Вы здесь: Реконструкция деревянного дома =>Расчет основания фундамента =>Расчет основания фундамента Пример

Расчет основания фундамента, пример

Ниже, в качестве примера, приведен расчет фундамента реконструируемого здания (также см. замена фундамента и устройство фундамета)

До начала реконструкции здание опиралось на 12 столбчатых фундаментов из железобетонных столбов размером 10х10х100 см, которые применялись в советское время для установки заборов. Глубина заложения фундамента d = 0,6 м, общая площадь подошвы фундамента S =0,12 м2. Некоторые столбчатые фундаменты имели крен до 10°. Дом был построен на равнинном заболоченном участке мелколесья, осушенном до начала строительства.

Деформации основания фундамента к моменту началу работ по реконструкции превышали предельно допустимые по ОСН АПК 2.10.01.001-04 значения осадки основания столбчатого фундамента деревянных зданий и составляли :
    - максимальная осадка основания столбчатого фундамента - Sumax = 9 см, (максимально допустимые осадки Su = 5 см);
    - относительная разность осадок - ε = 0,02 , (максимально допустимая относительная разность осадок, ε = 0,006).

Для выяснения причин предаварийного состоянием, был проведена проверка назначения размеров подошвы фундамента столбчатого фундамента деревянного дома и глубины его заложения, исходя из условия (1).

p ≤ R      (1)

    где p - среднее давление под подошвой фундамента с учетом веса фундамента нагрузки на основание фундамента с учетом веса фундамента, кН;
    R - расчетное сопротивление грунта основания фундамента, кПа.

Расчетное сопротивление грунта основания фундамента R определяется по формуле (5.7) СП 22.13330.2011.

Размеры фундаментов зданий пониженного уровня ответстенности допускается также назначить, исходя из значений расчетного сопротивления грунтов основания R0 в соответствии с таблицами приложения В.

Значениями R0 допускается также пользоваться для окончательного назначения размеров фундаментов сооружений III уровня ответственности

Для столбчатого фундамента при hп = 0 условие (1) записывается следующим образом:

p = γfF/(nfSf) = γfF/(blnf) ≤ R          (2)

    где p - среднее давление на основание фундамента,
    F - равнодействующаю сила нагрузки на основание фундамента с учетом веса фундамента, кН;
    γf = 1,1 - Коэффициент надежности по нагрузке
    Sf - площадь подошвы столбчатого фундамента
    nf - число столбчатых фундаментов
    l - длина подошвы столбчатого фундамента, м
    b - ширина подошвы столбчатого фундамента, м
    R - расчетное сопротивление грунта основания фундамента, кПа.

В том случае, когда под подошвой подушки залегает грунт меньшей прочности, чем прочность материала подушки, необходимо выполнить проверку этого грунта согласно СНиП 2.02.01-83*;


Грунты основания

   Разновидности грунтов основания фундамента реконструируемого дома определялись визуальными методами полевого исследования. Пробы грунта отбирались через каждые 25 см проходки сважены глубиной 3м, пробуренной (обыкновенным садовым буром) по двум углам дома рядом со стобчатыми фундаментами. Было установлено, что: ниже подошвы фундамента залегают влажные пылеватые пески. установившейся уровнь грунтовых вод был зафиксирован на глубине Hизмmp = 2,2 м. от устья скажены. Расчетный уровень грунтовых вод, составляет 1.69 м.
   Отбор проб грунта для определения физических характеристик с нерарушенной структурой производился из шурфа, который был отрыт на глубину ниже уровня подошвы фундамента на 0,5 м., заложенного рядом со столбчатым фундаментом реконструируемого дома.

Слева приведен образец шурфа.
1 - кирпичная стена; 2 - полы по грунту; 3 - скважина в шурфе; 4 –места вскрытия фундамента; 5, 6, 7- грунтовые слои

Способы вскрытия столбчатых фундаментов
а - «на угол»; б - «на две стороны»; в - «по периметру»

Подробнее см. "Пособие по обследованию строительных конструкций зданий".

