Urbos.ru

Стройка и ремонт
12 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Руководство по проектированию плитных фундаментов

Руководство по проектированию плитных фундаментов

Д.т.н. Гончаров Б.В., д.т.н. Гареева Н.Б., к.т.н. Галимнурова О.В., Искандаров А.Р.

Уфимский государственный нефтяной технический университет, Россия

Проектирование плитных фундаментов на неравномерно сжимаемом основании

На сегодняшний день монолитное строительство в России является наиболее перспективным и удобным способом постройки жилых зданий, в том числе высотных. Фундаменты таких зданий выполняются, как правило, в виде сплошной плиты. Данный тип фундаментов позволяет избежать дорогостоящих и часто ненадежных методов предотвращения неравномерных деформаций грунта, гарантируя надежность системы «здание-фундамент-основание» на все время эксплуатации.

Однако при их строительстве возникают трудности при выборе метода проектирования и расчета.

Для работающих на изгиб фундаментных плит и перекрестных лент статический расчет в предположении линейного распределения реактивного давления грунта не может считаться приемлемым. Пренебрежение изгибом фундамента и его совместной работой с грунтовым основанием и надфундаментными конструкциями приводит к тому, что расчетные реакции этих конструкций оказываются весьма далекими от нагрузок, передаваемых ими. П ри проектировании плит определенную сложность представляет выбор модели основания. Такие классические, как модель Винклера, с постоянным коэффициентом постели или схема линейно-деформируемого полупространства придают нереальную распределительную способность грунтовому основанию. Если первая совершенно её не учитывает, то вторая – завышает, что приводит к концентрации краевых давлений.

СНиП 2.02.01-83* [1] предлагает для расчета осадок плитных фундаментов схему линейно-деформируемого пространства, либо слоя конечной толщины. Однако приемлемые, доведенные до формул методики решения для данной схемы основания отсутствуют и соответствующие вычисления можно выполнить только с помощью специально разработанных вычислительных процедур, реализованных в компьютерных программах.

При обзоре технической литературы следует отметить Руководство [2] в котором неоднородность в плане по сжимаемости основании определяется коэффициентом , зависящего от значений и – соответственно, наибольшего и наименьшего значения приведенного по расчетным вертикалям модуля деформации грунтов

, (1)

В данном случае расчетную схему основания характеризуют переменным коэффициентом жесткости, который учитывает неоднородность и распределительную способность основания. Данный коэффициент жесткости определяется исходя из ожидаемых осадок S ( x , y ) участков фундамента и возможных величин реактивных давлений p ( x , y ) на этих же участках.

Также при проектировании плит необходимо отметить Справочник [3]. Для учета распределения реактивных давлений под подошвой фундамента применяется одна из двух теорий:

1) Основание работает согласно гипотезе коэффициента постели (Винклера).

2) Основание работает согласно гипотезе упругого полупространства.

В [3] сделана попытка связать коэффициент постели и модуль деформации при равенстве осадок, вычисленных по обеим гипотезам. Но при расчете изгибающих усилий в конструкциях плитного фундамента в конечном счете получаются различные значения. Исключения составляют лишь узкие балки с соотношением сторон более 10. На основе опыта проектирования, для расчета основания, авторы [3] рекомендуют использовать метод упругого полупространства.

В статье [4] авторы представляют обзор развития методов расчета плит на упругом основании, а также приводят метод расчета осадок, основанный на послойном суммировании с учетом структурной прочности грунта, который пригоден для расчета плитных фундаментов. Результаты, полученные по данной методике, сопоставлялись с нормативными моделями линейно-деформируемого полупространства и линейно-деформируемого слоя. При этом расчет ввелся с некоторыми отступлениями от СНиП, что уменьшило погрешность результатов. Сравнение расчетных значений осадок, полученных всеми упомянутыми тремя способами, производилось с данными натурных измерений на 28 сооружениях с различными типами плитных фундаментов (рисунок 1).

Метод линейно-деформируемого полупространства несколько переоценивает осадку, но основной дефект этого метода расчета осадки состоит в очень большом разбросе его результатов.

Более серьезные претензии к методу линейно-деформируемого слоя, который систематически занижает осадки, причем с ростом осадок эта тенденция возрастает. Наконец предлагаемый метод наиболее точен и в то же время в наименьшем числе случаев недооценивает осадку. Методика данного работы применяется при расчетах в программе КРОСС, ПК SCAD Office , предназначенной для вычисления коэффициента постели по результатам геологических изысканий. Вводя в программу очертания фундаментной плиты и сведения о площадке строительства, строятся изополя коэффициентов постели. Для каждого слоя грунта, входящего в состав основания, задается наименование, удельный вес, модуль деформации, коэффициент Пуассона, отметки уровней слоев, положение уровня подземных вод. В порядке контроля, автоматически могут быть построены геологические разрезы основания.

Рисунок 1 – Сопоставление измеренных осадок Sm с расчетными Sc по методам: ○ — линейно-деформируемого полупространства (1); × — линейно-деформируемого слоя (2); * — послойного суммирования с учетом структурной прочности (3).

Разработанная позже методика [5] учитывает деформируемость неоднородного основания при расчете фундаментных плит. Суть данной методики заключается в том, что реалистичных оценок по осадкам и распределительной способности неоднородного основания под фундаментом произвольной формы можно добиться путем обобщения метода послойного суммирования для достоверного расчета осадки не только под центром, как в [1], но и для любой другой точки подошвы фундамента.

Тогда трехмерная задача сводится к набору условно одномерных расчетов. При этом за основу берется положение [1] о расчете по модели однородного упругого полупространства, с некоторыми допущениями. По результатам расчетов и сравнением с измеренными осадками, данный метод показал погрешность в 15%, в то время как метод линейно-деформируемого слоя – 40%, а переменного коэффициента постели – 60%.

Необходимо отметить что данная публикация подверглась множественной критике, в связи с тем что предлагаемая методика направлена на усовершенствование инженерных методов расчета, вместо численного решения трехмерной задачи. Также вводится большое количество допущений для каждого конкретного расчетного случая, что приводит к потере изначальной инженерной простоты соответствующих моделей, но не позволяет оценить точность получаемых решений.

Проводя обзор действующих нормативных документов, имеющих рекомендательный характер, необходимо отметить, что при проектировании и расчете оснований фундаментов плитного типа, имеется ряд особенностей. При расчете фундаментов, в соответствии с СП 50-101-2004 [6], внутренние усилия в системе «основание-фундамент-сооружение» допускается определять с использованием программ расчета сооружения на основании, характеризуемом переменным в плане коэффициентом жесткости (коэффициентом постели). При этом переменный в плане коэффициент постели должен назначаться с учетом неоднородности в плане и по глубине и распределительной способности основания. Этот коэффициент может определяться заранее или в процессе последовательных приближений на основе линейной или нелинейной модели основания. Процесс последовательных приближений включает следующие шаги:

1) задание начального распределения коэффициента постели;

2) расчет совместных перемещений сооружения, плитного фундамента и основания с принятым распределением коэффициента постели k (х, у) при действии заданных нагрузок и определение контактных давлений р(х, у);

3) определение осадок основания w ( x , y ) с использованием принятой линейной или нелинейной модели основания, а также следующего приближения для коэффициента постели

k (х, у) = p ( x , y )/ w ( x , y ); (2)

4) повторение шагов 2) и 3) до достижения сходимости по контрольному параметру (например, по коэффициенту постели).

