Установление несущей способности грунта (табличные значения) находящегося под проектируемым или реконструируемым фундаментом начинают с геологической разведки . Для этого на строительной площадке из скважин или шурфов отбираются и исследуются пробы грунта.

Сначала производится классификация грунта . Гранулометрическим и/или методом отмучивания находится состав грунта и определяется его название.

Затем исследуются физические характеристики грунта . Методом режущего кольца устанавливается плотность грунта, методом высушивания и взвешивания определяется влажность, а скручиванием грунта в жгут и испытание балансирным конусом - консистенция грунта.

Далее делаются дополнительные лабараторные исследования грунта или производится еще несколько вычислений расширяющих количество физических характеристик грунтов.

При невозможности точного установления типа грунта самостоятельно, наличие на участке органических, мерзлых, насыпных грунтов и при любых других сомнениях в классифицировании грунта, для определения несущей способности грунта, нужно привлекать лицензированные геологические организации.

Уровень отвественности здания

Здание или сооружение должно быть отнесено к одному из следующих уровней ответственности: повышенный, нормальный и пониженный (статья 4 пункты 7–10 действующего технического регламента о безопасности зданий и сооружений Федерального закона №384-ФЗ) .

К повышенному уровню отвественности относятся: особо опасные, технически сложные или уникальные объекты.

К пониженному - здания и сооружения временного (сезонного) назначения, а также здания и сооружения вспомогательного использования, связанные с осуществлением строительства или реконструкции либо расположенные на земельных участках, предоставленных для индивидуального жилищного строительства.

Все остальные здания и сооружения относятся к нормальному уровню отвественности.

Формулировка идентификации зданий относящихся к третьему (пониженному) уровню отвественности - расплывчатая. Непонятно, описанны две группы зданий и сооружений: временные и вспомогательные или три группы - временные, вспомогательные и индивидуальные? В Белоруссии жилые индивидуальные дома высотой не более 2 этажей относят к третьей группе отвественности и в России жилые здания высотой до 10 м раньше тоже относили к этой группе. В новом техническом регламенте ясности в этом вопросе нет. Видимо его каждому придется решать самостоятельно. От выбора уровня отвественности зависит объем геологических изысканий и методика расчета фундаментов.

Определение расчетного сопротивления основания R по таблицам

Этот метод применяется для предварительного и окончательного расчета оснований для зданий третьего уровня ответственности находящихся в благоприятных условиях. Либо для предварительного расчета оснований для зданий второго уровня отвественности находящегося в любых, в том числе и неблагоприятных инженерно-геологических условиях.

«Благоприятными» считаются условия, при которых слои грунта в основании залегают горизонтально (уклон слоев не превышает 0,1), а сжимаемость грунта не увеличивается по крайней мере до глубины, равной двойной ширине самого большого отдельного фундамента и четырем ширинам ленточного (считая от уровня его подошвы).

Для фундаментов шириной b o = 1 м и глубиной заложения d o = 2 м значения расчетного сопротивления основания (R o) приведены в таблицах 11–15. С увеличением или уменьшением глубины заложения фундамента изменяется несущая способность грунта основания. В этом случае расчетные сопротивления основания (R) на различных глубинах следует определять по формулам:

R = R o (d + d o) /2d o при d < 2 м;

R = R o + k 2 γ"(d — d o) при d > 2м

где b - ширина фундамента, м; d - глубина заложения подошвы, м; γ’- расчетное значение удельного веса грунта, залегающего выше подошвы фундамента, кН/м³; k 1 - коэффициент, принимаемый для оснований, сложенных крупнообломочными грунтами и песками, k 1 = 0,125; для оснований сложенных пылеватыми песками, супесями, суглинками и глинами, k 1 = 0,05; k 2 - коэффициент, принимаемый для оснований, сложенных крупнообломочными песчаными грунтами - k 2 = 0,25, сложенных супесями и суглинками -k 2 = 0,2; глинами - k 2 = 0,15.

Таблица 11

Таблица 12

Таблица 13

Таблица 14

В числителе приведены значения R o , относящейся к незамоченным просадочным грунтам со степенью влажности S r ≤ 0,5; в знаменателе - значения R o , относящиеся к таким же грунтам с S r ≥ 0,8, а также к замоченным грунтам.

Таблица 15

Расчетные сопротивления R o насыпных грунтов

Ха­рак­те­ри­сти­ки на­сы­пи	R o , кПа (кг/см²)
	Пес­ки круп­ные, сред­ней круп­но­сти и мел­кие, шла­ки и т.п. при сте­пе­ни влаж­но­сти S r		Пес­ки пы­ле­ва­тые, су­песи, су­глин­ки, гли­ны, зо­лы и т.п. при сте­пе­ни влаж­но­сти S r
	S r ≤ 0,5	S r ≥ 0,8	S r ≤ 0,5	S r ≥ 0,8
На­сы­пи, пла­но­мер­но воз­ве­ден­ные с уплот­не­ни­ем	250 (2,5)	200 (2,0)	180 (1,8)	150 (1,5)
От­ва­лы грун­тов и от­хо­дов про­из­водств: с уплот­не­ни­ем без уплот­не­ния	250 (2,5) 180 (1,8)	200 (2,0) 150 (1,5)	180 (1,8) 120 (1,2)	150 (1,5) 100 (1,0)
Отвалы грунтов и отходов производств: с уплотнением без уплотнения	150 (1,5) 120 (1,20)	120 (1,2) 100 (1,0)	120 (1,2) 100 (1,0)	100 (1,0) 80 (0,8)

1. R o относятся к насыпным грунтам с содержанием органических веществ I om ≤ 0,1.
2. Для неслежавшихся отвалов и свалок грунтов и отходов производств R o принимаются с коэффициентом 0,8.