   Режущее кольцо-пробоотборник, выбранное по таблице 2 ГОСТ 5080-84, можно изготовить из отрезка стальныой бесшовной горячедеформированной трубы Ø70 мм толщиной стенок 3 мм, высотой 70 мм, угол заточки наружного режущего края 30°. Внутренняя боковая поверхность кольца надо зачистить до металлического блеска.
   На основании анализа отобранных проб выделены следующие однородные слои грунта:
  1. слой - задерненный растительный грунт h1 = 0,2 м, γ' = 12,0 кН/м3
  2. слой - песок пылеватый средней плотности с относительным содержанием растительных остатков 0,10-0,03. γ' = 18,4 кН/м3, h2 = 0.4 м.
  3. слой - песок пылеватый, γ = 19,1 кН/м3, влажный, степень влажности Sr = 0,7, средней плотности, e = 0,61, h3 = 1,09 м.
  4. слой - песок пылеватый водонасыщенный γ = 20,3 кН/м3, φ = 30°, с = 3.
Прочностные параметры φ и с четвертого слоя приняты по измерениям аналогичных грунтов.

   Плотность грунта определялась по ГОСТ 5080-84методом режущего кольца, а влажность - методом высушивания до постоянной массы, при этом в качестве сушильного шкафа можно использовалась духовку кухонной плиты.
Удельный вес грунта γ определяется как произведение плотности грунта на стандартное значение ускорение свободного падения, принимаемого равным g = 9,81 м/сек2 или 10 м/сек2 ( 1 тс/м3 = 9,81 кН/м3 или 1 тс/м3 ≅ 10 кН/м3) Коэффициент пористости определялся по формуле (А.5), а коэффициент водонасыщения - по формуле (А.1) ГОСТ 25100-2011, при этом плотность частиц грунта принималась равной ρs = 2,66 кгс/см3 (см. примечание 1 к таблице 7 по СН 200).
   Пучинистые свойства, залегающего ниже подошвы фундамента, оценивались по значению показателя дисперсности D. Для этого пробы грунта разделялись на две фракции. Вес частиц грунта размером менее 0,1 мм определялся согласно п. 2.3.2. ГОСТ 12536-79. Вес частиц грунта размером более 0,1 мм следует определить по разности между весом средней пробы, взятой для анализа и весом частиц размером менее 0,1 мм. Процентное содержание в грунте каждой фракции, вычисленное по формуле (1) ГОСТ 12536-79, приведено в таблице 1.
Таблица 1
Размер частиц отдельных франций, мм d1> 0,1 d2 < 0,1
Количество частиц, % 29 71


   Средний диаметр каждой фракций diср определся в соответствии с п. 6.8.8 СП 22.13330.2011. Рассчитанное значение показателя дисперсности слоя грунта, залегающего ниже подошвы фундамента реконструироваемого дома приведены в таблице 2
Таблица 2. Значения показателя дисперсности грунта D
d1ср (Ø > 0,1) d2ср (Ø < 0,1) dср k D e
0,14 0,071 0,0109 1,85×10-4 2,41 0,64

Согласно п. 6.8.8 СП 22.13330.2011 при значениях показателе дисперсности 1 < D < 5 грунт обладает слабо пучинистыми свойствами, характеризующимися степенью морозной пучинистости 1,0 ≤ ε fn ≤ 3,5.

