Вариантность решения
При одних и тех же грунтовых условиях можно наметить несколько вариантов устройства фундаментов, из которых выбирают оптимальный на основе технико-экономического сравнения вариантов. Для этого рекомендуется:
- составить эскизы всех реальных вариантов;
- отбросить наиболее неприемлемые;
- рассчитать отобранные варианты для наиболее загруженного фундамента;
- произвести технико-экономическое сравнение вариантов.
Практически вся территория РФ находится в зоне сезонного промерзания грунтов. Большинство строительных площадок, на которых возводятся коттеджи, представлены глинистыми грунтами, мелкими и пылеватыми песками. Такие грунты легко сжимаются, размываются, поднимаются и пучатся при минусовой температуре.
Пучение грунтов обусловлено тем, что, накапливающаяся при промерзании грунта избыточная влага превращается в лед, увеличиваясь в объеме приблизительно на 10%, возникает подъем (пучение) слоев почвы в пределах глубины промерзания. Грунт стремится вытолкнуть фундамент из земли в зимний период и затягивает его при таянии льда весной. Это происходит неравномерно по периметру фундамента и может повлечь за собой его деформацию и разрушение.
|
|
Рис. 2.19. Схема образования неравномерных деформаций пучения.
1-поверхность талого грунта; 2-поверхность вспученного грунта; 3-граница промерзания; 4-снег; df -глубина промерзания; hf -величина пучения поверхности грунта.
Силы пучения способны приподнять почти любой коттедж, правда, в разных местах участка с разной интенсивностью (около 12 тс/м2). Исключить влияние этого явления можно только при грамотном исполнении фундамента.
Даже когда грунтовые воды находятся ниже глубины промерзания грунта и не влияют на процесс пучения, оно происходит за счет перераспределения влаги в порах грунта в пределах глубины промерзания и расположенного ниже слоя грунта. Избыточное накопление воды в виде линз льда в верхней зоне промерзания происходит за счет иссушения нижних слоев грунта. Такие грунты, как правило, характеризуются как слабопучинистые.
При близком расположении грунтовых вод к поверхности грунта в течение 3-4 месяцев происходит движение воды к фронту промерзания, который перемещается вниз. Такие грунты в большинстве случаев характеризуются как сильнопучинистые.
На рис.2.20 показаны основные факторы и влияние их на морозное пучение грунта и подземные части зданий.
Рис. 2.20. Влияние основных факторов на морозное пучение грунта и подземные части зданий.
Различают четыре вида воздействия сил пучения на фундамент (рис. 4.3).
Рис. 2.21. Виды силового воздействия сил пучения на фундамент.
|
|
Наиболее опасными из них являются две силы (рис. 2.21)
- нормальные силы пучения, действующие на подошву;
- касательные силы пучения, действующие по боковой поверхности фундамента.
Рис. 2.22. Виды воздействия пучинистых грунтов на фундаменты.
а -мелкозаглубленные; б- заглубленные ниже глубины промерзания;
-касательные силы пучения; - нормальные силы пучения; q -погонная нагрузка от надфундаментной части дома; df -глубина промерзания.
С увеличением толщины мерзлого слоя возрастают нормальные силы пучения. Эти силы создают препятствующее их росту напряженно-деформированное состояние подстилающего талого грунта. Взаимодействие этих процессов в конечном итоге и определяет зависимость нормальных сил морозного пучения от формы и размеров подошвы фундамента. С ростом толщины слоя мерзлого грунта влияние ширины подошвы ленточных и площади подошвы столбчатых фундаментов увеличивается. В таблице 2.13 приведено значение нормальных сил пучения (Pf), создаваемое 1 см промерзающего слоя грунта в зависимости от площади подошвы фундамента (А) и степени морозной пучинистости грунта (f).
