Какая должна быть глубина заложения фундамента?

Фундаменты и основания проектируют так, чтобы они были устойчивыми и прочными. Расчет фундамента делается с учетом несущей способности и деформации грунта для определения оптимальной конструкции и размеров. Опора под действием нагрузок несколько смещается, что недопустимо по нормам эксплуатации строения. Из-за этого фундаменты рассчитываются методом предельных состояний, так, что малое увеличение усилий приводит к разрушению.

Влияние грунта на глубину заложения фундамента

При расчете фундамента необходимо знать характеристики грунта и будущие нагрузки

Углубленность в грунт зависит от типа строения и его конструкции. Для расчета собираются нагрузки, действующие на основание. Геологические условия, степень пучения почвы, осаждение и промерзание являются важными показателями для расчета фундамента. Глубина заложения принимается не меньше 0,5 м (исключая скальные породы).

В каждом случае углубление рассчитывается по индивидуальным правилам так, чтобы принять минимальную величину для снижения объема выемки грунта, уменьшить работы по реструктурированию почвы ниже подошвы котлована. Упрощается водоотведение с участка при выборе оптимальной степени заглубления основания в грунт.

Влияние грунта на глубину заложения фундамента

Правила определения глубины заложения:

  • подошва опускается в толщу несущего слоя на 10 – 15 см;
  • не допускается присутствие под подошвой основания грунта небольшой толщины, если его технические характеристики уступают свойствам подкладываемого слоя;
  • закладку делают выше отметки подъема грунтовой жидкости для исключения работ по водопонижению при строительстве.

Величина углубления оснований назначается без учета степени промерзания под внутренними стенами в строениях с отоплением, если грунты предохраняются от увлажнения с начала строительства и до ввода в работу.

Основное понятие

Главная проблема сложных грунтов – пучнистость во время промерзания, что заставляет их значительно увеличиваться в объеме. Этот фактор приводит к постепенному разрушению фундамента и всей постройки. Этого можно избежать уравновешиванием выталкивающей силы повышением нагрузки на фундамент, то есть – весом здания, но частные дома и дачи относятся к легким постройкам, поэтому глубокие типы фундаментов, в том числе – и свайные, здесь не подходят. Решением проблемы является фундамент мелкого заложения.

Само название конструкции уже дает понять, что такое фундаменты мелкого заложения (ФМЗ). Глубина его заложения составляет от 40 до 50 см, что значительно уменьшает воздействие грунта во время пучения на боковую площадь стенок строения.

Минимальная глубина фундамента способствует снижению финансовых затрат и времени на его укладку минимум в 2 раза.

В данном случае требуется значительно меньше бетона, щебня или песка для выполнения подложки и материала для сооружения опалубки. Составляющими конструкции являются:

  • обрез – это верхняя часть, принимающая нагрузку от дома;
  • нижняя часть, передающая нагрузку;
  • боковые части, то есть стены.

Такие фундаменты не строятся непосредственно на грунте, их монтируют на подушке из песка, мелкозернистого щебня или шлака, предварительно качественно утрамбованного.

Примерная схема с заложением подушки из песка

Расчет осадки фундамента мелкого заложения и стабилизации ее во времени.

Осадка основания S с использованием расчетной схемы в виде линейно-деформируемого полупространства определяется методом послойного суммирования по формуле

где β — безразмерный коэффициент = 0,8; σzpi — среднее значение дополнительных верт-х норм-х напряжений в i — м слое грунта

hi, Ei — соответственно толщина и модуль деформации i — го слоя грунта;

n — число слоев, на которое разбита сжимаемая толща основания.

Сжинаемую толщу грунта под подошвой фундамента делят на элементарные слои, толщиной не более 0,4 ширины подошвы фундамента. При слоистом основании каждый элементарный слой должен включать однородный грунт и не должен быть более 2м.

Для вертикали, проходящей через середину подошвы фундамента, определяют напряжения от собственного веса грунта σzq и дополнительные напряжения σzp.

Вертикальные напряжения от собственного веса грунта на границе слоя, расположенного на глубине Z от подошвы фундамента, определяются по формуле

где — удельный вес грунта, расположенного выше подошвы фундамента;

Читайте также:  Как правильно сделать фундамент под железную печь в баню

dn — глубина заложения фундамента;

, hi — соответственно удельный вес и толщина i -го слоя грунта.

Ниже уровня подземных вод (УПВ) в песках к глинистых грунтах с JL > 0,5 учитывают взвешивавшее действие воды

где s — удельный вес грунта; w- удельный вес воды;

Расчет осадки фундамента мелкого заложения и стабилизации ее во времени.

e — коэффициент пористости грунта.