Расчетное сопротивление грунта основания R o - это такое безопасное давление, при котором сохраняется линейная зависимость осадок фундаментов, а глубина развития зон местного нарушения прочности под его краями не превышает размера 1/4 ширины подошвы фундамента.

Пример определения расчетного сопротивления грунта основания по таблицам

Определить расчетное сопротивление основания фундамента, имеющего размеры подошвы 2,5×2,5 м, глубину заложения 1 м; здание бесподвальное, III класса. Основание на всю разведанную глубину сложено песком средней крупности, средней уплотненности (γ’ = 20 кН/м³). Подземные воды не обнаружены. Для определения расчетного сопротивления основания правомерно использовать табличные значения величин R o . Согласно табл. 2 R o = 400 кПа. По формуле получим: R = R o (d + d o) /2d o = 400 (1 + 2)/2×2 = 356 кПа.

Определение расчетного сопротивления основания R по физическим характеристикам грунта

Этот метод применяется для окончательного расчета оснований для зданий второго уровня ответственности.

Расчетное сопротивление грунта основания определяется по формуле:

R = (m 1 m 2 / k) ,

где m 1 и m 2 - коэффициенты условий работы, принимаемые по табл. 16; k - коэффициент, k = 1, если характеристики свойств грунтов определены опытным путем, k = 1,1, если характеристики приняты по справочным таблицам ; M 1 , M 2 , M 3 - коэффициенты, принимаемые по табл. 17; k z - коэффициент, при b < 10 м - k z =1 при b > 10 м - k z = z/b + 0,2 (здесь z = 8 м); b - ширина подошвы фундамента, м; γ - осреднен ное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), кН/м³; γ’ - то же для грунтов, залегающих выше подошвы; с - расчетная величина удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа; d b - глубина подвала, т.е. расстояние от уровня планировки до пола подвала, м. Для сооружений с подвалом шириной менее 20 м и глубиной свыше 2 м принимается d b = 2 м, при ширине подвала больше 20, d b = 0; d 1 - глубина заложения фундамента бесподвальных сооружений от уровня планировки (м) или приведенная глубина заложения фундаментов от уровня пола подвала, определяемая по формуле: d 1 = h s + h cf γ cf / γ’ ,здесь h s - толщина слоя грунта выше подошвы фундамента под подвалом: h cf - толщина пола подвала; γ cf - расчетное значение удельного веса материала пола подвала, кН/м³.

Таблица 16

Значения коэффициентов m 1 и m 2

Грун­ты	Ко­эф­фи­ци­ент m 1	Ко­эф­фи­ци­ент m 2 для со­ору­же­ний с жест­кой кон­струк­тив­ной схе­мой при со­от­но­ше­нии дли­ны со­ору­же­ния или его от­се­ка к вы­со­те L/H, рав­ном
		4 и бо­лее	1,5 и ме­нее
Круп­но­об­ло­моч­ные с пес­ча­ным за­пол­ни­те­лем и пес­ча­ные, кро­ме мел­ких и пы­ле­ва­тых	1,4	1,2	1.4
Пес­ки мел­кие	1,3	1,1	1,3
Пес­ки пы­ле­ва­тые ма­ло­влаж­ные и влаж­ные	1,25	1,0	1,2
Пески насыщенные водой	1,1	1,0	1,2
Пы­ле­ва­то-гли­ни­стые, а так­же круп­но­об­ло­моч­ные с пы­ле­ва­то­гли­ни­стым за­пол­ни­те­лем с по­ка­за­те­лем те­ку­че­сти грун­та или за­пол­ни­те­ля I L ≤ 0,25	1,25	1,0	1,1
То же при 0,25 < I L ≤ 0,5	1,2	1,0	1,1
То же при I L > 0,5	1,1	1,0	1,0

Примечания:

1. К сооружениям с жесткой конструктивной схемой относят сооружения, конструкции которых специально приспособлены к восприятию усилий от деформации оснований (подраздел 5.9 СП 22.13330.2011).

2. Для зданий с гибкой конструктивной схемой значение коэффициента m 2 принимают равным единице.

3. При промежуточных значениях L/H коэффициент m 2 определяют интерполяцией.

4. Для рыхлых песков m 1 и m 2 принимают равными единице.

Таблица 17

Значения коэффициентов М

Угол внут­рен­не­го тре­ния, φ, град	Ко­эф­фи­ци­ен­ты
	M 1	M 2	M 3
0	0	1,00	3,14
1	0,01	1.06	3,23
2	0,03	1,12	3,32
3	0,04	1,18	3,41
4	0,06	1,25	3,51
5	0,08	1,32	3,61
6	0,10	1,39	3,71
7	0,12	1,47	3,82
8	0,14	1,55	3,93
9	0,16	1,64	4,05
10	0,18	1.73	4,17
11	0,21	1,83	4,29
12	0,23	1,94	4,42
13	0,26	2,05	4,55
14	0,29	2.17	4.69
15	0,32	2,30	4,84
16	0,36	2,43	4,99
17	0,39	2,57	5,15
18	0,43	2,73	5,31
19	0,47	2,89	5,48
20	0,51	3,06	5,66
21	0,56	3,24	5,84
22	0,61	3,44	6,04
23	0,69	3,65	6.24
24	0,72	3,87	6,45
25	0,78	4,11	6,67
26	0,84	4,37	6,90
27	0,91	4,64	7,14
28	0,98	4,93	7,40
29	1,06	5,25	7,67
30	1,15	5,59	7,95
31	1,24	5,95	8,24
32	1,34	6,34	8,55
33	1,44	6,76	8,88
34	1,55	7,22	9,22
35	1,68	7,71	9,58
36	1,81	8,24	9,97
37	1,95	8,81	10,37
38	2,11	9,44	10,80
39	2,28	10,11	11,25
40	2,46	10,85	11,73
41	2,66	11,64	12,24
42	2,88	12,51	12,79
43	3,12	13,46	13,37
44	3,38	14,50	13,98
45	3,66	15,64	14,64

Пример определения расчетного сопротивления грунта основания по физическим характеристикам грунта

Определить расчетное сопротивление основания фундамента наружной стены бесподвального двухэтажного здания длиной 10 м Фундамент ленточный, его габариты: ширина Ь = 1,0 м; глубина заложения d 1 =1,8 м, d b = 0.

