Предельные величины деформаций фундаментов

Глубина промерзания грунтов

Чтобы примерно определить до какого уровня промерзают грунты в вашем регионе, достаточно взглянуть на расположенную ниже карту.

По этой карте можно примерно определить уровень промерзания грунтов в регионе

Но это — усредненные данные, так что для конкретной точки определить значение можно с очень большой погрешностью. Для пытливых умов приведем методику расчета глубины промерзания грунта в любой местности. Вам нужно будет знать только средние температуры за зимние месяцы (те, в которых среднемесячная температура имеет отрицательные значения). Можете посчитать сами, формула и пример расчета выложены ниже.

Формула расчета глубины промерзания

D_fn — глубина промерзания в данном регионе,

Do — коэффициент, учитывающий типы грунта:

• для крупнообломочных грунтов он равен 0,34;
• для песков с хорошей несущей способностью 0,3;
• для сыпучих песков 0,28;
• для глин и суглинков он равен 0,23;

M_t — сумма среднемесячных отрицательных температур за зиму в вашем районе. Находите статистику службы метрологии по вашему региону. Выбираете месяца, в которых среднемесячная температура ниже нуля, складываете их, находите квадратный корень (есть функция на любом калькуляторе). Результат подставляете в формулу.

Например, собираемся строиться на глине. Средние зимние температуры в регионе: -2°C, -12°C, -15°C, -10C, -4°C.

Расчет промерзания грунта будет таким:

1. M_t=2+12+15+10+4=43, находим квадратный корень из 43, он равен 6,6;
2. D_fn= 0,23*6,6= 1,52 м.

Получили, что расчетная глубина промерзания по заданным параметрам: 1,52 м. Это еще не все, учесть нужно будет ли отопление, и, если будет, какие температуры будут поддерживаться в нем.

Если здание неотапливаемое (баня, дача, стройка будет идти несколько лет), применяют повышающий коэффициент 1,1, который создаст запас прочности. В этом случае глубина заложения фундамента 1,52 м * 1,1 = 1,7 м.

Если здание будет отапливаться, грунт тоже будет получать порцию своего тепла и промерзать будет меньше. Потому при наличии отопления коэффициенты понижающие. Их можно взять из таблицы.

Коэффициенты, учитывающие наличие отопления в здании. Получается, чем теплее в доме, тем на меньшую глубину нужно заглублять фундамент

Итак, если в помещениях будет постоянно поддерживаться температура выше +20°С, полы с утеплением, то глубина заложения фундамента будет 1,52 м * 0,7 = 1,064 м. Это уже меньшие затраты, чем углубляться на 1,52 м.

В таблицах и на картах приведен средний уровень за последние 10 лет. Вообще, наверное, в расчетах стоит использовать данные за самую холодную зиму, которая была за последние 10 лет. Аномально холодные и бесснежные зимы бывают примерно с такой периодичностью. И при расчетах желательно ориентироваться на них. Ведь вас мало успокоит, если отстояв 9 лет, на 10-й ваш фундамент даст трещину из-за слишком холодной зимы.

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.

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 P_r – 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 s_s – сопротивление промерзшего грунта, его можно найти в СНиП 2.02.01-83.

Мощность слоя грунта, подверженного вспучиванию под фундаментом d_z определяется как d_z = d_f – d – h_п, где d_f – средняя глубина промерзания, определенная по таблице 4, а величины d и h_П – высота фундамента и толщина подсыпки, в метрах.

Таблица 4 – Средняя глубина промерзания грунта по регионам

Средняя глубина промерзания грунта по регионам

После расчета мощности слоя грунта d_z определяют по графикам коэффициент условий работы промерзающего грунта k_a определяемый по графикам в зависимости от величины d_z и значения площади подошвы фундамента A_f на единицу его длины.

График — коэффициент условий работы промерзающего грунта k

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

Таблица 5 – Расчетные формулы для различных типов грунтов

Расчетные формулы для различных типов грунтов

1. 1. Определяем мощность промерзающего слоя пучинистого грунта  d_z = d_f – d – h_п. Расчетная глубина промерзания d_f для Москвы по таблице 4 равна 1,4 м. d_z = 1,4-0,7-0,5=0,2 м.
   2. Определяем удельную площадь фундамента на метр его длины, при ширине фундамента 0,4 м площадь равна 0,4 м2.
   3. По рисунку определяем коэффициент k_a, он равен 0,56.
   4. Находим по СНиП 2.02.01-83 показатель σ_s – 64.
   5. Определяем по  формуле  т/м2.
   6. Находим по формуле м
   7. Находим коэффициент b по таблице 3 для фундамента ленточного типа: для выбранного соотношения толщины подсыпки к ширине основания 0,5/0,4=1,25 он равен фундамента 0,88.
   8. Нагрузка здания, согласно расчетам, равна 23 т/м2.
   9. Определяем м = 0,1 см.