Дополнительные вертикальные напряжения на глубине Z от подошвы фундамента, действующие по оси, проходящей через центр подошвы фундамента, определяются по формуле

, где α — коэффициент затухания дополнительных давлений по глубине,

Po = P — σzq,о — дополнительное вертикальное давление на основание в уровне подошвы фундамента;

Р — среднее давление под подошвой фундамента;

σzq,о — напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента.

Нижняя граница сжимаемой, толщи основания принимается на глубине, где выполняется условие

. В случае, когда нижняя граница сжимаемой толщи заканчивается в грунтах с модулем деформации МПа, то эти грунт включается в сжимаемую толщу, а её нижнее границу переносят на глубину, где выполняется условие

DL – отметка планировки; NL — отметка поверхности природного рельефа; FL — отметка подошвы фундамента; WL — уровень подземных вод; В,С— нижняя граница сжимаемой толщи; d и dnглубина заложения фундамента соответственно от уровня планировки и поверхности природного рельефа; b — ширина фундамента; р — среднее давление под подошвой фундамента; р0 — дополнительное давление на основание; szg и szg,0– дополнительное вертикальное напряжение от внешней нагрузки на глубине z от подошвы фундамента и на уровне подошвы; szp и szр,0 – дополнительное вертикальное напряжение от внешней нагрузки на глубине z от подошвы фундамента и на уровне подошвы; Нс – глубина сжимаемой толщи.

При развитии осадки поверхности слоя грунта, загруженного сплошной нагрузкой, во времени происходит фильтрация воды либо только верх, либо вверх и вниз. При расчете осадки фундамента во времени рекомендуется принимать распределение уплотняющих напряжений по эквивалентной треугольной эпюре. При однородном грунте в пределах сжимаемой толщи рассматривают два характерных вида фильтрации воды: 1)Однородный пылевато-глинистый грунт залегает мощным слоем. Фильтрация воды развивается преимущественно вверх.

2)Слой однородного пылевато-глинистого грунта подстилается фильтрующим слоем, расположенным в нижней точке треугольной эпюры напряжений. При слоистом залегании грунтов направления фильтрации отжимаемой воды зависят от водопроницаемости слоев.

Источник

Расчет фундаментов мелкого заложения — Уникальная методика расчета!

Расчет фундаментов мелкого заложения необходим для уточнения его геометрических размеров и выбора разновидности фундамента. Он сводится к расчету трех факторов: величины давления здания на грунт, силы давления грунта в результате морозного пучения и определение прочности рамы фундамента.

Расчет фундаментов мелкого заложения

Нагрузка здания – это совокупность передаваемых нагрузок, в упрощенном расчете – масса всего строения, распределенная на 1 м2 нижней плоскости фундамента. Сила деформации пучения определяется по справочным данным для конкретного типа грунта. Прочность рамы зависит от геометрии фундамента и применяемой арматуры.

Расчет нагрузки здания

Пример расчета: кирпичный одноэтажный дом 10х8 м, со стенами из полнотелого красного кирпича шириной в 0,4 метра, с железобетонным перекрытием пола и деревянными перекрытиями потолка. Крыша – двускатная, крытая профнастилом. Постройка планируется на тяжелой суглинистой почве, регион – Москва.

По приведенной методике расчета нагрузка N = 23 т/м2.

Морозное пучение и выбор типа мелкозаглубленного фундамента

Понятие «пучинистые грунты» многих ставит в тупик. Попробуем разобраться, что это такое. Различные грунты обладают разной способностью накапливать влагу. Крупнозернистый песок, скальные породы не задерживают воду, а глины, наоборот, связывают ее, становятся пластичными и долго остаются влажными. Вода при замерзании расширяется, при этом грунт, содержащий много влаги, увеличивается в размерах. Это явление получило название «морозное пучение».

В зависимости от состава и размера частиц грунты можно разделить на 5 групп – они приведены в таблице 1.

Разновидности грунта (Типы грунтов)

В зависимости от группы грунта выбирают конструкцию мелкозаглубленного фундамента по рисунку и определяют его габаритные размеры, глубину заложения и высоту подсыпки. Вычисляют площадь нижнего основания фундамента Af.

По данным таблицы и рисунку выбираем группу фундаментов, соответствующую типу грунта III «тяжелые суглинки». Это фундамент, не заглубленный в грунт, на песчано-гравийной подсыпке. Ширина фундамента – 0,4 м; высота – 0,7 м; толщина подсыпки – 0,5 м.

Методика расчета деформаций

Расчет проводят по двум условиям:

  • расчетная величина деформации пучения не превышает допустимой предельной деформации;
  • относительная деформация грунта с учетом нагрузки не превышает предельной относительной для конкретного типа строения.
Читайте также:  9 видов гидроизоляция для бетона — для чего и как применяют?

Предельные деформации для конкретного типа строения определяют по таблице 2.

Таблица 2 – Допустимые деформации

Чтобы определить указанные величины деформаций для конкретного строения, нужно произвести ряд сложных расчетов.