Также рекомендуется выбирать наиболее неблагоприятные значения параметров жесткости основания и модели основания для каждого расчета (в частности, расчет сечения верхней арматуры производить при постоянном коэффициенте постели, а нижней — при переменном).

В работе [7] авторы представляют программу, алгоритм которой служит тем же целям, что и программа КРОСС, но с некоторыми отличиями: использована рекомендованная в [6] схема определения осадки в отдельной точке основания с учетом глубины заложения фундамента; выполнена оптимизация расчета напряжений по методу «угловых точек»; применена методика учета фактической инженерно-геологической информации, позволяющей избежать субъективной и неоднозначной процедуры построения разрезов.

В Eurocode 7: Geotechnical design [8] сжимаемая толща для плитного фундамента определяется, как правило, из условия что эффективное вертикальное напряжение от нагрузки составляет 20% от напряжения, вызванного весом слоев. Также, во многих случаях, данная глубина принимается в 1-2 раза больше ширины фундамента. В данных нормах используется предположение, что опорное давление под жестким фундаментом распространяется по линейному закону. В тоже время указывается, что для оптимального проектирования можно использовать более детальный анализ взаимодействия конструкции с основанием. Приводится несколько методов вычисления осадки фундамента:

1) Метод зависимости напряжений от деформаций схожий с методом послойного суммирования. В первую очередь вычисляются напряжения в грунте, при допущении, что грунт однородный изотропный и давление имеет линейное распределение. Затем вычисляются деформации в грунте под действием полученных напряжений, используя значения зависимости напряжений от деформаций, полученные из лабораторных испытаний. В конце для определения осадки суммируются вертикальные деформации.

2) Метод скорректированной эластичности.

Общую осадку определяют с использованием теории эластичности и следующего уравнения:

(3)

где: s – осадка фундамента; b – ширина фундамента; p – опорное давление, линейно распределяющееся по основанию фундамента; f – коэффициент осадки фундамента, который зависит от формы и размеров площади фундамента, изменения жесткости в зависимости от глубины, сжимаемой толщи, коэффициента Пуссона, распределения опорного давления и от точки, для которой вычисляется осадка фундамента; Em – расчетное значение модуля эластичности.

Данный метод следует использовать только в тех случаях, когда не возникает существенной пластической деформации в грунте. В случае с неоднородным грунтом формулу (3) следует использовать с осторожностью.

Таким образом, можно сделать вывод, что имеется достаточная нормативно-методическая база, рекомендующая расчетные модели взаимодействия плитных фундаментов с грунтовым массивом. Имеется также широкий выбор компьютерных программ для расчета плитных фундаментов, используемых в отечественной и зарубежной практике проектирования. При проектировании плит европейские нормы схожи с отечественными, но при этом носят более рекомендательный характер и проще в процессе расчетов основных параметров основания и фундамента. Отечественная литература предлагает большой выбор методов и подходов к проектированию плит, а также имеются составленные на их основе расчетные программные комплексы, каждая из которых имеет достоинства и недостатки.

Однако в нормативных документах, сводах правил и научных собраниях нет конкретной рекомендации по определению такой главной расчетной характеристики грунта, как коэффициент постели. Предлагаемые косвенные величины определения или табличные данные не могут надежно характеризовать величину коэффициента постели для каждого конкретного случая с учетом размеров и формы фундамента, а также изменчивости характеристик грунта по всей опорной площади плиты.

С этой точки зрения можно рекомендовать разработку и изучение метода исследования данных статического зондирования грунта по всей площади плиты. Метод может обеспечить получение данных зондирования по достаточно частой сетке скважин по сравнению с буровыми скважинами. Такой метод может быть использован после проведения экспериментальных работ получения корреляционной зависимости между данными испытания штампом и сопротивлением грунта под наконечником зонда при статическом зондировании.

1. СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений». М.,2000.

2. НИИОСП им. Н.М. Герсеванова. Руководство по проектированию плитных фундаментов каркасных зданий и сооружений башенного типа. – М.: Стройиздат, 1984.

3. Сорочан Е.А., Трофименков Ю.Г. Справочник проектировщика. Основания, фундаменты и подземные сооружения. – М.: Стройиздат, 1985.

4. Федоровский В.Г., Безволев С.Г. Расчет осадок фундаментов мелкого заложения и выбор модели основания для расчета плит// «ОФМГ».-2000.-№4-С.10-18.

5. Безволев С.Г. Методика учета деформируемости неоднородного упругопластического основания при расчете фундаментных плит// «ОФМГ».-2002.-№5-С.8-14.

6. СП 50-101-2004 « Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений». М., 2004.

7. Шейнин В.И., Сарана Е.П., Артемов С.А., Фаворов А.В. Алгоритм и программа инженерного расчета осадок фундаментных плит с учетом неравномерности нагрузки на основание и неоднородности массива// «ОФМГ».-2006.-№5-С.2-7.

8. Eurocode 7 « Geotechnical design ». London., 2003.

Основания, фундаменты и механика грунтов

Экспериментально-теоретические исследования расчетных моделей свайно-плитных фундаментов

Аннотация
Полный текст:
Литература

СП 50-102-2003. Проектирование и устройство свайных фундаментов.

Box, George E. P.; Norman R. Draper. Empirical Model-Building and Response Surfaces. Wiley, 1987.

Барвашов В.А. Чувствительность системы «основание-фундамент-сооружение» // «ОФМГ». -2007. — №3.-С.10-14.

Тер-Мартиросян З.Г., Тер-Мартиросян А.З.. Современные проблемы механики грунтов при высотном строительстве // Инженерная геология. — Март 2007. — С. 33-41.

СП 50-101-2004. Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений.

СНиП 2.02-01.83. Основания зданий и сооружений.

Clancy, P. and Randolph, M.F. Analysis and design of piled raft foundations, 1993.

Randolph M.F.. Design methods for pile groups and piled rafts. XIII ICSMFE, New Dehli, India,1994.

Федоровский В.Г., Александрович В.Ф., Курилло С.В., Скороходов А.Г. К расчету комбинированных плитно-свайных фундаментов // Новi технологii в будiвництевi. — 2008. — №1(15) — С. 59-72.

Hansbo, S. and Jendeby, L. A case study of two alternative foundation principles: conventional friction piling and creep piling, Vag-och 1983. — №7-8. Рр 23-27, и 29-31.

Читать еще:  Несущая способность плиты перекрытия пустотные

Барвашов В.А. Расчет на ЭЦВМ осадки сваи от вертикальной нагрузки и определение перемещений грунта // Тр. 3-й научн.-техн. конф мол. научн. работн. — М.,1967.