   Допустимая деформация пучения по таблице 2 равна 2,5 см. Условие выполняется.

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

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

L – длина стены строения, м.

1. • Определяем по методике ВСН 29-85 значение показателя гибкости конструкций строения l – 0,55.
   • Определяем по графику значение показателя w – 0,03.
   • Определяем разность деформаций пучения по методике ВСН 29-85. Dh_fp = 0,0022 м.
   • Длина стен строения равна 10 и 8 м.
   • Относительная деформация с учетом жесткости рамы для длинной стены   м.
   • Для короткой стены  м
   • Допустимое значение по таблице 2 – 0,0005 м. Условие выполняется.

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

Расчет основания по несущей способности

Изображение 1. Механика грунтов.

Под следует понимать предельную нагрузку, которую он может выдержать без разрушения. На Изображении 1 показаны случаи, требующие выполнения , которая обеспечит их собственную устойчивость и не допустит смещения фундамента основания по его подошве.

Необходимо перечислить случаи, показанные на Изображении 1, и определиться с теми, которые могут относиться к частному домостроению.

а) На сооружение действует горизонтальная сила. Такой расчет может потребоваться, если на подворье будут устанавливать вышку для генератора, работающего под действием силы ветра.

б) Предполагает при наличии подпорной стены, на которую могут действовать горизонтальные силы, возникающие от собственного веса грунта.

в), г) Сооружение находится на откосе или близко к его краю.

д) Основанием является глинистый грунт, степень влажности которого S_τ= 0,5. На него действует вес дома. Это реально возможные ситуации.

е) Рассчитывают несущую способность для определения, насколько устойчив естественный склон.

Ленточный монолитный фундамент.

Кроме указанных случаев такой расчет фундаментов необходим, если дом построен на скальных грунтах или на фундамент могут действовать выталкивающие силы.

Далее обозначения в формулах такие, как и в нормативной строительной документации.

Чтобы несущая способность грунта обеспечивала надежность построенного на нем сооружения, необходимо проверить условие (1):

F≤γ_c·F_u/γ_n, (1)

где F – нагрузка от всего сооружения с учетом всех систем жизнеобеспечения, передаваемая на основание фундаментом, кг;
F_u – противодействующая сила основания, кг;
γ_c – коэффициент, зависящий от типа грунта (см. таблицу №1);
γ_n – коэффициент надежности, устанавливается в зависимости от класса сооружения: γ_n=1,2; 1,15; 1,1 для сооружений I, II, и III классов, соответственно.

Таблица № 1.

Вид	γc	Несущая способность , кг/см²
плотный	средней плотности
Песок крупный	1,0	6	5
Песок среднего размера	5	4
Супесь (сухая)	0,85	3	2,5
Супесь, влажная (пластичная)	2,5	2
Суглинок (сухой)	3	2
Суглинок, влажный (пластичный)	3	1
Глина (сухая)	0,9	6	2.5
Глина, влажная (пластичная)	4	1

Когда необходимо утепление?

В каких случаях необходима отмостка, знает большинство из частных застройщиков, но не каждый из них сможет пояснить, почему и нужно ли вообще её необходимо утеплять. Необходимость в этом возникает:

• Если используется мелкозаглубленный фундамент.
• Если в доме имеется отопление на цокольном этаже.

Итак, уложенная вокруг здания отмостка является защитой малозаглубленного фундамента и цоколя от непосредственного контакта с водой в результате выпадения осадков, таяния снега или движения грунтовых вод.

Как уже было сказано, утеплять отмостку нужно в обязательном порядке, если строение построено с использованием мелкозаглубленного фундамента. Кроме этого, такие работы не дадут промерзнуть грунту вокруг сооружения, что может в дальнейшем сказаться на его прочности.

Также эти мероприятия обязательно нужно выполнять на территории, где имеются пучинистые грунты. Земля такого типа при промерзании расширяется в объеме, выталкивая фундамент наверх, а весной происходит ее неравномерное оттаивание. Это приводит к возникновению трещин и, как результат, к разрушению сооружения.

Схема с толщиной слоёв.

