Выбор глубины заложения подошвы фундамента

Глубина заложения подошвы фундаментов назначается в соответствии с требованиями ДБН В.2.1-10-2009 [7] с учетом конструктивных особенностей здания, рельефа поверхности участка, геологических и гидрогеологических условий площадки строительства, глубины сезонного промерзания грунтов. Во всех случаях минимальная глубина заложения фундамента должна быть не менее 0,5 м.

Учитывая конструктивные особенности возводимого сооружения, глубина заложения подошвы фундамента должна быть не менее:

– для столбчатого фундамента под железобетонную колонну

, м                                                   (5.9)

где h_f – высота фундамента;
h₁ – толщина бетонной плиты под стаканом, принимается не менее 0,2 м;
h₂ – рихтовочный зазор под колонну, принимается равным 0,05 м;
h₃ – глубина заделки колонны в стакан, принимается не менее большей стороны сечения колонны, м;
h₄ – толщина конструкции пола, принимается равной 0,15 м;

– для ленточного фундамента с подвалом

, м                                                                               (5.10)

где d_b – расстояние от уровня планировки до пола подвала, м;
h_cf – толщина конструкции пола подвала, м;
h_s – толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала (при этом h_cf + h_s ³ 0,5 м).

Рис. 5.2. Схема определения глубины заложения фундамента в зависимости от конструктивных особенностей: а – для столбчатого фундамента без подвала; б – для ленточного фундамента с подвалом.

Глубина заложения фундамента от уровня планировки с учетом инженерно-геологических условий площадки назначается таким образом, чтобы подошва фундамента была заглублена в несущий слой не менее чем на 0,3 м, а мощность несущего слоя под подошвой была бы не меньше 0,5 м. Для определения мощностей слоев грунта по оси фундамента производится привязка здания или сооружения к геологическому разрезу (рис. 5.3).

Глубина заложения подошвы фундамента не зависит от глубины сезонного промерзания, если под подошвой фундамента залегают: крупнообломочные грунты, пески гравелистые, крупные и средней крупности; а также пески мелкие и пылеватые, если УГВ ниже подошвы фундамента более чем на 2 м.

В остальных случаях глубина заложения фундамента принимается в зависимости от расчетной глубины сезонного промерзания грунта d_f, котораяопределяется по формуле

, м                                                                                     (5.11)

где k_h – коэффициент теплового режима здания, принимаемый по табл. 37 [10] (приложение Б. табл.Б.5)

d_fn – нормативная глубина промерзания, принимается в соответствии с формулой 7.2 [7]:

d_fn = d₀√ M_t

где d₀ – коэффициент зависящий от вида грунта, принимаемый для суглинок и глин – 0,23, для супесуй и пеской пылеватых и мелких – 0,28, песков гравелистых, крупных и средней крупности – 0,3, крупно обломочных грунтов – 0,34.

  M_t  - безразмерный коэффициент, который численно равен суме абсолютных значений среднимесячных отрицательные температуры за зимний период в данном районе, определяется по табл.1 [6] (приложение Б, таблица Б6).

В качестве окончательной глубины заложения фундамента принимается наибольшая из величин, полученных при анализе вышеуказанных факторов.

Рис. 5.3. Схема привязки здания к инженерно-геологическому разрезу.

Определение размеров фундамента в плане

Критерии выбора размеров подошвы фундамента основываются на требованиях расчета оснований по предельным состояниям. Согласно ДБН [7] расчет фундаментов по второй группе предельных состояний (деформациям) ведется в предположении линейной деформируемости основания, которая реализуется при выполнении следующих условий:

                                                                                           (5.12)

где Р_ср – среднее давление по подошве фундамента, кПа;
R – расчетное сопротивление основания, кПа;
P _max – максимальное краевое давление, кПа.

Для центрально нагруженных фундаментов достаточно соблюдения одного условия    Р_ср £ R.

Среднее давление под подошвой фундамента находят по формуле

,                                                                               (5.13)

где F_v – результирующая вертикальная сила на обрез фундамента, кН;
b и l – соответственно ширина и длина подошвы фундамента, м;
g _mt – осредненный удельный вес фундамента и грунта на его уступах (принимается в диапазоне 20…22 кН/м³);
d – глубина заложения подошвы фундамента от поверхности планировки, м.

Длина подошвы фундамента l = h × b (для центрально нагруженных фундаментов h = 1, а для внецентренно нагруженных h рекомендуется принимать в диапазоне 1,2…1,8 в зависимости от соотношения вертикальной нагрузки и изгибающего момента, действующих на обрез фундамента).

Краевые давления под подошвой фундамента находят по формуле

                                                               (5.14)

где F_h – результирующая горизонтальная сила на обрез фундамента, кН;
W – момент сопротивления подошвы фундамента (для фундаментов: прямоугольных W = b × l²/6; ленточных W = b²/6).