Барвашов В.А. Расчет высокого жесткого свайного ростверка с учетом несущей способности свай // Тр. НИИОСПа — Вып.59. — 1969.

Барвашов В.А. Методы расчета свайных фундаментов по деформациям: Автореф.дис . … канд.техн.наук. — М., 1969. — 25с.

Барвашов В.А., Фаянс Б.Л. Расчет свайных фундаментов с гибким ростверком с учетом кустового эффекта // «ОФМГ». — 1969. — №1. — С.35-37.

Frank R.A. Etude theorique du comportement des piex sous charge verticale: Introduction de la dilatance, Rapport de Recherche No.46,Laboratoire Centrale des Ponts et Chausses, Paris, 1974.

Барвашов В.А., Федоровский В.Г. Трехпараметрическая модель грунтового основания и свайного поля, учитывающая необратимые структурные деформации грунта // «ОФМГ». — 1978. — №4. — С. 17-20.

Руководство по проектированию свайных фундаментов / НИИОСП Госстроя СССР. — М., 1980.

Tomlison M.J. Pile Design and Construction Practice. 4th edition, E&FN SPON, 1994.

Фадеев А.Б., Девальтовский Е.Э.. Исследование работы групп свай // Межвуз. сб. научн. тр. — Воронеж, 1988.

White D.J. An investigation into behaviour of pressed-in piles. Diss. PhD, Churchill College, Univ. of Cambridge, 2002.

Brown D.A. et al. Geotechnical Engineering Circular (GeO) №8. Design and Construction of Continuous Flight Auger (CFA) Piles, Final. Apr., 2007.

Мирсаяпов И.Т., Артемьев Д.А.. Экспериментально-теоретические исследования моделей свайных фундаментов. — КазГАСУ, 2008.

Барвашов В.А. Метод определения глубины зон разрушения грунта под краями фундамента с учетом природного напряженного состояния//Сб.научных тр. 75 лет НИИОСП им. Н.М. Герсеванова.- М.: Изд-во «ЭСТ», 2006. — 224 с.

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.

Плитный фундамент

Плитный фундамент — вид фундамента для здания, в том числе для индивидуального дома, который представляет собой монолитную конструкцию из бетона/железобетона или сборный каркас из блочных элементов, на котором возводятся стены строения. Применяется в зонах с повышенными внешними нагрузками, высоком уровне грунтовых вод.

Содержание

  • 1 Проектирование фундамента
  • 2 Разновидности плитного фундамента
  • 3 Достоинства и вероятные минусы
  • 4 Недостатки
  • 5 Применение
  • 6 Структура и элементы конструкции
  • 7 Фундамент «Шведская плита»
  • 8 Стандарты, нормативные требования к плитному фундаменту
  • 9 Примечания

При проектировании фундамента ведётся учёт веса и габаритов строения, характер грунта на участке и особенности гидрогеологической обстановки. Для предотвращения растрескивания плиты от сил морозного пучения — когда замерзают и расширяются грунтовые воды и неравномерно воздействуют на какую либо часть фундамента, рядом с ней обустраивается дренаж. Глубина заложения дренажа зависит от уровня и вида грунтовых вод. Основание плиты делается в виде подушки из песка и щебня, в некоторых случаях основанием может быть выровненный не нарушенный (не разрыхлённый) или уплотненный грунт участка. Выбор основания фундамента и вида дренажа производится после геологических изысканий.

Для создания плитного фундамента необходимо:

  • Правильно рассчитать нагрузки на основание в зависимости от проекта строения и условий на местности;
  • Учесть характер и глубину промерзания грунта;
  • На основании расчетов подобрать подходящую разновидность плитного фундамента;
  • Применить бетон и арматуру, соответствующие требованиям строительных и проектировочных стандартов — ГОСТ и СНиП;
  • Произвести расчеты глубины основания, учесть необходимость дополнительного укрепления;
  • Спроектировать и создать дренажную систему и подушку между плитой и грунтом.

Плитное основание может иметь монолитную однородную структуру из бетона и армирование металлической арматурой для повышения прочности.

Плитный фундамент «плавающий» — незаглубленного типа представляет собой железобетонную плиту, расположенную на поверхности грунта. При смещениях грунта плита сохраняет целостность за счет подвижности, предотвращая повреждение конструктивных элементов строения. Недостатком этого типа основания принято считать отсутствие возможности обустроить подвальные помещения. В некоторых случаях плита может незначительно углубляться в грунт.

Заглубленный плитный фундамент формируется ниже уровня промерзания грунта, что позволяет создать в сооружении подвалы. Большое значение при выборе типа плитного фундамента имеет гидрогеологическая обстановка и вероятность изменения уровня грунтовых вод в зависимости от сезона. Проектирование плитного фундамента требует проведения геологических исследований на местности. В случаях, когда высока вероятность значительных воздействий на фундамент со стороны грунтовых вод и подвижного грунта, выполняется его дополнительное укрепление — в грунт под плитой забиваются уплотняющие сваи или используются буронабивные элементы.

Строительная практика допускает использование конструкции плитного фундамента ребер жесткости — усиливающих плиту продольных утолщений, расположенных под несущими стенами сооружения. Возможно расположение ребер жесткости выше или ниже плиты — в первом случае достигается более жесткое соединение с подушкой, во втором случае ребра жесткости могут использоваться как части цоколя здания. Это решение позволяет несколько уменьшить толщину плиты там, где на неё не приходятся максимальные нагрузки. Ребра жесткости в плитном фундаменте функционально аналогичны наложению на плиту ленточного фундамента.

  • Плитный фундамент устойчив к внешним нагрузкам, не зависит от деформаций и неравномерных перемещений грунта [1] .
  • Высокая прочность.
  • Многофункциональность. Конструктивно может применяться для цоколя или подвального помещения.
  • Равномерно распределенные нагрузки от строения на грунт с малым удельным давлением из расчета на метр квадратный;
  • Возможность создать прочное основание на проблемных грунтах, отличающихся высокой подвижностью;
  • Возможность использования поверхности фундамента в качестве основы для пола в помещениях;
  • Высокая долговечность и прочность монолита с армированием;
  • Возможность возведения зданий в местах, где грунтовые воды расположены близко к поверхности земли, в условиях пучинистости грунта, на заболоченной местности, когда следует предотвратить деформацию основания.
  • Высокая стоимость — конструкция обходится до 30-50% от общей стоимости коробки будущего дома [2] .
  • Особенностью данного вида основы под постройку является возможность начинать строительство на участках с насыпным грунтом или в случаях, когда имеет место неравномерное сжатие почвы. Говоря о способности такого фундамента противостоять пагубному воздействию грунтовых вод, необходимо уточнить, что такая конструкция может выдерживать значительное гидростатическое давление. Конструкция плитного фундамента также хорошо справляется и с перемещением грунтов в любом направлении: вертикальном и горизонтальном.
  • Благодаря высокой прочности допускается возводить постройки, которые будут оказывать ощутимые нагрузки, в частности, нередко строится плитный фундамент под кирпичный дом [3] .