Характеристики свойств грунтов определены в лаборатории; число определений позволило выполнить статистическую обработку данных. От поверхности до уровня подошвы фундамента залегает насыпной грунт, его Удельный вес γ’ = 17 кН/м³. Под подошвой фундамента на всю разведанную глубину (9 м) суглинок мягкопластичный I L = 0,6). Расчетные значения: удельного веса γ = 20 кН/м³, угла внутреннего трения φ = 15°; удельного сцепления c = 30 кПа.

По табл. 17 для значения φ = 15° находим значения безразмерных коэффициентов: М 1 = 0,32; М 2 = 2,30; М 3 = 4,84.

По табл. 16 коэффициент m 1 = 1,1 (I L > 0,5); коэффициент m 2 = 1,0 (соотношение L/H здания более 4).

Коэффициент к z = 1, поскольку ширина фундамента b < 10 м.

Для приведенных данных получим: R = (m 1 m 2 / k) = (1,1 × 1 / 1) [(0,32 × 1 × 1,0 × 20) + (2,30 × 1,8 × 17) + (4,84 × 30) ] = 244 кПа.

Расчетное сопротивление основания из нескальных грунтов осевому сжатию определяется по формуле

где -условное сопротивление грунта, кПа;

,
- коэффициенты, принимаемые по табл.11;

- ширина (меньшая сторона или диаметр) подошвы фундамента, м;

- глубина заложения фундамента, м;

- осредненное по слоям расчетное значение удельного веса грунта,

расположенного выше подошвы фундамента, вычисленное без учета

взвешивающего действия воды;

допускается принимать =19,62 кН/м 3 .

При определении расчетного сопротивления глубину заложения фундамента следует принимать для промежуточных опор мостов - от поверхности грунта у опоры на уровне срезки в пределах контура фундамента, а в русле рек – от дна водотока у опоры после понижения его уровня на глубину общего и половину местного размыва грунта при расчетном расходе. Расчетные сопротивления, вычисленные по формуле (24) для глин и суглинков в основаниях фундаментов мостов, расположенных в пределах постоянных водотоков, следует повышать на величину, равную 14,7·
, кПа,
- глубина воды от наинизшего уровня межени до дна водотока

Величины условных сопротивлений грунтов определяются по СНиП 2.05.03-84 (табл.9,10) в зависимости от типа, вида и разновидности для песчаных грунтов и типа, значения коэффициента пористостие и показателя текучести для пылевато-глинистых грунтов. Для промежуточных значений е и величины определяются интерполяцией. При значениях числа пластичности в пределах 5-10 и 15-20 следует принимать средние значения , приведенные соответственно для супесей, суглинков и глин. Для плотных песковследует увеличивать на 60%, если их плотность определена по результатам лабораторных испытаний грунтов. Для рыхлых песчаных грунтов и пылевато-глинистых в текучем состоянии (> 1)илис коэффициентом пористости е > е max (где е max – максимальное табличное значение коэффициента пористости для данного типа грунта) условное сопротивление не нормируется. Данные грунты относятся к слабым, которые без специальных мероприятий не могут быть использованы в качестве естественного основания.

Таблица 1.3.1. – Извлечение из табл.1 прил.24 СНиП 2.05.03-84

	Коэффициент пористости е	Условное сопротивление R 0 , пылевато-глинистых (непросадочных) грунтов основания, кПа в зависимости от показателя текучести
Спеси при ≤5
Суглинки при 10 ≤ ≤ 15
Глины при ≥20

Таблица 1.3.2. – Извлечение из табл.2 прил.24 СНиП 2.05.03-84

Песчаные грунты и их влажность	Условное сопротивление R 0 песчаных грунтов средней плотности в основаниях, кПа
Гравелистые и крупные независимо от их влажности
Средней крупности: маловлажные влажные и насыщенные водой
Мелкие: маловлажные влажные и насыщенные водой
Пылеватые: маловлажные насыщенные водой

Таблица 1.3.3. – Извлечение из табл.4 прил.24 СНиП 2.05.03-84

	Коэффициенты
	, м -1	, м -1
1. Гравий, галька, песок гравелистый, крупный и средней крупности
2. Песок мелкий
3. Песок пылеватый, супесь
4. Суглинок и глина: твердые и полутвердые
5. Суглинок и глина: тугопластичные и мягкопластичные

Пример 1.3.1. Определить расчетное сопротивление осевому сжатию основания из маловлажного песка средней крупности под подошвой фундамента мелкого заложения промежуточной опоры автодорожного моста, если дано: ширина фундамента
глубина его заложения
осредненное по слоям расчетное значение удельного веса грунта, расположенного выше подошвы фундамента, =19,6 кН/м 3 .

Решение . Для маловлажного песка средней крупности по табл. 1.3.2 находим R 0 =294 кПа,а по табл.1.3.3 – значения коэффициентов =0,10 м -1 и
=3,0 м -1 .

Расчетное сопротивление грунтового основания определим по формуле

Пример 1.3.2. Определить расчетное сопротивление осевому сжатию основания из тугопластичного суглинка под подошвой фундамента из опускного колодца промежуточной опоры автодорожного моста, расположенной в постоянном водотоке, если дано: ширина фундамента
глубина его заложения
показатель текучести суглинка
число пластичности=0,12,коэффициент пористости =0,55,осредненное по слоям расчетное значение удельного веса грунта, расположенного выше подошвы фундамента, =19,6 кН/м 3 ,глубина воды от наинизшего уровня межени=5 м.