Расчетное сопротивление грунта R характеризует уровень напряжений в грунте, при котором основание еще можно считать линейно деформируемой средой. В соответствии с требованиями ДБН [7] находят по формуле

  (5.15)

где g _c1 и g _c2 – соответственно коэффициенты условий работы грунтового основания принимаются  по таблице Е.7 [7] (приложение Б. табл. Б.7);
k – коэффициент, принимаемый равным k = 1 – если прочностные характеристики грунта (c _II и j _II) определены непосредственными испытаниями и k = 1,1 – если они определены по таблицам В.1 – В.2  [7];
M _g, M_q и M_c – коэффициенты. зависящие от значения j _II  грунта, залегающего под подошвой фундамента  по таблице Е.8 [7] (приложение Б табл. Б.8);
b – ширина подошвы фундамента;
k_z – коэффициент, принимаемый равным: при b < 10 м – k_z = 1, при b ³ 10 м – k_z = z_o/ b + 0,2, (здесь z_o = 8 м);
g _II и g _II^’ – осредненные расчетные значения удельного веса грунтов, залегающих соответственно ниже и выше подошвы фундамента;
c _II – расчетное значение удельного сцепления под подошвой фундамента;
d₁ – расчетное значение глубины заложения фундамента;
d_b – расстояние от уровня планировки до пола подвала, м (при ширине подвала В £ 20 м и глубине более 2 м d_b = 2 м, при В > 20 м d_b = 0).

Расчетные значения g _II, c _II и j _II находятся для слоя грунта толщиной z ниже подошвы фундамента: z= b/ 2 при b < 10 м и z= z₁+ 0,1 × b при b ³ 10 м (z₁ = 4 м). Если толща грунтов, расположенных ниже подошвы фундаментов в пределах указанного диапазона, неоднородна по глубине, то принимаются осредненные значения ее характеристик, определяемых по формуле

                               (5.16)

где X_i – значение характеристики i ^-того инженерно-геологического элемента;
h_i – толщина i ^-того инженерно-геологического элемента (ИГЭ).

Если уровень грунтовых вод (УГВ) находится выше глубины z, определение расчетных значений g _II и g _II^’ производится с учетом взвешивающего действия воды, то есть в формулу Ошибка! Ошибка связи. для ИГЭ, расположенных ниже УГВ подставляются значения удельного веса взвешенного в воде грунта g _{sb, i}.

Расчетная глубина заложения фундаментов d₁ для зданий с подвалом определяется как приведенная глубина заложения от пола подвала по формуле

,                                                                           (5.17)

где g _cf – удельный вес материала пола подвала. Конструкцию пола подвала можно принять толщиной 100 мм из бетона с удельным весом g _cf = 24 кН/м³;
остальные обозначения те же что и в формуле Ошибка! Ошибка связи..

Предварительное определение размеров подошвы фундамента основано на достижении выполнения неравенств Ошибка! Ошибка связи. и может быть произведено аналитическим или графоаналитическим методами.

Рис. 5.4. Графоаналитический способ определения ширины подошвы фундамента

Рекомендуемый графоаналитический метод состоит в следующем:

В системе координат (по оси абсцисс b в метрах, по оси ординат P, R в кПа) строятся графики уравнений R= f(b), 1.2 × R= f(b), P_cp= f(b), P_max= f(b). Формула Ошибка! Ошибка связи. является уравнением прямой Ошибка! Ошибка связи., формулы Ошибка! Ошибка связи. и Ошибка! Ошибка связи. – уравнениями гиперболы P_cp= f(b), P_max= f(b). Чтобы построить график зависимости Ошибка! Ошибка связи., необходимо определить величины R при двух значениях b (например, при b= 0и при b= 4м). Чтобы построить графики зависимости P_cp= f(b) или P_max= f(b) необходимо определить их величины при нескольких (не менее трех) значениях b (например, при b= 2м, b= 3ми b= 4м). Построение графиков выполнять на листе миллиметровой бумаги формата А4 в произвольном масштабе. Результаты расчетов рекомендуется приводить в табличной форме. Пересечения графиков P_cp= f(b) с R= f(b) и P_max= f(b) с 1.2 × R= f(b) дадут два значения b, при которых будут выполняться условия P_cp £ R и P_max £ 1.2 × R (рис. 5.4). В качестве окончательной ширины подошвы фундамента принимается большее значение, округленное с точностью до десятых. При этом, учитывая погрешности построения графиков, необходимо выполнить проверки условий Ошибка! Ошибка связи. с принятым значением ширины подошвы фундамента. В случае невыполнения условий Ошибка! Ошибка связи. более чем на 5 % требуется корректировка размеров фундамента в сторону их увеличения.