Определение свойств грунта на участке

Любой грунт состоит из твердых частиц и микропустот, заполненных воздухом и влагой. Под действием нагрузки строения происходит сжатие слоев грунта, плотность его увеличивается. Здание при этом может дать неравномерную осадку. Свойства грунта исследуются для определения допустимого давления на него, которое не приведет к критической деформации основания под . Эта величина зависит от общего веса строения и площади подошвы ленточного фундамента.

Характеристики грунта под планируемым сооружением можно определить самостоятельно. Для этого следует выкопать колодец глубиной около 2 м и размерами 1х1 м. При выемке грунта с каждого слоя толщиной 0,5 м берутся образцы и затем тестируются.

Схема и стоимость ленточного мелкозаглубленного фундамента на слабопучинистых грунтах.

Пробный грунт увлажняется, из него скатывается отрезок длиной около 15 см, толщиной в 1 см и соединяется в кольцо. Если слой, откуда был взят образец, – суглинок, кольцо при сворачивании разрывается на отрезки. Образец из супеси при этом должен разваливаться. Образец из глинистого грунта сохраняет свою форму.

Для вычисления коэффициента пористости исследуемого грунта вырезается образец в форме куба 10х10х10 см и взвешивается. Полученное значение – объемная масса грунта. Затем кубик измельчают и формируют новый уплотненный образец без воздушных пор. Измерив грани куба, можно определить объемную массу сжатого грунта. Если вырезанный куб рассыпается, объем взятого образца можно определить мерной емкостью.

Формула вычисления коэффициента пористости – E= 1 – Y0/Y, где:

• Y0 – объемный вес грунта в естественном виде (кг/см3) ;
• Y – в уплотненном состоянии (кг/см3) .

Коэффициент текучести вычислить сложно. Этот показатель можно приблизительно определить по следующим признакам. Если при копании лопата с трудом входит в грунт, показатель текучести равен нулю. При коэффициенте текучести, равном единице, грунт прочно пристает к лопате.

Другие типы грунтов и их несущая способность определяются с помощью таблиц СНиП. Если при тестировании грунта возникают сомнения, величину расчетного сопротивления грунта нагрузкам следует уменьшить. С целью перестраховки проектная площадь подошвы ленты увеличивается. Если тип грунта не ясен или относится к засоленным, набухающим, биогенным (илистые, торфяные и др.), исследования лучше поручить специалистам.

Ленточное основание

Большой спрос получила ленточная плита мелкого заложения в дачном строительстве. Такое устройство можете применять для:

• Построений из дерева
• При соблюдении всех правил можете использовать для зданий с тяжелыми стенами из камней.

При планировании в дальнейшем утепления фундамента, то тогда вы можете возводить основания на любом типе грунта. Ленточное основание состоит из: равномерной полосы бетонной смеси, которую следует также равномерно нагрузить дальнейшими конструкциями здания. Виды возведений:

• Железобетонный имеющий два пояса
• Сборный железобетонный имеющий выпуски арматур в небольшом количестве
• Блоки имеющий два пояса нижний и верхний
• Блок с одним верхним поясом.

Достоинства ленточного основания мелкого заложения:

• Выгодная экономия денег. Ведь при возведении оснований с глубоким заложением, цены на такое возведение порядком превосходит фундаменты мелкого заложения.
• Экономия на оплате труда. Все строительные работы такого типа предусматривают небольшой объем работ. Первым делом экономия возникает при работе с земляными работами, а также на создании опалубки.
• Как дополнение можно израсходовать сэкономленные средства на постройку подвала.

Как показала практика, глубина монтажа ленточного основания может соответствовать глубине промерзания и глубине растительного слоя. В книгах о строительстве приводится цифра в пятьдесят сантиметров. При такой глубине все силы морозного пучения сосредоточены именно в этом месте, поэтому такая глубина считается самой опасной.

Расчет основания

Подсчет оснований маленького заложения считается важным этапом в строительстве. От правильности проведенной работы будет напрямую зависеть срок службы фундамента и дома в целом. При всем этом получается сократить затраты на основное возведение строения. Рассчитывая фундаменты мелкого заложения нужно первым делом определиться с размерами и типом конструкции. К главным свойствам относятся величины подошвы, а так же уровень глубины заложения. На уровень глубины укладки фундамента влияют несколько факторов, одним из них является тип конструкции планируемого здания, например:

• Тип материала, используемый для возведения кровли
• Из чего планируется возведение стен
• Будет ли присутствовать в здании цокольный этаж или нет

Помимо этих факторов так же влияет свойства почвы на строительной площадке и уровень подземных вод. В случае появлении вод на поверхности почвы, необходимо провести полную осушку строительного участка. После проведения осушительных работ, необходимо посвятить время на прокладку коммуникаций инженерного направления.