Решение. Из табл. 1.3.2 интерполяцией находим условное сопротивление тугопластичного суглинка при
и=0,55.

Из табл.1.3.3 – значения коэффициентов =0,02 м -1 и
=1,5 м -1 .

С учетом пригрузки пласта суглинка водой расчетное сопротивление грунтового основания определим по формуле

Возможность применения решений теории упругости при расчете вертикальных деформаций обоснована Н.М. Герсевановым. Однако такой подход справедлив в пределах таких нагрузок, при которых наблюдается линейная зависимость между напряжениями и деформациями.

Запроектированные согласно зависимости (8.29) фундаменты во многих случаях получаются неэкономичными из-за недоиспользования несущей способности грунтов, особенно песчаных, а также глинистых (твердой, полутвердой и тугопластичной консистенции) даже в линейной стадии деформирования. В связи с этим СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений» рекомендует ограничивать среднее давление под подошвой фундамента расчетным сопротивлением грунта основания R , что позволяет рассчитывать осадки фундаментов по линейной зависимости между напряжениями и деформациями. Таким образом, при расчете оснований по деформациям необходимо, чтобы удовлетворялось условие

P ≤ R , (8.37)

где Р - среднее давление по подошве фундамента; R - расчетное сопротивление грунта основания.

где γ с1 и γ с2 - коэффициенты условий работы соответственно грунтового основания и сооружения во взаимодействии с основанием, принимаемые по табл. 8.3 ; k - коэффициент надежности, принимаемый при определении прочностных характеристик грунта непосредственными испытаниями, k = 1,0; при использовании табличных расчетных значений грунтов k = 1,1; k z - коэффициент, принимаемый равным при ширине подошвы фундамента b ≤10 м, k z = 1,0; при b ≥10м - k z = Z 0 /b + 0,2 (здесь Z 0 = 8 м); M γ ; M q , М с - коэффициенты, зависящие от угла внутреннего трения несущего слоя грунта; b - ширина подошвы фундамента, м;

Таблица 8.3. Значения коэффициентов условий работы γ с1 и γ с2

Грунты	γ с1	γ с2 для сооружений с жесткой конструктивной схемой при отношении длины сооружения (отсека) к его высоте L/H, равном
		4 и более	1,5 и менее
Крупнообломочные с песчаным заполнителем и песчаные, кроме мелких и пылеватых Пески мелкие Пески пылеватые: - маловлажные и влажные - насыщенные водой Глинистые, а также крупнообломочные с глинистым заполнителем с показателем текучести грунта или заполнителя: J L ≤ 0,25 0,25≤ J L <0,5 J L > 0,5	1,25 1,2 1,1	1,2 1,1 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0	1,4 1,1 1,1 1,0
Примечания. 1. Конструкции сооружений с жесткой конструктивной схемой приспособлены к восприятию усилий от деформаций оснований. 2. Для зданий с гибкой конструктивной схемой γ с2 принимается равным 1. 3. При промежуточных значениях L/H коэффициент γ с2 определяется по интерполяции.

Таблица 8.4. Значения коэффициентов M γ , M q , М с

φ	M γ	М q<.SUB>	М с	φ	M γ	М q	М с
	0,00	1,00	3,14	23	0,69	3,65	6,24
1	0,01	1,06	3,23	24	0,72	3,87	6,45
2	0,03	1,12	3,32	25	0,78	4,11	6,67
3	0,04	1,18	3,41	26	0,84	4,37	6,90
4	0,06	1,25	3,51	27	0,91	4,64	7,14
5	0,08	1,32	3,61	28	0,98	4,93	7,40
6	0,80	1,39	3,71	29	1,06	5,25	7,67
7	0,12	1,47	3,82	30	1,15	5,59	7,95
8	0,14	1,55	3,93	31	1,24	5,95	8,24
9	0,16	1,64	4,05	32	1,34	6,34	8,55
10	0,18	1,73	4,17	33	1,44	6,76	8,88
11	0,21	1,83	4,29	34	1,55	7,22	9,22
12	0,23	1,94	4,42	35	1,68	7,71	9,58
13	0,26	2,05	4,55	36	1,81	8,24	9,97
14	0,29	2,17	4,69	37	1,95	8,81	10,37
15	0,32	2,30	4,84	38	2,11	9,44	10,80
16	0,36	2,43	4,94	39	2,28	10,11	11,25
17	0,39	2,57	5,15	40	2,46	10,85	11,73
18	0,43	2,73	5,31	41	2,66	11,64	12,24
19	0,47	2,89	5,48	42	2,88	12,51	12,79
20	0,51	3,06	5,66	43	3,12	13,46	13,37
21	0,56	3,24	5,84	44	3,38	14,50	13,98
22	0,61	3,44	6,04	45	3,66	15,64	14,64

γ II и γ" II - осредненный расчетный удельный вес грунтов, залегающих соответственно ниже подошвы фундамента и в пределах глубины заложения фундамента, кН/м3 (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды); d 1 - глубина заложения фундамента от пола подвала; при отсутствии пола подвала - от планированной поверхности, м; d b - глубина подвала, считая от планировочной отметки, но не более 2 м (при ширине подвала В > 20 м принимается db = 0); c II - расчетное значение удельного сцепления несущего слоя грунта, кПа (индекс II означает, что расчет ведется по второй группе предельных состояний).

Формула (8.38) базируется на решении Н.П. Пузыревского, позволяющем определить давление на основание, при котором в массиве под краями фундамента образуются зоны предельного равновесия. Тем не менее формула (8.38) отличается по своей структуре от решения Н.П. Пузыревского дополнительными коэффициентами (γ с1 и γ с2), которые повышают надежность расчетов и позволяют учесть соответственно влияние прочностных и деформационных свойств грунтов на формирование зон предельного равновесия под подошвой фундамента и жесткости возводимого сооружения.