Таблица 2.13
Значение Pf, создаваемое 1 см промерзающего слоя грунта в МПа (кгс/см2)
Наименование грунта по степени морозной пучинистости | При помощи подошвы фундамента А, см2 | |||
<=50x50 | 70x70 | 100x100 | <100x100 | |
Сильнопучинистые | 0,006 (0,06) | 0,004 (0,04) | 0,003 (0,03) | 0,002 (0,02) |
Среднепучинистые | 0,005 (0,05) | 0,003 (0,03) | 0,002 (0,02) | 0,001 (0,01) |
Слабопучинистые | 0,004 (0,04) | 0,002 (0,02) | 0,001 (0,01) | 0,0005 (0,005) |
Возникновение и распределение по боковой поверхности фундаментов касательных сил морозного пучения явление сложное. Прочность смерзания, а следовательно, и касательные силы пучения грунта с различными материалами фундамента зависят от: вида грунта, его влажности и плотности, значений отрицательных температур, интенсивности пучения и глубины промерзания, состояния поверхности фундамента и других факторов (табл. 2.13). Величина удельных касательных сил пучения может увеличиваться до 1,5 раз и более, в зависимости от вида материала и состояния поверхности фундамента.
Таблица 2.14
Значение расчетной удельной касательной силы морозного пучения (Tfh) в зависимости от вида и состояния грунта , степени влажности (Sr) и глубины промерзания (df)
Грунты и степень водонасыщения | Значение Tfh, кПа (кгс/см2) при глубине промерзания грунта df, м. | ||
до 1,5 | 2,5 | 3 и более | |
1. Супеси, суглинки, глины при IL> 0,5; крупнообломочные с пылевато-глинистым заполнителем, пески мелкие и пылеватые при D > 5 и Sr > 0,95 | 110(1,1) | 90 (0,9) | 70 (0,7) |
2. Супеси, суглинки, глины при 0,25 < IL < 0,5; крупнообломочные с пылевато-глинистым заполнителем, пески мелкие и пылеватые при D > 1 и 0,8 < Sr < 0,95 | 90 (0,9) | 70 (0,7) | 55 (0,55) |
3. Супеси, суглинки, глины при IL < 0,25; крупнообломочные с пылевато-глинистым заполнителем, пески мелкие и пылеватые при D > 1 и 0,6<Sr<0,8 | 70 (0,7) | 55 (0,55) | 40 (0,40) |
Примечание: 1. Для промежуточных глубин промерзания значение Tfh принимается по интерполяции;
2. Значение Tfh для грунтов, используемых для обратной засыпки котлованов, принимается по 1-ой строке таблицы;
3. В зависимости от вида поверхности фундамента, приведенные в табл. значения Tfh умножаются на следующие коэффициенты: при гладкой бетонной необработанной - 1; при шероховатой бетонной с выступами и кавернами до 5 мм - 1,1-1,2, до 20 мм - 1,25-1,5; при деревянной антисептированной - 0,9; при металлической без специальной обработки - 0,8;
4. Для зданий и сооружений III класса Tfh - принимается с коэффициентом n2 = 0,9
Суммарная касательная сила морозного пучения зависит от размеров поперечного сечения фундамента и площади боковой поверхности фундамента, находящейся в пределах пучащегося слоя расчетной глубины сезонного промерзания.
|
|
Суммарные силы касательного пучения способны деформировать (приподнимать) даже 2 - 3 - этажные кирпичные здания (Табл. 2.15).
Таблица 2.15
Величина суммарных касательных сил морозного пучения, действующих на фундаменты (Tf)
Конструкция здания | Масса здания на 1 п. м. ленточного фундамента кНхМ (ТхМ) | Величина суммарных касательных сил морозного пучения Tf, кПа (тс) | ||
Сильнопучинистые грунты (tfn = 100 кПа) | Малопучинистые грунты (tfn=60кПа) | |||
При промерзании на df = 1,5 м | ||||
С одной стороны | С двух сторон | С одной стороны | С двух сторон | |
Арболитовые | 15.000 (15) | 30.000 (30) | 9.000 (9) | 18.000 (18) |
1 - этажные | 475 (4,75) | |||
2 - этажные | 700 (7,0) | |||
3 - этажные | 930 (9,3) | |||
Кирпичные | ||||
1 - этажный | 660 (6,60) | |||
2 - этажный | 1070 (10,7) | |||
3 - этажный | 1480 (14,8) |
Таким образом, на заглубленные фундаменты в пучинистых грунтах могут действовать значительные суммарные силы морозного пучения, которые всегда оказываются неравномерными. Это приводит к появлению дополнительных усилий в наземных конструкциях и повреждению малонагруженных зданий. Поэтому при проектировании заглубленных фундаментов в пучинистых грунтах необходимо исключить или уменьшить величину этих сил, особенно для малонагруженных зданий и сооружений, и определить - можно ли закладывать фундаменты на большую глубину (d > df).