Выполнив подготовительные работы и подобрав необходимые размеры фундамента, следует плавно переходить к его расчету. Вычисляется предельная прочность и деформация, которую может выдержать конструкция основания. После завершения теоретических работ следует заняться практической частью строительства, то есть заниматься возведением конструкции фундамента.

Устройство основания

Основания, которые слабо углублены отчасти не подвергаются деформациям, появляющимся от пучений почвы. По такой причине этот способ установки фундамента в практике широко применяется. Чаще всего их применяют в возведении домов небольшого размера, дач и каркасных сооружений. Здания с небольшим весом не могут противостоять пучениям почвы, поэтому фундамент углубляется на маленький уровень.

Конструкция, которую умеют фундаменты мелкого заглубления, состоят из монолитного каркаса. Каркас, имеющий железобетонное основание с легкостью сможет сопротивляться пучениям почвы не только сезонным, но и постоянным.

Фундаменты, которые можно использовать в момент монтажа на мелкое заглубление:

1. Основание столбчатого типа
2. Ленточный вид фундамента
3. Железобетонная плита

Эти виды фундаментов имеют общую составляющую, такую как железобетонная основа. Размеры любого из оснований выбирает только расчет прочности. Он основывается на весе конструкции в момент соприкосновения с грунтом. Хоть и большая площадь уменьшает величину давления максимальный размер участка не оправдывает затраты на строительство. По этой причине все расчеты должны быть равными величинам в строительстве, то есть все строения должны ровняться площади фундамента.

Потребность в выполнении теплоизоляции

Данная технология имеет значительные отличия от методики, применяемой для оснований глубокого заложения, так как в этом случае присутствует намного меньшее количество площади, на которой проводятся теплоизоляционные работы. Основная цель заключается в создании таких эксплуатационных условий, при которых основа здания не будет подвергаться огромным нагрузкам со стороны пучинистого грунта, а значит, не утратит своего качества и надежности. Применение современных технологий и теплоизоляционных материалов, позволяет защитить главную часть любого здания – фундамент.

Материалы

Наиболее приемлемым материалом для проведения данного вида работ является экструдированный пенополистирол, которому присущи следующие технические характеристики и особенности:

• легкий вес плит;
• высокие теплоизоляционные свойства;
• низкое водопоглощение;
• неподверженность низким и высоким температурам (диапазон от -50 до +75°С);
• экологическая чистота;
• высокие показатели на сжатие;
• простой монтаж;
• низкая стоимость и экономичность;
• долговечность.

Процесс проведения утеплительных работ

Для того чтобы мелкозаглубленный утепленный ленточный фундамент прослужил долго, необходимо правильно и грамотно выполнить тепло- и гидроизоляцию.

Весь процесс начинается с проведения наружных работ. Крепление плит экструдированного пенополистирола толщиной не менее 50 мм выполняется на боковые поверхности основания посредством специального клея либо пластиковых дюбель-гвоздей. В нижней части фундамента и по всему его периметру прокладываются листы пеноплекса (горизонтально), ширина утепленной мягкой отмостки составляет от 1 до 1,5 метров. В углах делается усиление из нескольких слоев материала, а для соединения листов «в замок» используется клей. После того как работы по монтажу и укладке пеноплекса будут завершены, производится засыпка грунтом, трамбовка и создание бетонной отмостки.

Улучшение эффекта происходит за счет проведения внутренней теплоизоляции. Для этих целей используются листы пеноплекса толщиной 3 см, которые укладывается непосредственно на грунтовое основание. Такая толщина плиты не будет препятствовать поступлению тепла со стороны комнаты, что исключит пучинистость грунта внутри помещения. Уложенные листы теплоизоляции покрываются другими слоями строительных материалов.

https://www.youtube.com/watch?v=z0yVGTxpwXU

Зная все особенности и порядок проведения работ, не сложно выполнить мелкозаглубленный ленточный фундамент своими руками, утепленный дом будет уютным и комфортным для проживания.