Введенный в формулу (8.38) дополнительный член, равный (M q - 1), позволяет учесть действие бытовой пригрузки грунта. При разработке котлована в известной мере сохраняется напряженное состояние грунта, обусловленное действием бытового давления грунта. При этом увеличивается предельное давление, при котором зоны местного нарушения под краем фундамента достигают величины, равной 0,25 ширины фундамента. Однако остаточное напряженное состояние зависит от глубины вскрываемого котлована и его ширины. Тогда с увеличением глубины котлована, т.е. с возрастанием бытовой нагрузки, в рассматриваемом слое будет большее остаточное давление.

Согласно формуле (8.38) расчетное сопротивление грунта основания определяется для несущего слоя, где залегает подошва фундамента. Иногда на глубине Z под несущим слоем залегает менее прочный грунт (рис. 8.8 ), в котором могут развиваться пластические деформации. В этом случае рекомендуется проверять напряжения, передаваемые на кровлю слабого грунта по условию

(8.39)

где σ zp - дополнительное вертикальное напряжение; σ zg - напряжение от собственного веса грунта; R z - расчетное сопротивление грунта на глубине кровли слабого грунта z .

Рис. 8.8. Схема условного фундамента

Величина R z определяется по формуле (8.38), при этом коэффициенты условий работы γ с1 и γ с2 и надежности k , а также М γ , M q , М с находят применительно к слою слабого грунта.

Значения b z и d z определяют для условного фундамента АВСД , опирающегося на слабый грунт.

В этом случае принимают, что σ zp действует по подошве условного фундамента АВСД (см. рис. 8.8 ), тогда площадь его подошвы

где N - нагрузка, передаваемая на обрез фундамента.

Зная площадь подошвы условного фундамента, можно определить его ширину по формуле

(8.41)

где а = (l- b)/2 (l и b - размеры проектируемого фундамента).

Определив по формуле (8.38) величину R z , проверяют условие (8.39). При его удовлетворении зоны сдвигов не играют существенной роли в величине развивающейся осадки. В противном случае необходимо принять большие размеры подошвы фундамента, при которых условие (8.39) удовлетворяется.

Условные расчетные сопротивления грунтов основания R о

Для назначения предварительных размеров фундаментов зданий и сооружений используются условные расчетные сопротивления грунтов основания Rо, которые приведены в табл. 8.5 - 8.8.

Примеры

Пример 8.2. Определить условное расчетное сопротивление песка мелкого, если известно: природная влажность ω = 0,07; природная плотность ρ = 1,87 т/м3, плотность твердых частиц ρ S = 2,67 т/м3.

Определение условного расчётного сопротивления грунтов

1. Данный грунт - песок пылеватый, относится, согласно ГОСТ 25100-95 «Грунты. Классификация», к плотным пескам. Учитывая, что песок является средней степени насыщения водой (Sr = 0.79), определяем по таблице 2 приложения 3 СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений» его расчётное сопротивление

R 0 = 400 кПа.

2. Глина. Учитывая значение коэффициента пористости е = 0,71 и показатель текучести JL = 0,16, определяем по таблице 3 приложения 3 СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений» расчётное сопротивление

R 0 = 400 кПа.

3. Учитывая, что коэффициент пористости данного грунта е = 0,7 и показатель текучести JL = 0,11, по таблице 3 приложения 3 СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений» определяем

R 0 = 400 кПа.

Определение удельного веса грунта

г = сg, кН/м 3

1. Песок, с=1,9 г/см3=1,9 т/м3

г=1,9·9,8=18,62 кН/м 3

2. Глина, с=2,01 г/см3=1,95 т/м3

г=2,01·9,8=19,7 кН/м 3

3. Суглинок, с=1,87 г/см3=1,96 т/м3

г=1,87·9,8=18,326 кН/м 3

Расчётные характеристики грунта

• 1. Песок:
  • - сцепление,

с I = 3/1,5=2, c II = 3/1=3;

Угол внутреннего трения,

ц I = 28/1,15 = 24,35 0 ; ц II = 28/1 = 28 0 ;

Удельный вес,

г I = г II = 18,62/1 = 18,62 кН/м 3 .

с I = 30/1,5 = 20 кПа, c II = 30/1 = 30 кПа;

ц I = 9/1,15 = 7,83 0 , ц II =9/1 = 9 0 ;

г I = г II = 19,7/1 = 19,7 кН/м 3 .

3. Суглинок:

с I = 20/1,5 = 13,3 кПа, c II = 20/1 = 20 кПа;

ц I = 20/1,15 =17,39 0 , ц II = 20/1 = 20 0 ;

г I =г II =18,326/1=18,326кН/м 3 .

Заданные и вычисленные физико-механические характеристики грунтов, слагающих строительную площадку, сводим в таблицу

Таблица 1 Физико-механические свойства грунта

Наименование грунта

Заданные

Вычисленные

Мощность, м

Плотность грунта, т/м 3

Плотность частиц грунта

Природная влажность

Влажность на пределе текучести, W L

Влажность на границе раскатывания, W p

Плотность скелета грунта, d , т/м 3

Число пластичности

Показатель текучести

Коэффициент пористости, е

Степень влажности, S r

Модуль деформации

Расчетное сопротивление

Для расчета оснований

по несущей способности

по деформациям

Удельный вес,

Угол внутреннего трения I , град.

Сцепление

Удельный вес,

Угол внутреннего трения II , град.