Глубина промерзания


   Нормативную глубину сезонного промерзания грунта dfn, м, (см. 5.5.3) при отсутствии данных многолетних наблюдений следует определять на основе теплотехнических расчетов. Для районов, где глубина промерзания не превышает 2,5 м, ее нормативное значение допускается определять по формуле

dfn =d0√Mt    (5.3)

    где Mt - безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за год в данном районе, принимаемых по СП 131.13330.2012, а при отсутствии в нем данных для конкретного пункта или района строительства - по результатам наблюдений гидрометеорологической станции, находящейся в аналогичных условиях с районом строительства;
    d0- величина, принимаемая равной для суглинков и глин 0,23 м; супесей, песков мелких и пылеватых - 0,28 м; песков гравелистых, крупных и средней крупности - 0,30 м; крупнообломочных грунтов - 0,34 м.
    Значение d0 для грунтов неоднородного сложения определяют как средневзвешенное в пределах глубины промерзания.
Для рассматриваевого случая, на участке строительства, расположенном недалеко от г. Дмитрова Московской обл. по СНиП 23-01-99* среднемесячные значения темпертуры воздуха приведены в нижеследующей таблице. (См. СНиП 23-01-99*)
Таблица 3* - СРЕДНЯЯ МЕСЯЧНАЯ И ГОДОВАЯ ТЕМПЕРАТУРА ВОЗДУХА, °С
Республика, край,
область, пункт
I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII средняя
г. Дмитров -10,4 -9,5 -4,4 4,3 11,5 15,7 17,5 15,7 10,3 4 -2,4 -7,2 3,8


Глубина сезонного промерзания грунта на участке строительства составляет при d0 = 0,28 (грунт - пески пылеватые)

dfn = d0√Mt = 0,28•√33,8 = 1,63 м

Расчетная глубина сезонного промерзания грунта df, м, определяемая по формуле (5.4 см. 5.5.4 СП 22.13330.2011 ) составляет:

df = khdfn = 1•1,63 = 1,63 м.

Здесь
    dfn - нормативная глубина промерзания, м, определяемая по 5.5.2-5.5.3
    kh - коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения, принимаемый для наружных фундаментов отапливаемых сооружений - по таблице 5.2; для наружных и внутренних фундаментов неотапливаемых сооружений kh = 1,1, кроме районов с отрицательной среднегодовой температурой.


Уровень грунтовых вод

Для определения уровня грунтовых вод на строительном участке реконструируемого деревянного дома садовым буром длиной 3м была пробурина скажена. Расчетный уровнь грунтовых вод, вычислялся по формуле Вильда (3):

Hpmp = Hизмmp•Hpm/Hизмn    (3)

Установившейся уровнь воды зафиксирован на глубине Hизмmp = 2,2 м. от устья скажены. Уровень воды в колодце Hизмn на соседнем участке находился на глубине 1,3 м. Наивысший уровень воды в колодце Hpm (по следам на стенках колодца) - на глубине 1,0 метр.

Вычисленный уровень грунтовых вод на участке строительства составил:

Hpmp = Hизмmp•Hpm/Hизмn = 2,2•1,0 / 1,3 = 1.69 м.

Глубина заложения фундамента

Глубина заложения фундаментов отапливаемых сооружений по условиям недопущения морозного пучения грунтов основания должна назначаться в зависимости от уровня подземных вод по таблице 5.3 СП 22.13330.2011

Глубина заложения малозаглубленные фундаменты устанавливается так, чтобы среднее давление под подошвой фундамента не должно превышать расчетного сопротивления грунта основания определяемого по п.5.6.7 СП 22.13330.2011. {см. формулу (1) данной статьи}

Согласно п.6.8.10 СП 22.13330.2011 при заложении фундаментов выше расчетной глубины промерзания пучинистых грунтов (малозаглубленные фундаменты) необходимо производить расчет по деформациям морозного пучения грунтов основания с учетом касательных и нормальных сил морозного пучения. (См. пример расчета деформаций морозного пучения грунта основания мелкозаглубленного фундамента)

      Примечание

Размеры фундамента

Расчетное сопротивление грунта основания существующего фундамента, приведенное в нижеследующей таблице 3, вычислялось по формуле (B.1) на основании расчетного сопротивления грунта R0, определяемого по таблице В2 (приложения В СП 22.13330.2011), которые относятся относятся к фундаментам с шириной b0 = 1 м и глубиной заложения d0 = 2 м.