Плитный фундамент имеет сложную структуру, в которую входит несколько слоев бетона, гидроизоляция, металлическая арматура. Практически структура определяется особенностями местности и проекта сооружения в целом. При расчете плитного фундамента учитывается необходимость создания определенного запаса прочности плиты. Наиболее распространенное решение для плитного фундамента предполагает создание конструкции следующего вида: дренажный слой (подушка) из щебня и песка, утрамбованных и увлажненных во время насыпки; железобетонная плита с металлическим армированием (объемным); гидроизоляция.

Для получения прочной и соответствующей требованиям стандартов плиты основания используется бетонный раствор марки В22,5 (М300) и выше, морозостойкостью от F200 и водонепроницаемостью от W8. Армирование выполняется металлическим прутом диаметра не менее 12 миллиметров, соединенным методом связки прутьев или сваркой, для чего необходимо использование стали типа «С», с допустимым показателем текучести при сварке.

Непосредственно тело плиты фундамента формируется из нескольких слоев бетона, в одном из которых расположена стальная арматура, а поверх плиты уложена гидроизоляция. Особое внимание при монтаже фундамента и заливке бетона уделяется равномерности заполнения каркаса арматуры раствором.

Для сооружения современных индивидуальных домов используется конструкция «Шведская плита» — малозаглубленный фундамент, под которым расположен слой утеплителя. При сооружении этого типа фундамента создается дренажная система, позволяющая отвести грунтовые воды от утеплителя, который не позволяет грунту пучиться и принимает на себя нагрузку от строения. В «шведскую плиту» на этапе монтажа встраиваются коммуникации и система обогрева «Теплый пол». Массив фундамента является и тепловым аккумулятором для дома [4] [5] .

Строитель-вики

Энциклопедия строителей

  • главная
  • править
  • секции
  • добавить
  • код страницы

страницы

навигация

  • главная
  • Content
  • избранное

поиск

инструменты

  • версия для печати

It seems you have no tags attached to pages. To attach a tag simply click on the tags button at the bottom of any page.

Плитный фундамент — вид фундамента для здания, в том числе для индивидуального дома, который представляет собой монолитную конструкцию из бетона/железобетона или сборный каркас из блочных элементов, на котором возводятся стены строения. Применяется в зонах с повышенными внешними нагрузками, высоком уровне грунтовых вод.

Проектирование фундамента

Строительство фундамента

При проектировании фундамента ведётся учёт веса и габаритов строения, характер грунта на участке и особенности гидрогеологической обстановки. Для предотвращения растрескивания плиты от сил морозного пучения — когда замерзают и расширяются грунтовые воды и неравномерно воздействуют на какую либо часть фундамента, рядом с ней обустраивается дренаж. Глубина заложения дренажа зависит от уровня и вида грунтовых вод. Основание плиты делается в виде подушки из песка и щебня, в некоторых случаях основание может быть выровненный не нарушенный (не разрыхлённый) грунт участка (например суглинок туго пластичный). Выбор снования фундамента и вида дренажа производится после геологических изысканий.

Для создания плитного фундамента необходимо:

Правильно рассчитать нагрузки на основание в зависимости от проекта строения и условий на местности;
Учесть характер и глубину промерзания грунта;
На основании расчетов подобрать подходящую разновидность плитного фундамента;
Применить бетон и арматуру, соответствующие требованиям строительных и проектировочных стандартов — ГОСТ и СНиП;
Произвести расчеты глубины основания, учесть необходимость дополнительного укрепления;
Спроектировать и создать дренажную систему и подушку между плитой и грунтом.
Разновидности плитного фундамента
Плитное основание может иметь монолитную однородную структуру из бетона и армирование металлической арматурой для повышения прочности.

Плитный фундамент «плавающий» — незаглубленного типа представляет собой железобетонную плиту, расположенную на поверхности грунта. При смещениях грунта плита сохраняет целостность за счет подвижности, предотвращая повреждение конструктивных элементов строения. Недостатком этого типа основания принято считать отсутствие возможности обустроить подвальные помещения. В некоторых случаях плита может незначительно углубляться в грунт.

Заглубленный плитный фундамент формируется ниже уровня промерзания грунта, что позволяет создать в сооружении подвалы. Большое значение при выборе типа плитного фундамента имеет гидрогеологическая обстановка и вероятность изменения уровня грунтовых вод в зависимости от сезона. Проектирование плитного фундамента требует проведения геологических исследований на местности. В случаях, когда высока вероятность значительных воздействий на фундамент со стороны грунтовых вод и подвижного грунта, выполняется его дополнительное укрепление — в грунт под плитой забиваются уплотняющие сваи или используются буронабивные элементы.

Строительная практика допускает использование конструкции плитного фундамента ребер жесткости — усиливающих плиту продольных утолщений, расположенных под несущими стенами сооружения. Возможно расположение ребер жесткости выше или ниже плиты — в первом случае достигается более жесткое соединение с подушкой, во втором случае ребра жесткости могут использоваться как части цоколя здания. Это решение позволяет несколько уменьшить толщину плиты там, где на неё не приходятся максимальные нагрузки. Ребра жесткости в плитном фундаменте функционально аналогичны наложению на плиту ленточного фундамента.

Достоинства и вероятные минусы

Плитный фундамент устойчив к внешним нагрузкам, не зависит от деформаций и неравномерных перемещений грунта[1].
Высокая прочность.
Многофункциональность. Конструктивно может применяться для цоколя или подвального помещения.
Равномерно распределенные нагрузки от строения на грунт с малым удельным давлением из расчета на метр квадратный;
Возможность создать прочное основание на проблемных грунтах, отличающихся высокой подвижностью;
Возможность использования поверхности фундамента в качестве основы для пола в помещениях;
Высокая долговечность и прочность монолита с армированием;
Возможность возведения зданий в местах, где грунтовые воды расположены близко к поверхности земли, в условиях пучинистости грунта, на заболоченной местности, когда следует предотвратить деформацию основания.

Недостатки

Высокая стоимость — конструкция обходится до 30-50% от общей стоимости коробки будущего дома[2].

Применение

Особенностью данного вида основы под постройку является возможность начинать строительство на участках с насыпным грунтом или в случаях, когда имеет место неравномерное сжатие почвы. Говоря о способности такого фундамента противостоять пагубному воздействию грунтовых вод, необходимо уточнить, что такая конструкция может выдерживать значительное гидростатическое давление. Конструкция плитного фундамента также хорошо справляется и с перемещением грунтов в любом направлении: вертикальном и горизонтальном.
Благодаря высокой прочности допускается возводить постройки, которые будут оказывать ощутимые нагрузки, в частности, нередко строится плитный фундамент под кирпичный дом[3].
Структура и элементы конструкции
Плитный фундамент имеет сложную структуру, в которую входит несколько слоев бетона, гидроизоляция, металлическая арматура. Практически структура определяется особенностями местности и проекта сооружения в целом. При расчете плитного фундамента учитывается необходимость создания определенного запаса прочности плиты. Наиболее распространенное решение для плитного фундамента предполагает создание конструкции следующего вида: дренажный слой (подушка) из щебня и песка, утрамбованных и увлажненных во время насыпки; железобетонная плита с металлическим армированием (объемным); гидроизоляция.