Сцепление с II , кН/м 2

Растит. слой

Суглинок

Заключение о возможности использования грунтов в качестве основания

Площадка строительства представлена следующими наименованиями грунтов:

• -от поверхности на глубину 0,4 м залегает чернозем, который не используется в строительстве, срезается и вывозится с площадки;
• -далее залегает слой - песок средней крупности, средней плотности, средней степени влажности мощностью 3,6 м, среднесжимаем, условное расчетное сопротивление R 0 =400 кПа, может быть использован в качестве естественного основания;
• -следующий слой - глина коричневато-серая, мощностью 4,0 м, находится в полутвердом состоянии, среднесжимаема с условным расчётным сопротивлением R 0 =400 кПа, может быть использован в качестве естественного основания;
• -последний слой - суглинок серый, мощностью 7,0 м, в полутвердом состоянии, среднесжимаем с условным расчётным сопротивлением R 0 =400 кПа, может быть использован в качестве естественного основания.

Зависимость «нагрузка-осадка» для фундаментов мелкого заложения можно считать линейной только до определенного предела давления на основание (рис. 5.22). В качестве такого предела принимается расчетное сопротивление грунтов основания R . При расчете деформаций основания с использованием указанных в п. 5.5.1 расчетных схем среднее давление под подошвой фундамента (от нагрузок для расчета оснований по деформациям) не должно превышать расчетного сопротивления грунта основания R , кПа, определяемого по формуле

где γ c 1 и γ c 2 — коэффициенты условий работы, принимаемые по табл. 5.11; k k = 1, если прочностные характеристики грунта (с и φ ) определены непосредственными испытаниями, и k = 1,1, если указанные характеристики приняты по таблицам, приведенным в гл. 1; М γ , М q и М c — коэффициенты, принимаемые по табл. 5.12; k z — коэффициент, принимаемый: k z = 1 при b < 10 м, k z = z 0 /b + 0,2 при b ≥ 10 м (здесь b — ширина подошвы фундамента, м; z 0 = 8 м); γ II — расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), кН/м 3 ; γ´ II — то же, залегающих выше подошвы; с II — расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа; d 1 — глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала,"определяемая но формуле

d 1 = h s + h cf γ cf / γ´ II

(здесь h s — толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м; h cf — толщина конструкции пола подвала, м; γ cf — расчетное значение удельного веса материала пола подвала, кН/м 3); d b — глубина подвала — расстояние от уровня планировки до пола подвала, м (для сооружений с подвалом шириной В ≤ 20 м и глубиной более 2 м принимается d b = 2 м, при ширине подпали В > 20 и принимается d > 0).

Рис. 5.22. Характерная зависимость «нагрузка — осадка» для фундаментов мелкого заложения

Если d 1 > d (где d — глубина заложения фундамента), то d 1 принимается равным d , a d b = 0.

Формула (5.29) применяется при любой форме фундаментов в плане. Если подошва фундамента имеет форму круга или правильного многоугольника площадью А , то принимается b = . Расчетные значения удельных весов грунта и материала пола подвала, входящие в формулу (5.29), допускается принимать равными их нормативным значениям (полагая коэффициенты надежности по грунту и материалу равными единице). Расчетное сопротивление грунта при соответствующем обосновании может быть увеличено, если конструкция фундамента улучшает условия его совместной работы с основанием. Для фундаментных плит с угловыми вырезами расчетное сопротивление грунта основания допускается увеличивать на 15%.

ТАБЛИЦА 5.11. ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ γ с 1 и γ с 2

Грунты	γ с 1	γ с 2 для сооружений с жесткой конструктивной схемой при отношении длины сооружения или его отсека к его высоте L/H
		≥ 4	< 1,5
Крупнообломочные с песчаным заполнителем и песчаные, кроме мелких и пылеватых Пески мелкие Пески пылеватые: маловлажные и влажные насыщенные водой Крупнообломочные с пылевато-глинистым заполнителем и пылевато-глинистые с показателем текучести грунта или заполнителя: I L ≤ 0,25 0,25 < I L ≤ 0,5 I L > 0,5	1,4 1,3 1,25 1,2 1,1	1,2 1,1 1,0 1,0 1,0	1,4 1,3 1,1 1,1 1,0

Примечания: 1. Жесткую конструктивную схему имеют сооружения, конструкции которых приспособлены к восприятию усилий от деформаций оснований путем применения специальных мероприятий.

2. Для сооружений с гибкой конструктивной схемой значение коэффициента γ c 2 принимается равным единице.

3. При промежуточных значениях L/H коэффициент γ c 2 определяется интерполяцией.

ТАБЛИЦА 5.12. ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ M γ , M q , M c

φ II ,°	M γ	M q	M c	φ II ,°	M γ	M q	M c
0	0	0	3,14	23	0,69	3,65	6,24
1	0,01	0,06	3,23	24	0,72	3,87	6,45
2	0,03	1,12	3,32	25	0,78	4,11	6,67
3	0,04	1,18	3,41	26	0,84	4,37	6,90
4	0,06	1,25	3,51	27	0,91	4,64	7,14
5	0,08	1,32	3,61	28	0,98	4,93	7,40
6	0,10	1,39	3,71	29	1,06	5,25	7,67
7	0,12	1,47	3,82	30	1,15	6,59	7,95
8	0,14	1,55	3,93	31	1,24	5,95	8,24
9	0,16	1,64	4,05	32	1,34	6,34	8,55
10	0,18	1,73	4,17	33	1,44	6,76	8,88
11	0,21	1,83	4,29	34	1,55	7,22	9,22
12	0,23	1,94	4,42	35	1,68	7,71	9,58
13	0,26	2,05	4,55	36	1,81	8,24	9,97
14	0,29	2,17	4,69	37	1,95	8,81	10,37
15	0,32	2,30	4,84	38	2,11	9,44	10,80
16	0,36	2,43	4,99	39	2,28	10,11	11,25
17	0,39	2,57	5,15	40	2,46	10,85	11,73
18	0,43	2,73	5,31	41	2,66	11,64	12,24
19	0,47	2,89	5,48	42	2,88	12,51	12,79
20	0,51	3,06	5,66	43	3,12	13,46	13,37
21	0,56	3,24	5,84	44	3,38	14,50	13,98
22	0,61	3,44	6,04	45	3,66	15,64	14,64

Когда расчетная глубина заложения фундаментов принимается от уровня планировки подсыпкой, в проекте оснований и фундаментов должно приводиться требование о необходимости выполнения планировочной насыпи до приложения полной нагрузки на основание. Аналогичное требование должно содержаться и в отношении устройства подсыпок под полы в подвале.