Технология устройства фундаментальной подошвы

Вне зависимости от того, устраиваются подошвы фундаментов мелкого заложения, ленточных, столбчатых или других типов конструкций, работы по их монтажу проводятся поэтапно:

• подготовительный этап состоит в рытье котлована. На его дне выполняется разметка, с точностью определяющая расположение будущей конструкции;
• устройство опалубки. Здесь обязательно учитывается толщина подошвы фундамента. Выставляется опалубка таким образом, чтобы по центру подошвы распределялись фундаментальные стенки. для формирования наружных углов пара досок соединяется между собой под прямым углом и выносится на расстояние 17,5 см от разметочного шнура. При наличии слабых участков опалубки их нужно подсыпать снаружи грунтовой смесью для предотвращения протечки бетона. Если строительство предстоит на участке в повышенным уровнем грунтовых вод, то в целях безопасности выполняется гидроизоляция подошвы фундамента;
• следующий этап – армирование. Металлические прутья обеспечивают усиление подошвы фундамента и соответственно повышают прочностные свойства всей строительной конструкции;
• заливка бетона. После расположения арматуры выполняется бетонирование подошвы. При этом должна контролироваться расчетная отметка основания. Для более прочного сцепления фундамента с подошвой на ней прорезается шпоночная канавка по центральной оси кромки. После застывания бетона выполняется затирка поверхности.

Если несущая способность грунтов в месте строительства недостаточная, то для достижения нужных эксплуатационных показателей выполняется уширение подошвы фундамента путем устройства двусторонних или односторонних банкет.

Расчет фундамента на естественном основании по деформациям

Строения в процессе эксплуатации деформируются, и причиной этому могут быть вертикальные деформации оснований, на которых они построены. Такие деформации разделяют на осадки и просадки.

Схема внецентренно нагруженного свайного фундамента.

Коренное изменение сложившегося строения грунта называют просадкой. Причиной просадки может быть уплотнение почвы при замачивании. Рыхлый грунт может уплотниться при сотрясении. Иногда он начинает выпирать из-под подошвы фундамента. Таких изменений фундаментов по деформациям допускать нельзя. Вероятность их появления необходимо установить до начала строительства.

Если происходит уплотнение прочных грунтов из-за веса строения, в результате чего происходит , такую деформацию оснований называют осадкой. Как правило, в результате осадки в элементах здания трещины не появляются. Если грунт оседает по-разному под каждой из частей здания, это и может явиться причиной появления трещин в отдельных элементах его конструкции.

Причиной неравномерности осадки грунта могут быть:

• разница плотностей и как следствие, неодинаковая их сжимаемость;
• разное расширение его слоев в результате сезонных промерзаний и оттаиваний;
• неодинаковая мощность пластов;
• различные нагрузки на грунт со стороны строения, что приводит его к разным напряженным состояниям.

Существуют две причины, из-за которых необходимо выполнять расчет оснований по деформациям. Одной из них являются близко стоящие от строительства сооружения, существенно отличающиеся по весу.

Схема не симметричного свайного фундамента с определением смещенного центра тяжести.

Второй причиной осадки фундаментов могут быть слабые грунты. Это насыпные почвы, рыхлые пески в глинистых типах, находящихся в текучем состоянии, грунты с большим содержанием органических остатков. В таких видах возможна деформация фундамента.

Расчет оснований состоит в проверке выполнения неравенства:

S ≤ f, (2)

где S – расчетная абсолютная величина осадки;
f – предельно допустимая осадка.

Предельные осадки, при которых не выполняется условие (2) могут быть причиной для формирования искусственного основания.

Значение S определяют путем проведения по установленной методике испытаний на сжимаемость в различных местах строительной площадки. В результате находят максимальное Е_max и минимальное Е_min значение модуля сжимаемости.

Основание считается таким, что его осадка мало зависит от сжимаемости, если Е_min = 200 кг/см², иначе необходимо проверить выполнение еще двух условий:

1,8≤ Е_max/Е_min≤ 2,5 (при 200> Е_min ≥ 150 кг/см²);

1,3≤ Е_max/Е_min≤ 1,5 (при 150> Е_min ≥ 75 кг/см²);

Существуют специальные таблицы, по которым определяют абсолютные значения деформации f. Не приводя таблицы, следует указать, что в зависимости от типа стен и отношения длины ленточного фундамента к высоте стены, максимальная осадка f изменяется от 8 до 15 см.

При отношении Е_max/Е_min<1,3 основание считают однородным и расчет фундамента на осадки не проводят.

Для строительства дома такие сложные расчеты выполнять самостоятельно нецелесообразно. Допущенная по неопытности ошибка может обернуться существенными материальными затратами.