Читать еще:  Заливка плиты под гараж

Для получения прочной и соответствующей требованиям стандартов плиты основания используется бетонный раствор марки В22,5 (М300) и выше, морозостойкостью от F200 и водонепроницаемостью от W8. Армирование выполняется металлическим прутом диаметра не менее 12 миллиметров, соединенным методом связки прутьев или сваркой, для чего необходимо использование стали типа «С», с допустимым показателем текучести при сварке.

Непосредственно тело плиты фундамента формируется из нескольких слоев бетона, в одном из которых расположена стальная арматура, а поверх плиты уложена гидроизоляция. Особое внимание при монтаже фундамента и заливке бетона уделяется равномерности заполнения каркаса арматуры раствором.

Фундамент «Шведская плита»

Для сооружения современных индивидуальных домов используется конструкция «Шведская плита» — малозаглубленный фундамент, под которым расположен слой утеплителя. При сооружении этого типа фундамента создается дренажная система, позволяющая отвести грунтовые воды от утеплителя, который не позволяет грунту пучиться и принимает на себя нагрузку от строения. В «шведскую плиту» на этапе монтажа встраиваются коммуникации и система обогрева «Теплый пол». Массив фундамента является и тепловым аккумулятором для дома[4][5].

Стандарты, нормативные требования к плитному фундаменту

ГОСТ Р 54257-2010 — Надежность строительных конструкций и оснований.
СНиП 3.02.01.87 Земляные сооружения, основания и фундаменты.
СП 22.13330.2011 (СНиП 2.02.01-83*) Основания зданий — 8.13. При наличии чрезмерно пучинистых грунтов и значительной чувствительности зданий к неравномерным деформациям рекомендуется строить их на малозаглубленных и незаглубленных монолитных железобетонных плитных фундаментах, под которыми устраивают подушки из непучинистых материалов.
СП 50-101-2004 «Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений»
«Руководство по проектированию плитных фундаментов каркасных зданий и сооружений башенного типа»
СНиП 52-01-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения»
СП 63.13330.2012 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003
СП 52-101-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры»
Пособие к СП 52-101-2003
Пособие «Армирование элементов монолитных железобетонных зданий. Пособие по проектированию»
СНиП 3.03.01-87 «Несущие и ограждающие конструкции»

Расчет плитного фундамента по нагрузке с примером

Существует только два типа фундаментов, которые подходят для строительства практически любых зданий: свайный и плитный. Они позволяют возводить здания на грунтах с плохими характеристиками с минимальными затратами. Монолитную плиту в качестве фундамента стоит выбрать по многим причинам, но чтобы она была прочной и надежной необходимо выполнить ее грамотный расчет.

Преимущества фундаментной плиты

К достоинствам конструкции можно отнести:

  • строительство на грунтах с плохими характеристиками;
  • возможность возведения крупных объектов;
  • возможность самостоятельной заливки;
  • высокая несущая способность;
  • предотвращение локальных деформаций;
  • устойчивость к воздействию сил морозного пучения.

К слабым сторонам такого типа фундаментов относят:

  • нецелесообразность использования на участках с уклоном;
  • большой расход бетона и арматуры;
  • по сравнению с готовыми элементами фундамента, устройство монолитной плиты требует дополнительного времени на набор прочности бетоном;
  • сложный расчет.

Изучение характеристик грунта

Перед тем как приступить к расчету любого типа фундамента определяют характеристики основания под него. К основным и наиболее важным моментам относят:

  • водонасыщенность;
  • несущую способность.

При строительстве крупных объектов перед началом разработки проектной документации выполняют полноценные геологические изыскания, которые включают в себя:

  • бурение скважин;
  • лабораторные исследования;
  • разработку отчета о характеристиках основания.

В отчете предоставляются все значения, полученные в ходе первых двух этапов. Полный комплекс геологических изысканий стоит дорого. При проектировании частного дома в нем чаще всего нет необходимости. Изучение почвы выполняются двумя методами:

  • шурфы;
  • скважины.

Отрывку шурфов выполняют вручную. Для этого лопатой выкапывают яму, глубиной на 50 см ниже предполагаемой отметки подошвы фундамента. Почву изучают по срезу, определяют примерно тип несущего слоя и наличие в нем воды. Если грунт слишком насыщен водой, рекомендуется остановиться на свайных опорах под здание.

Второй вариант изучения характеристик основания под дом выполняют ручным буром. Анализ проводят по кускам почвы на лопастях.

Важно! При проведении мероприятий необходимо выбирать несколько точек для изучения. Они должны располагаться под пятном застройки. Это позволит наиболее тщательно изучить тип почвы.

Определившись с основанием, для него выясняют оптимальное удельное давление на грунт. Величина потребуется в дальнейшем расчете, пример которого представлен далее. Значение принимают по таблице.

Тип исследуемого грунтаОптимальное удельное давление на грунт, кг/см 2
Песок пылеватый и мелкий0,35
Песок средней крупности0,25
Супесь*0,50
Суглинок0,35
Пластичная глина0,25
Твердая глина*0,50

*При данном типе грунта основания более экономичным может оказаться ленточный вариант, поэтому нужно рассчитать смету на два типа фундамента и выбрать тот, который будет стоить дешевле.

Расчет толщины плиты

Расчет выполняется по СП «Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений» и по руководству «Руководство по проектированию плитных фундаментов каркасных зданий и сооружений башенного типа» в два этапа:

  • сбор нагрузок;
  • расчет по несущей способности.

Сбор нагрузок включает в себя проведение работ по вычислению общей массы дома с учетом веса снегового покрова, мебели, оборудования и людей. Значения для домов из различных материалов можно взять из таблицы.

Тип нагрузкиЗначениеКоэффициент надежности
Стены и перегородки
Кирпич 640 мм1150 кг/м 21,2
Кирпич 510 мм920 кг/м 2
Кирпич 380 мм с утеплением 150 мм690 кг/м 2
Брус 200 мм160 кг/м 21,1
Брус 150 мм120 кг/м 2
Каркасные 150 мм с утеплителем50 кг/м 2
Перегородки гипсокартонные 80 мм30-35 кг/м 21,2
Перегородки кирпичные 120 мм220 кг/м 2
Перекрытия
Железобетонные 220 мм с цементно-песчаной стяжкой 30 мм625 кг/м 21,2 — для сборных и 1,3 — для монолита
Деревянные по балкам150 кг/м 21,1
Крыша по деревянным стропилам
С металлическим покрытием60 кг/м 21,1
С керамическим покрытием120 кг/м 2
С битумным покрытием70 кг/м 2
Временные нагрузки
Полезная для жилых зданий150 кг/м 21,2
СнеговаяВ зависимости от района строительства по п. 10.1 СП «Нагрузки и воздействия». Снеговой район определяется по СНиП «строительная климатология».1,4

Важно! В таблице уже учитывается толщина конструкций. Для вычисления массы остается лишь умножить на площадь.