Коэффициенты M γ , M q и M c , входящие в формулу (5.29), получены исходя из условия, что зоны пластических деформаций под краями равномерно загруженной полосы (рис. 5.23) равны четверти ее ширины и вычисляются по следующим соотношениям:

M γ = ψ/4; M q = 1 + ψ; M c = ψctgφ II ,

где ψ = π/(ctgφ II + φ II - π/2) ; φ II — расчетное значение угла внутреннего трения, рад.

Рис. 5.23.

При вычислении R значения характеристик φ II , с II и γ II принимаются для слоя грунта, находящегося под подошвой фундамента до глубины z R = 0,5b при b < 10 м и z R = t + 0,1b при b ≥ 10 м (здесь t = 4 м). При наличии нескольких слоев грунта от подошвы фундамента до глубины z R принимаются средневзвешенные значения указанных характеристик. Аналогичным образом поступают и с коэффициентами γ c l и γ c 2 .

Как видно из формулы (5.29), значение R зависит не только от физико-механических характеристик грунтов основания, но и от искомых геометрических размеров фундамента — ширины и глубины его заложения. Поэтому определение размеров фундаментов приходится вести итерационным способом, задавшись предварительно какими-то начальными размерами.

Пример 5.5 . Определить расчетное сопротивление грунта основания для ленточного фундамента шириной b = 1,4 м при следующих исходных данных. Проектируемое здание — 9-этажное крупнопанельное с жесткой конструктивной схемой. Отношение длины его к высоте L/H = 1,5. Глубина заложения фундаментов от уровня планировки по конструктивным соображениям принята d = 1,7 м. Здание имеет подвал шириной В = 12 м и глубиной d b = 1,2 м. Толщина слоя грунта от подошвы фундамента до пола подвала h s = 0,3 м, толщина бетонного пола подвала h сf = 0,2 м, удельный вес бетона γ II = 23 кН/м 3 . Площадка сложена песками мелкими средней плотности маловлажными. Коэффициент пористости е = 0,74, удельный вес грунта ниже подошвы γ II = 18 кН/м 3 , выше подошвы γ´ II = 17 кН/м 3 . Нормативные значения прочностных и деформационных характеристик приняты по справочным таблицам, приведенным в гл. 1: φ n = φ II = 32º, с n = c II = 2 кПа, E = 28 МПа.

Решение. Для вычисления расчетного сопротивления грунта основания по формуле (5.29) принимаем: по табл. 5.11 для песка мелкого маловлажного и здания жесткой конструктивной схемы при L/H = 1,5, γ с 1 = 1,3 и γ с 2 = 1,3; по табл. 5.12 при φ II = 32º M γ = 1,34; M q = 6,34 и М c = 8,55. Поскольку значения прочностных характеристик грунта приняты по справочным таблицам, k = 1,1. При b = 1,4 м < 10 м k z = 1.

Приведенная глубина заложения фундамента от пола подвала по формуле (5.30)

d 1 = 0,3 + 0,2 · 23/17 = 0,57 м.

По формуле (5.29) определяем:

R = = 1,54 · 221 = 340 кПа.

Предварительные размеры фундаментов назначаются по конструктивным соображениям или исходя из значений расчетного сопротивления грунтов основания R 0 , приведенных в табл. 5.13. Значениями R 0 допускается также пользоваться для окончательного назначения размеров фундаментов сооружений III класса, если основание сложено горизонтальными (уклон не более 0,1) выдержанными по толщине слоями грунта, сжимаемость которых не увеличивается с глубиной в пределах двойной ширины наибольшего фундамента ниже глубины его заложения.

Двойную интерполяцию при определении R 0 по табл. 5.13 для пылевато-глинистых грунтов с промежуточными значениями I L и е рекомендуется выполнять по формуле

Руководство по проектированию оснований зданий и сооружений

СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений

где e 1 и e 2 — соседние значения коэффициента пористости в табл. 5.13, между которыми находится значение е для рассматриваемого грунта; R 0 (1, 0) и R 0 (1, 1) — значения R 0 в табл. 5.13 при коэффициенте, пористости e 1 , соответствующие значениям I L = 0 и I L = 1; R 0 (2, 0) и R 0 (2, 1) — то же, при е 2 .

ТАБЛИЦА 5.13. РАСЧЕТНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ R 0 КРУПНООБЛОМОЧНЫХ, ПЕСЧАНЫХ И ПЫЛЕВАТО-ГЛИНИСТЫХ (НЕПРОСАДОЧНЫХ) ГРУНТОВ

Грунты	R 0 , кПа
Крупнообломочные
Галечниковый (щебенистый) с заполнителем: песчаным пылевато-глинистым Гравийный (дресвяный) с заполнителем: песчаным пылевато-глинистым	600 450/400 500 400/350
Значения R 0 при показателе текучести I L ≤ 0,5 даны перед чертой, при 0,5 < I L ≤ 0,75 — за чертой.
Пески
Крупные Средней крупности Мелкие: маловлажные влажные и насыщенные водой Пылеватые: маловлажные влажные насыщенные водой	600/600 500/400 400/300 300/200 300/250 200/150 160/100
Значения R 0 для плотных песков даны перед чертой, для песков средней плотности — за чертой.
Пылевато-глинистые
Супеси с коэффициентом пористости е : 0,5 0,7 Суглинки с коэффициентом пористости е : 0,5 0,7 1,0 Глины с коэффициентом пористости e : 0,5 0,6 0,8 1,0	300/300 250/200 300/250 250/180 200/100 600/400 500/300 300/200 250/100
Значения R 0 при I L = 0 даны перед чертой, при I L = 1 — за чертой. При промежуточных значениях е и I L значения R 0 определяются интерполяцией.