Деформацию пучения вычисляют по формуле

Формула для расчета деформации пучения

В этой формуле N – удельное давление всего строения на грунт, оно вычисляется по отдельной методике и выражается в тоннах на 1 м2.

Коэффициент b зависит от соотношения толщины подсыпки к ширине основания, он определяется по таблице 3.

Таблица 3 – Определение коэффициента

Величина Pr – на подошву от пучинистого грунта, для ленточного фундамента оно вычисляется по формуле:

Величина Pr – на подошву от пучинистого грунта

Показатель b – ширина ленты фундамента, а ss – сопротивление промерзшего грунта, его можно найти в СНиП

Мощность слоя грунта, подверженного вспучиванию под фундаментом dz определяется как dz = df – d – hп, где df – средняя глубина промерзания, определенная по таблице 4, а величины d и hП – высота фундамента и толщина подсыпки, в метрах.

Таблица 4 – Средняя глубина промерзания грунта по регионам

Средняя глубина промерзания грунта по регионам

График – коэффициент условий работы промерзающего грунта k

Деформацию пучения ненагруженного основания hfi находят по формуле из таблицы 5, соответствующей типу выбранного фундамента и его геометрическим размерам: глубины заложения фундамента d и толщины подушки hп.

Таблица 5 – Расчетные формулы для различных типов грунтов

Расчетные формулы для различных типов грунтов

Относительную деформацию пучения с учетом жесткости рамы строения находят по формуле

Формула – для деформацию пучения с учетом жесткости рамы

Показатель w, находящийся в зависимости от коэффициента гибкости конструкций строения l по ВСН 29-85, определяют по приведенному графику.

Показатель W определяют по графику

Dhfp– разность деформаций пучения при максимуме и минимуме предзимней влажности грунта.

L – длина стены строения, м.

Если в результате расчета окажется, что условия не выполняются, необходимо увеличить расчетную толщину подушки или площадь фундамента, изменив ширину основания.

Исследуем геологию своими руками

Для проверки геологического строения грунтов своими руками вооружаемся лопатой. Во всех пяти точках — под углами будущего строения и в середине — придется копать глубокие ямы. Размер: метр на метр, глубина — не менее 2,5 м. Стенки делаем ровные (хотя бы относительно). Выкопав яму, берем рулетку и листок бумаги, замеряем и записываем слои.

Исследуем геологию своими руками
Исследуем геологию своими руками
Исследуем геологию своими руками

Чтобы исследовать грунт под фудамент самостоятельно, нужно будет копать подобные шурфы на глубину порядка 2,5 метров

Исследуем геологию своими руками
Исследуем геологию своими руками
Исследуем геологию своими руками

Что можно увидеть в разрезе:

Исследуем геологию своими руками
Исследуем геологию своими руками

Расчёт с учётом конструкции и эксплуатационных особенностей здания

Под постройками земля может промерзать больше или меньше, чем на открытых участках. Это зависит от того, отапливаются ли они в холодный период, имеют ли подвальные помещения, утеплённые перекрытия и отмостку.

Под домами сезонного использования без системы отопления грунт может промерзать на большую глубину, не имея защитного снегового покрова. Поэтому для её определения применяют повышающий коэффициент 1,1, на который умножают нормативное значение. В нашем примере она будет равна 1,53 х 1,1 = 1,68 м.

Зная, что такое глубина заложения фундамента, прибавляем к этому значению 0,1…0,2 м, и получаем искомую отметку.

Для отапливаемых зданий круглогодичного проживания применяют понижающий коэффициент, так как тепло внутри здания передаётся перекрытиям, стенам фундамента и грунту под ними, что не даёт ему промерзать на большую глубину.

Таблица для определения понижающего коэффициента

Если вы строите дом с техническим полуподвалом, в котором зимой будет поддерживаться температура не менее 15 градусов, то нормативную глубину промерзания следует умножить на 0,5: 1,53 х 0,5 = 0,77 м. Это и будет минимальная глубина, на которой необходимо ставить фундамент.

Обратите внимание! Заглубление основания дома на любом грунте, кроме скалистого, не может быть меньше полуметра.

Где можно использовать — применение

Ленточный мелкозаглубленный фундамент подходит для строительства низкоэтажных жилых домов и других сооружений из тех материалов, которые не создадут значительного давления на подошву фундамента. К таким сооружениям и материалам относят:

Где можно использовать — применение
  • бревенчатые срубы;
  • ячеистые бетоны – пенобетон, газосиликатные блоки;
  • облегченная кладка кирпича;
  • каркасно-щитовые постройки.
Где можно использовать — применение

При обустройстве фундамента большей ширины на нем можно возводить тяжелые дома из бруса или бревна. Но в этом случае грунт будет промерзать на меньшую глубину и есть вероятность деформирования фундамента. Таким образом, если планируется постройка монументального здания – лучше обустроить ленточный монолитный фундамент.