Кроме этого, каждую нагрузку необходимо умножить на коэффициент надежности. Он необходим для обеспечения запаса по несущей способности конструкции из бетона и предотвращения проблем при незначительных ошибках строителей или изменениях условий эксплуатации (например, смена назначения здания). Все коэффициенты принимаются по СП «Нагрузки и воздействия».

Для различных нагрузок, коэффициент отличается и находится в пределах 1,05-1,4. Точные значения также приведены в таблице. Для фундамента из бетона по монолитной технологии принимают коэффициент 1,3.

Важно! Если уклон кровли составляет более 60 градусов, снеговую нагрузку в расчете не учитывают, поскольку при такой крутизне ската, снег не скапливается на нем.

Общую площадь всех конструкций умножают на массу, приведенную в таблице и коэффициент, после чего, складывая, получают суммарный вес дома без учета фундаментов.

Основная формула для вычислений имеет следующий вид:

где P1 -удельная нагрузка на грунт без учета фундамента, M1 — суммарная нагрузка от дома, полученная при сборе нагрузок, S — площадь плиты из бетона.

Далее необходимо рассчитать разницу (Δ) между полученным значением и числом, приведенным в таблице выше, в зависимости от типа грунта.

где P — табличное значение несущей способности грунта.

где М2 — требуемая масса фундамента (больше этой массы строить фундамент нельзя), S — площадь плиты из бетона.

где t — толщина заливки бетона, а 2500 кг/м 3 — плотность одного кубического метра железобетонного фундамента.

Далее толщина округляется до ближайшей большей и меньшей величины кратной 5 см. После выполняется проверка, при которой разница между расчетным и оптимальным давлением на грунт не должна превышать 25% в любую сторону.

Совет! Если при расчете получается, что толщина слоя бетона превышает 350 мм, рекомендуется рассмотреть такие типы конструкции как ленточный фундамент, столбчатый или плита с ребрами жесткости.

Помимо толщины потребуется подобрать подходящий диаметр армирования, а также выполнить расчет количества арматуры для бетона.

Важно! Если в результате расчета у вас получится толщина плиты более 35 см, это указывает на то, что плитный фундамент избыточен в данных условиях, нужно посчитать ленточный и свайный фундаменты, возможно они окажутся дешевле. Если же толщина вышла меньше 15 см, значит здание слишком тяжелое для данного грунта и нужен точный расчет и геологические исследования.

Пример расчета

Пример предусматривает следующие исходные данные:

  • одноэтажный дом с мансардой размерами в плане 8 м на 10 м;
  • стены выполнены из силикатного кирпича толщиной 380 мм, общая площадь стен (4 наружных высотой 4,5 м) равняется 162 м²;
  • площадь внутренних перегородок из гипсокартона равняется 100 м²;
  • кровля металлическая (четырехскатная, уклон 30ᵒ), площадь равняется 8 м * 10 м/cosα (угол наклона кровли) = 8 м * 10 м/0,87 = 91 м² (также понадобится при вычислении снеговой нагрузки);
  • тип грунта — суглинок, несущая способность = 0,32 кг/см² (получено при геологических изысканиях);
  • снеговая нагрузка — 180 кг/м²;
  • перекрытия деревянные, общей площадью 160 м 2 (также понадобится при вычислении полезной нагрузки).

Сбор нагрузок на фундамент выполняется в табличной форме:

Нормативная нагрузкаКоэффициент надежностиРасчетная нагрузка
Стены: 162 м 2 * 690 кг/м 2 = 111780 кг1,1122958 кг
Перегородки: 100 м 2 * 30 кг/м 2 = 3000 кг1,23600 кг
Перекрытия: 160 м 2 * 150 кг/м 2 = 24000 кг1,126400 кг
Крыша: 91 м 2 * 60 кг/м 2 = 5460 кг1,16006 кг
Полезная нагрузка: 160 м 2 * 150 кг/м 2 = 24000 кг1,228800 кг
Снеговая: 91 м 2 * 180 кг/м 2 = 16380 кг1,422932 кг
ИТОГО:210696 кг

Площадь плиты под здание принимается с учетом того, что ширина плиты больше, чем ширина дома на 10 см. S = 810 см * 1010 см = 818100 см² = 81,81 м 2 .

Удельная нагрузка на грунт от дома = 210696 кг/818100 см 2 = 0,26 кг/см 2 .

Δ = 0,32 — 0,26 = 0,06 кг/см 2 .

М = Δ*S = 0,06 кг/см 2 * 818100 см 2 = 49086 кг.

t = (49086 кг/2500 м 3 )/81,81 м 2 = 0,24 м = 24 см.

Толщину плиты можно принять 20 см или 25 см.

Выполняем проверку для 20 см:

  1. 0,2 м * 81,81 м 2 =16,36 м 3 — объем плиты;
  2. 16,36 м 3 * 2500 кг/м 3 = 40905 кг — масса плиты;
  3. 40905 + 210696 = 251601 кг — нагрузка от дома с фундаментом;
  4. 251601 кг/ 818100 см 2 = 0,31 кг/см² — фактическое давление на грунт меньше оптимального не более чем на 25 %;
  5. (0,32-0,31)*100%/0,32 = 3% Расчет арматуры

Вычисление количества арматуры для рассчитанной выше плиты:

  1. плита толщиной 20 см — две рабочих сетки;
  2. диаметр стержней — 12 мм, шаг — 150 мм;
  3. стержни укладываются так, чтобы обеспечить защитный слой бетона с каждой стороны 0,02-0,03 м. Длина стержней в примере = 8,1 м — 0,02*2 = 8,06 м и 10,06 м;
  4. количество стержней в одном направлении = (8,1 м (длина стороны)/0,15 м (шаг) + 1) *2 (два слоя) = 110 шт;
  5. количество стержней в другом направлении = (10,1 м (длина стороны)/0,15 м (шаг) + 1)*2 (два слоя) = 136 шт;
  6. общая длина стержней = 110*8,06 + 136*10,06 = 886,6 м + 1368,16 = 2254,76 м;
  7. общая масса арматуры 2254,76 м * 0,888 кг/м = 2002, 2 кг.

При покупке необходимо предусмотреть запас 3-5%, чтобы избежать необходимости докупать материал. Также потребуется рассчитать объем бетона. В рассматриваемом случае он равен: 8,1м*10,1м*0,2м = 16,36 м³. Это значение потребуется при заказе бетонной смеси.