Значения R 0 в табл. 5.13 относятся к фундаментам, имеющим ширину b 1 = 1 м и глубину заложения d 1 = 2 м. При использовании значений R 0 по табл. 5.13 для окончательного назначения размеров фундаментов расчетное сопротивление грунта основания R определяется по формулам:

при d ≤ 2 м

;

при d > 2 м

,

где b и d — соответственно ширина и глубина заложения проектируемого фундамента, м; γ´ — удельный вес грунта, расположенного выше подошвы фундамента, кН/м 3 ; k 1 — коэффициент принимаемый для крупнообломочных и песчаных грунтов (кроме пылеватых песков) k 1 = 0,125, а для пылеватых песков, супесей, суглинков и глин k 1 = 0,05; k 2 — коэффициент, принимаемый для крупнообломочных и песчаных грунтов k 2 = 2,5, для супесей и суглинков k 2 = 2, а для глин k 2 = l,5.

Пример 5.6 . Определить расчетное сопротивление глины с коэффициентом пористости е = 0,85 и показателем текучести I L = 0,45 применительно к фундаменту шириной b = 2 м, имеющему глубину заложения d = 2,5 м. Удельный вес грунта, расположенного выше подошвы, γ´ = 17 кН/м 3 .

Решение. Пользуясь значениями R 0 (см. табл. 5.13), по формуле (5.32) вычисляем:

Расчетное сопротивление R основания, сложенного крупнообломочными грунтами, вычисляется по формуле (5.29) на основе результатов непосредственных определений прочностных характеристик грунтов. При отсутствии таких испытаний расчетное сопротивление определяется по характеристикам заполнителя, если его содержание превышает 40%. При меньшем содержании заполнителя значение R для крупнообломочных грунтов допускается принимать по табл. 5.13.

При искусственном уплотнении грунтов основания или устройстве грунтовых подушек расчетное сопротивление определяется исходя из задаваемых в проекте расчетных значений физико-механических характеристик уплотненных грунтов. Последние устанавливаются либо на основе исследований, либо с помощью справочных таблиц (см. гл. 1) исходя из необходимой плотности грунтов. При вычислении R влажность пылевато-глинистых грунтов рекомендуется принимать равной 1,2 ω p .

Расчетное сопротивление рыхлых песков определяется по формуле (5.29) при γ c 1 = γ с 2 = 1. Значение R следует уточнять по результатам не менее трех испытаний штампа с размерами и формой, возможно более близкими к проектируемому фундаменту, но площадью не менее 0,5 м 2 . При этом значение R принимается не более давления, при котором ожидаемая осадка фундамента равна предельной (см. далее п. 5.5.5).

При устройстве прерывистых фундаментов расчетное сопротивление основания R определяется как для исходного ленточного фундамента по формуле (5.29) с повышением значения R коэффициентом k d , принимаемым по табл. 5.14.

При необходимости увеличения нагрузок на основание существующих сооружений при их реконструкции (замене оборудования, надстройке и т.п.) расчетное сопротивление основания должно приниматься в соответствии с данными о состоянии и физико-механических свойствах грунтов основания с учетом типа и состояния фундаментов и надфундаментных конструкций сооружения, продолжительности его эксплуатации и ожидаемых дополнительных осадок при увеличении нагрузок на фундаменты. Следует также учитывать состояние и конструктивные особенности примыкающих сооружений, которые, оказавшись в пределах «осадочной воронки», могут получить повреждения.

ТАБЛИЦА 5.14. ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА k d ДЛЯ ПЕСКОВ (КРОМЕ РЫХЛЫХ) И ПЫЛЕВАТО-ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ

Примечания: 1. При промежуточных значениях е и I L коэффициент k d принимается по интерполяции.

2. Для плит с угловыми вырезами коэффициент k d учитывает повышение R на 15%.

Если в пределах сжимаемой толщи основания на глубине z от подошвы фундамента расположен слой грунта меньшей прочности, чем прочность лежащих выше слоев (рис. 5.24), необходима проверка соблюдения условия

σ zp + σ zg ≤ R z ,

где σ zp и σ zg — вертикальные нормальные напряжения в грунте на глубине z от подошвы фундамента соответственно дополнительное от нагрузки на фундамент и от собственного веса грунта, кПа (см. п. 5.2); R z — расчетное сопротивление грунта пониженной прочности на глубине z , кПа, вычисленное по формуле (5.29) для условного фундамента шириной b z , м, определяемой по выражению

;

При действии на фундамент внецентренной нагрузки следует ограничивать краевые давления под подошвой, которые вычисляют по формулам внецентренного сжатия. Краевые давления при действии момента в направлении главных осей подошвы фундамента не должны превышать 1,2 R , а давление в угловой точке — 1,5 R . Краевые давления рекомендуется определять с учетом бокового отпора грунта, расположенного выше подошвы фундамента, а также жесткости конструкции, опирающейся на рассматриваемый фундамент.

Действующие нормы допускают увеличение до 20% расчетного сопротивления грунта основания, вычисленного по формулам (5.29), (5.33) и (5.34), если определенные расчетом деформации основания при давлении p = R не превышают 40% предельных значений (см. далее п. 5.5.5). При этом расчетные деформации, соответствующие давлению p 1 = 1,2R , должны быть не более 50% предельных. В этом случае, кроме того, требуется проверка основания по несущей способности (см. далее п. 5.6).