R = R0[1 + k1(b - b0)/b0](d + d0)/(2d0) ; (B.1)

где

    шириной b0 = 1 м и глубиной заложения d0 = 2 м. b и d - соответственно ширина и глубина заложения проектируемого фундамента, м (см);
    k1 - коэффициент, принимаемый для оснований, сложенных крупнообломочными и песчаными грунтами, кроме пылеватых песков (3*),
    k1 = 0,125 - пылеватыми песками;
    супесями, суглинками и глинами (4*) - k1 = 0,05;
    k2 - коэффициент, принимаемый для оснований, сложенных крупнообломочными и песчаными грунтами, k2 = 0,25,
    супесями и суглинками k2 = 0,2 и глинами k2 = 0,15.

Как и предполагалось расчетное сопротивление грунта основания (См. пример определения), оказалось намного меньше среднего давления на грунт R=93 кПа < p=622 кПа. Поэтому было принято решение о замене существующего фундамента.

В соответствии с рекомендациями ТСН МФ-97 МО (таблица 2) по выбору типов мелкозаглубленных фундаментов на пучинистых грутах, при нагрузке q = F/L ≤ 40 кН/м (L - длина периметра по осям столбчатых фундаментов) на эквивалентный по площади ленточный фундамент, был также выбрана конструкция столбчатого фундамента, но с большей площадью основания.

По коструктивным соображениям см. план предполагалось установить 10 столбчаных фундаментов, площадь подошвы основания которых равна Sf = 0.1х0,2 м ( Sf = 2х0.1х0,2 м на пересечении осей C-C, IV-IV) из пескоцементных блоков размером 400х200х200 мм. Были рассмотрены три варианта конструкции мелкозаглубленного столбчатого фундамента с глубиной заложения от поверхности почвы d.

  1. - с засыпкой пазух песком средней крупности d = 0,6 м
  2. - с засыпкой пазух песком, и песчаннной подушкой толщиной hp = 0,2 м d = 0,4 м
  3. - с засыпкой пазух песком и песчаннной подушкой толщиной hp = 0,3 м d = 0,3 м,

Засыпка пазух и устройсво песчанной предусматривалось производить из песка средней крупности с уплотнением его до плотности ρ = 1,6 т/м3.

Прочностные параметры грунта φ и с, необходимые для расчета сопротивления грунта по формуле (5.7), метод II, определялись интерполированием по значению коэффициента пористости e = 0,61 по таблице Б.1, а коэффициенты M по таблице 5.5 СП 22.13330.2011.

Результаты расчета приведены в нижеследующей таблице 3.

Таблица 3 - Проверка несущей способности основания фундамента
№ варианта
фундамента
l, м b, м h,м nf d,м hp F, кН p, кПа R, кПа условие (1)
Метод I Метод II
существующий, ж.б 0,1 0,1 1,0 14 6 0 75 622 86 - ложь
1, hp = 0, принятый для заменны существующего 0,4 0,2 1,0 11 0,6 0 88 100 96 100 истина
2, hp = 0,2 м 0,4 0,2 0,8 11 0,4 0,2 85 96 125 - истина
3, hp = 0,3 м 0,4 0,2 0,8 11 0,3 0,3 85 96 120 - истина
В таблице (1):
    Метод I - расчет по формуле (5.7 СП 22.13330.2011)
    Метод II - расчет по формуле (В.1 приложения В СП 22.13330.2011)
Результаты расчета показали. что при принятых размерах и глубине заложения всех трех вариантов фундамента, выполняется условие (2).

Далее см. результаты расчета по деформациям морозного пучения грунтов основания с учетом касательных и нормальных сил морозного пучения, проведенного в соответствие с п.6.8.10 при заложения фундамента d = 0,6 м выше расчетной глубины промерзания пучинистого грунта основания df = 1,63 м.

Наверх