Упрощенный расчет толщины фундаментной плиты и количества материалов на нее — несложная задача, которая не потребует большого количества времени. Но выполнение этого этапа позволит обеспечить надежность без перерасхода материалов, что сэкономит нервы и деньги будущего владельца дома.

Важно! Данная статья носит исключительно ознакомительный характер. Для точного расчета фундамента необходимо геологическое исследование. Доверяйте расчет только профессионалам.

Совет! Если вам нужны строители для возведения фундамента, есть очень удобный сервис по подбору спецов от PROFI.RU. Просто заполните детали заказа, мастера сами откликнутся и вы сможете выбрать с кем сотрудничать. У каждого специалиста в системе есть рейтинг, отзывы и примеры работ, что поможет с выбором. Похоже на мини тендер. Размещение заявки БЕСПЛАТНО и ни к чему не обязывает. Работает почти во всех городах России.

Если вы являетесь мастером, то перейдите по этой ссылке, зарегистрируйтесь в системе и сможете принимать заказы.

Расчет и проектирование свайно-плитного фундамента с применением грунтоцементных свай

Малинин П.А.

В статье рассмотрены вопросы проектирования и расчета осадки свайно-плитных фундаментов с применением технологии струйной цементации грунтов.

1. Введение.

В свайно-плитном фундаменте часть нагрузки воспринимает плита, опирающаяся на грунт, а другую часть нагрузки воспринимают сваи, передающие нагрузку на нижележащие слои грунта.

Одной из технологией, позволяющей выполнять устройство свай, является технология струйной цементации грунтов.

Сущность технологии заключается в перемешивании грунтов струей цементного раствора. В результате в грунтовом массиве формируются сваи из нового материала – грунтоцемента, обладающего высокими деформационными характеристиками.

В отличие от буронабивных свай технология позволяет устраивать сваи в обводненных грунтах без использования обсадных труб.

Другим преимуществом является возможность выполнения работ в стесненных условиях городских строительных площадок.

Кроме того, технология позволяет выполнять комбинированные сваи, когда верхняя часть состоит из железобетонной сваи, а нижняя – из грунтоцементной сваи.

Фото 1. Реконструкция здания в Москве.

Существующие методики расчета комбинированных свайно-плитных фундаментов предусматривают применение железобетонных свай, обладающих жесткостью на много превышающую жесткость грунтового основания. В отличие от железобетонных свай грунтоцементные сваи обладают более низкой жесткостью, что предполагает рассматривать грунтоцементную сваю, как колонну, сформированную из укрепленного (сцементированного) грунта.

Жесткость подобной сваи сравнима с жесткостью грунтового основания, поэтому для расчета таких свай может быть применен иной подход – определение осадки фундаментной плиты на укрепленном основании.

В настоящей работе приводится сопоставление методики расчета свайно-плитного фундамента с применением нормативных российских методик, а также методики, основанной, на укреплении грунта грунтоцементными колоннами.

Статья содержит ряд примеров применения грунтоцементных свай при устройстве свайно-плитных фундаментов.

2. Устройство свайно-плитного фундамента при реконструкции здания.

При реконструкции зданий для сохранения исторически-архитектурного облика города очень часто применяют следующее решение. Внутренняя часть здания демонтируется и оставляется только один фасад, поддерживаемый металлическим каркасом из двутавров. Такое решение применено при реконструкции одного из исторических зданий в городе Москва (фото 1). Проектом предусмотрено возведение 7-и этажного здания с 2-х этажной подземной автостоянкой.

В процессе разработки грунта котлована были зафиксированы осадки фасадной стены здания. По результатам дополнительных геологических изысканий обнаружены рыхлые пески средней крупности с модулем деформации 12-18 МПа. Ниже песков залегают глины тугопластичной и полутвердой консистенции с модуль деформации – 18-26 МПа.

Заказчиком было принято решение об устройстве свайно-плитного фундамента. Рассматривался вариант применения буронабивных свай и вариант грунтоцементных свай по технологии струйной цементации грунтов.

Стоит отметить, что на момент принятия решения генподрядчиком уже был выкопан котлован глубиной 4,0 м и установлен первый ярус распорной системы из труб. Это обстоятельство сыграло решающую роль при принятии решения в пользу технологии струйной цементации грунтов, т.к. при производстве работ по устройству грунтоцементных свай может быть применена буровая установка с короткой мачтой, позволяющей выполнять работы под распорными трубами.

Неравномерная нагрузка от здания на грунтовый массив составляет 18-44 тс/м2. Расчет осадки фундаментной плиты проводился в программе GeoSet.

Сущность методики, заложенной в программе GeoSet, заключается в следующем. В программе задаются жесткость каждой сваи и грунтов в основании плиты, которые можно вычислить по нормативным методикам. Из решения системы уравнений находится осадка свайно-плитного фундамента.

Преимущество программы в том, что она позволяет рассчитывать осадку свайно-плитного фундамента с неравномерной сеткой расположения свай, а также вычислять усилия в каждой свае.

Результаты расчета показали, что максимальная осадка фундаментной плиты на естественном основании (без свай) составила 17,6 см, минимальная осадка – 6,2 см, относительная разность осадок – 0,0033. Неравномерная осадка здания обусловлена дополнительной нагрузкой от сохраняемого фасада здания.

Как было указано выше, для снижения крена и максимальных осадок здания было принято решение об устройстве дополнительных грунтоцементных свай под фундаментной плитой.

В нагруженной части здания, примыкающей к сохраняемому фасаду, сваи устраивали с шагом 3,0 м, в менее нагруженной – с шагом 2,0 м(рис.1). Длина свай принята равной 10,2 м.

Диаметр грунтоцементных свай, выполняемых по однокомпонентной технологии Jet1, в песчаных грунтах принят равным 750 мм, в глинистых – 600 мм. Модуль деформации грунтоцементных свай в песчаных грунтах принят равным 3000 МПа, в глинистых грунтах – 1000 МПа.

По результатам расчетов в программе GeoSet максимальная осадка здания составляет 5,7 см, минимальная осадка – 3,2 см, относительная разность осадок – 0,0007 (рис. 2).

Рис.1. План свайного поля.

Рис. 2. Результаты расчета осадки здания и нагрузки на сваи в программе GeoSet.

Общая нагрузка распределилась следующим образом: 57% приходится на сваи, 43% — на фундаментную плиту.

Кроме того, расчет осадки здания выполнялся по методике, сущность которой заключается в том, что грунтоцементные сваи и грунт рассматриваются как грунтовый массив с
осредненным (эффективным) модулем деформации.

где Ep , Eg – модули деформации свай и грунта;

Sp , S – площади всех свай и общая площадь плиты.

По результатам расчетов максимальная осадка здания составила 6,8 см, минимальная осадка – 1,6 см, относительная разность осадок – 0,0015. Несмотря на то, что в этой методике не учитывается неравномерность расположения свай, результаты расчета по методу осреднения характеристик сопоставимы с результатами расчета свайно-плитного фундамента.