Где можно использовать — применение

При этом следует знать, что увеличение ширины ленты мелкозаглубленного фундаменты делает возможным строительство более тяжелых домов с мансардой. Большая ширина фундаментной ленты (соответственно, и цоколя) способствует снижению глубины промерзания грунта в пространстве под полом.

Где можно использовать — применение

Читайте также:  Как правильно залить монолитную плиту под небольшой дачный домик?

Плитное основание

Цельная железобетонная плита отличается повышенным запасом прочности, высоким уровнем надежности и длительным периодом эксплуатации. Однако она требует повышенных трудовых и денежных затрат на ее сооружение. Плитный фундамент снижает воздействие массы здания на грунт и популярен на слабых почвах.

Уровень заглубления монолитной плиты из армированного бетона различный:

  • мелкозаглубленная плита закладывается на предварительно уплотненную гравийно-песчаную подушку на глубину 0,2–0,5 м;
  • расстояние от нулевой отметки до нижнего края глубокозаглубленной фундаментной плиты может достигать одного метра.

Принятие решения о глубине фундамента производится индивидуально, с учетом массы строения, особенностей почвы и климатических условий.

Расчет площади подошвы

Важное место в проектировании основания для будущей постройки занимает расчет площади подошвы. Данный этап работы проводится по формуле, представленной на рисунке ниже. Полученное в результате вычислений значение – примерная общая площадь подошвы фундамента, необходимая для того, чтобы буквально под нагрузкой не продавить грунт. Если речь идет о строительстве самого дорогостоящего – плитного фундамента (в статье про расчет арматуры вы оцените, насколько «экономично» данное решение), то можно и вовсе избежать этих расчетов, ведь достаточно залить плиту под всей площадью дома, а такой подошвы с избытком хватит для предупреждения всех сюрпризов, которые преподносит грунт.

Каждый тип грунта, в зависимости от глубины заложения, плотности и пористости, обладает своими показателями сопротивления нагрузкам. Само собой разумеется, что пласты почвы на большой глубине в результате естественной прессовки отличаются большими значениями сопротивления. Так, если вы планируете строить фундамент на глубину меньше 1,5 м, то расчетное сопротивление грунта примет несколько иное значение. В этом случае оно будет рассчитываться по формуле: R=0,005R0(100+h/3), где R0 – табличное значение расчетного сопротивления, h – глубина фундамента относительно нулевой отметки, см. В свою очередь, многое зависит от грунтовых вод, ведь повышенная влажность грунта уменьшает его сопротивление нагрузке.

Расчет площади подошвы

Естественно, что при самостоятельном расчете придется повозиться над вычислением нагрузки от возводимой конструкции, которая будет оказываться на пласты грунта под подошвой фундамента. Сюда включается:

  • суммарная нагрузка от сооружения, в том числе и примерная – от фундамента (используются данные таблицы, представленной на рисунке ниже);
  • нагрузка от объектов, которые будут размещены в постройке (камины, мебель, люди);
  • вес сезонных нагрузок от снежного покрова. Для средней полосы принимается равным 100 кг на кв. м кровли, для южной – 50 кг, для северной – 190 кг.

Полученное в результате вычислений значение площади подошвы фундамента используется при составлении проекта фундамента: выборе ширины ленты (для ленточного монолитного основания) или площади опоры (для столбчатого, свайного типов фундаментов). Рассмотрим конкретный пример расчета для каменного дома 6×8 м. О том, как подбирается арматура для фундамента, пойдет речь уже в отдельной статье.

Пример расчета фундамента

Расчет площади подошвы

Предположим, что мы строим двухэтажный каменный дом 6 × 8 м, проект которого предусматривает в том числе одну внутреннюю несущую стену. Масса дома с учетом всех нагрузок получилась равной 160 000 кг. Грунт – влажная глина (расчетное сопротивление – 6 кг/см²). Коэффициент условий – 1. Коэффициент надежности – 1,2. Подставляем все значения в формулу расчета площади подошвы:

S = 1,2 × 160000 / (1 × 6) = 32 000 см² = 3,2 м²

Для ленточного фундамента: при общей длине ленты примерно (6+8) × 2 + 6 (внутренняя стена) = 34 м минимальная ширина ленты составит 3,2 / 34 = 0,1 м. Это минимальное значение!

Если рассматривать фундамент для легкого деревянного дома при условии, что минимальная площадь подошвы получилась равной 1 м², то для возведения свайного фундамента (площадь основания каждой сваи принимается равным 0,07 м², при условии, что нижняя часть сваи в диаметре – 0,3 м) потребуется:

Расчет площади подошвы

1 / 0,07 = 15 свай