8,63	δ = 29,8

Примечание. В фигурных скобках приведены значения коэффициентов несущей способности, соответствующие указанным рядом значениям δ, полученным из условия tg δ = sin φ.

Предельное сопротивление оснований, сложенных неконсолидированными глинистыми грунтами, для прямоугольных фундаментов при l ≤ 3bможно определять по формуле (6.3), полагая φ = 0 и ξ_c = 1 + 0,11 / η . Допущение φ = 0 связано с предположением наибольшего значения порового давления в медленно уплотняющихся водонасыщенных грунтах и идет в запас прочности.

Вертикальную составляющую силы предельного сопротивления основания, сложенного скальными грунтами, определяют по формуле (6.5):

где R_c – расчетная прочность образца грунта на одноосное сжатие.

Несущая способность фундаментов

Строительная компания «Богатырь» оказывает профессиональные услуги в строительстве долговечных и прочных фундаментов на забивных железобетонных сваях, особенно мини сваи – идеальное решение по соотношению цены к качеству.

В нашей компании работает команда высококвалифицированных специалистов, выполняющие свои работы на высочайшем уровне. Но прежде всего, мы осуществляем определение фактической несущей способности фундамента, что позволяет достигать дальнейшего прекрасного результата.

Эта статья поможет узнать, как произвести правильные расчеты свайных фундаментов, а также, что для этого необходимо.

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.

Совет эксперта! Выполняя анализ линейного основания, обязательная процедура – вскрытие основания, который контактирует с грунтом. Также по периметру необходимо сделать выемки, которые предоставляют возможность добраться к опорной подошве. Когда речь идет о работе с основанием свайного типа у оголовка и ростверка свай мы удаляем грунт.

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

Определение несущей способности фундамента

Под несущей способностью подразумевается способность основания справиться с предполагаемой нагрузкой.

Совет эксперта! Как показывает наша практика, несущую способность основания попросту невозможно определить на стройплощадке и проектных нагрузках в отрыве от технических характеристик почвы. По этой причине, сперва мы осуществляем сбор необходимой информации, а потом приступаем к решению основной задачи.

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:

Читать еще: Как защитить деревянный забор от гниения?

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

Совет эксперта! Согласно всем вычислениям и совокупности всей предполагаемой нагрузки, наши специалисты будут знать точную информацию касательно того, какую нагрузку сможет перенести фундамент, а это позволяет нам точно определять несущую способность.