Прогнозируемая величина максимальной осадки свайно-плитного фундамента по результатам расчетов составила 5,7-6,8 см, что в 2 раза ниже предельной максимальной осадки 15,0 см, принятой по нормативным документам, что гарантирует безопасную эксплуатацию здания.

Из-за стесненности площадки оборудование (высоконапорный насос, миксерную станцию для приготовления цементного раствора и силос для цемента) пришлось разместить на борту котлована на площадке размерами 8,0х8,0 м. Работы по устройству грунтоцементных свай выполнялись из котлована глубиной 6,8 м.

Для контроля качества работ выполнены опытные сваи с последующим определением диаметра свай и определением прочности на сжатие выбуренного из свай керна. Диаметр грунтоцементных свай в песчаных грунтах составил 750-900 мм (фото 2). По результатам испытаний прочность грунтоцемента на сжатие составила 5-12 МПа, что превышает проектные характеристики.

Производительность устройства грунтоцементных свай длиной 10,2 м составила 6-8 свай в смену.

Фото 2. Грунтоцементная свая.

2. Проектирование свайно-плитного фундамента из комбинированных свай.

В настоящее время на Аккермановском руднике ведется строительство цементного завода. Первоначально для силоса сырьевой муки по проекту предполагался свайно-плитный фундамент из железобетонных забивных свай 30х30 см длиной 6,0 м.

Количество свай – 300 шт. Размер плиты – 18,8х18,8 м, толщина – 3,0 м. Общая нагрузка от силоса и плиты – 25 139 тс (71 тс/м2).

По предварительным изысканиям геология представляет собой глину, которую подстилает известняк. По проекту сваи должны были опираться на известняк. Но после начала бурения лидерных скважин для погружения свай оказалось, что кровля известняка имеет кратерообразный характер с пиками и впадинами, вследствие чего большая часть свай не доходят до кровли известняка, являющимся несущим слоем. Это может привести к ненормативным осадкам и крену силоса.

С целью снижения осадок до безопасного уровня было предложено в основании железобетонных свай выполнить грунтоцементные сваи по технологии струйной цементации грунтов (рис. 3).

Рис. 3. Разрез свайно-плитного фундамента. 1 – глина, 2 – известняк.

Моделирование напряженно-деформированного состояния свайно-плитного фундамента и грунтового массива выполнено с помощью метода конечных элементов в трехмерной постановке.

Дискретизацию расчетной области выполняли треугольными элементами с линейной аппроксимацией перемещений в области элемента. Конечно-элементная модель расчетной области представлена на рисунке 4.

Согласно геологическим изысканиям модуль деформации глины составляет 15 МПа, известняка – 1000 МПа.

Диаметр грунтоцементных свай по технологии Jet1 в глинистых грунтах принят равным 500 мм, модуль деформации грунтоцементных свай – 500 МПа.

Учет свай выполнялось путем задания расчетного слоя с осредненным модулем деформации по правилу механической смеси.

В расчетной модели было задано 4 слоя. Осредненные модули деформации слоев приведены в таблице 1.

Наименование слояЕ, МПа
1Фундаментная плита32 500
2Глина с железобетонными сваями2 972
3Глина с грунтоцементными сваями132
4Известняк1 000

Основная сложность заключалась в моделировании рельефа известняка, имеющего кратерообразный характер. В соответствие с проведенными дополнительными инженерно-геологическими данным на расчетную область нанесли точки, соответствующие отметкам кровли известняка, затем эти точки соединили поверхностями.

Выполненные расчеты показали, что максимальная осадка фундаментной плиты составила 1,8 см, что ниже принятого допустимого значения 5,0 см (рис. 5). Величина крена 0,0005 также не превышает допустимое значение 0,0020.

Рис. 4. Фрагмент конечно-элементной модели.

Рис. 5. График распределения осадки в грунтовом массиве, м.

На первом этапе выполняли устройство грунтоцементных свай по технологии струйной цементации грунтов (фото 3).

Скважины бурили до кровли известняка для установления его фактической отметки и на 1,0 м заглублялись в слой известняка. Затем производился подъем монитора до отметки на 1,0 м выше отметки низа железобетонных свай.

В процессе устройства грунтоцементных свай также были выявлены многочисленные прослойки известняка в слое глины, что усложняло бурение скважин.

На втором этапе производили забивку железобетонных свай с погружением их в тело грунтоцементных свай на 500 мм. Забивку свай производили с устройством лидерных скважин диаметром 250 мм.

Для контроля качества из опытных грунтоцементных свай был отобран керн и определены деформационные и прочностные характеристики грунтоцемента. Средняя прочность на сжатие составила – 2,5 МПа, модуль деформации – 543 МПа, модуль упругости – 1082 МПа. Результаты испытаний подтвердили заданные в проекте значения.

Фото 3. Устройство грунтоцементных свай.

3. Устройство свайно-плитного фундамента с применением грунтоцементных свай Jet2

В Нижний Новгороде при строительстве жилого здания также было принято решение о применении свайно-плитного фундамента из грунтоцементных свай. Размер фундаментной плиты – 21,0×43,9 м.

Основание фундамента здания сложены слабыми лессовыми грунтами (супеси, суглинки), склонными к большим просадкам при замачивании под действием давления, передаваемого фундаментной плитой. Физико-механические свойства грунтов представлены в таблице 2.

ИГЭТип грунтаg, кН/м3С, кПаj, °Е, МПаh, м
3Супесь лессовая твердая, плотная20,515271516,2
4Суглинок лессовый19,71819114,3
5Глина полутвердая19,6832230

С целью снижения осадок до безопасного уровня предложено выполнить устройство грунтоцементных свай в основании фундаментной плиты. Сваи устраиваются по технологии Jet2, диаметр свай в суглинках принят равным 1,5 м.

Расчет осадки свайно-плитного фундамента выполнялся в программе GeoSet.

Оптимальная длина свай, полученная по результатам расчетов, составляет 28,0 м. Сваи устраиваются с шагом 4,3 м, в местах лифтовой шахты запроектировано дополнительно 4 сваи. Общее количество свай – 42 шт.

Модуль деформации грунтоцементных свай в глинистых грунтах – 1000 МПа.

В соответствие со схемой нагружения вычислена равнодействующая сила, равная 54 418 тс (59 тс/м2). Анализ схемы нагружения показал, что эксцентриситет равнодействующей силы составил по х – 0,46 м, по y – 0,04 м.

Средняя жесткость свай, вычисленная в программе, составляет Es = 6209 тс/м, жесткость грунтового основания – C = 59 тс/м2.

По результатам расчетов средняя осадка здания составила 17,0 см (рис. 6), что не превышает допустимую осадку для зданий на плитных фундаментов – 22,5 см.

Относительная разность осадок составила 0,003.

Ниже представлена фотография объекта на этапе откопки грунтоцементных сваи и возведения фундаментной плиты (фото 4).

Рис. 6. Осадка свайно-плитного фундамента.

Фото 4. Свайно-плитный фундамент с грунтоцементными сваями. Устройство фундаментной плиты.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector