Как определить несущую способность основания фундаментов

Несущая способность основания фундаментов определяется как максимальная нагрузка, которую грунт способен выдержать без значительных деформаций и разрушения. Этот показатель зависит от физических и механических свойств грунта, толщины и глубины заложения фундамента, а также от типа и распределения нагрузки на него. Для точной оценки несущей способности обычно проводятся геотехнические исследования, включая отбор проб грунта и испытания на сдвиг и сжатие.

Важным этапом в определении несущей способности является расчет предельного давления на основание, при превышении которого могут происходить неравномерные осадки и потенциальные разрушения конструкций. Понимание этой характеристики позволяет проектировщикам выбирать оптимальные типы фундаментов и их размеры, что обеспечивает надежность и долговечность строительных объектов.

Определение технического состояния фундамента и несущей способности

Работы по инженерно-техническому обследованию фундамента произведены 04-09 июля 2014г.

Элементы, подлежащие обследованию.

Согласно техническому заданию выполнялось визуальное и детальное (инструментальное) обследование, объектами технического обследования являлись:

• Столбчатый железобетонный фундамент.

Целью работ по выполнению технического обследования является определение технического состояния фундамента, установление максимальной несущей способности конструкций, с учётом существующего технического состояния.

В состав отчета по итогам обследования технического состояния объекта вошли:

• Оценка технического состояния (категория технического состояния) конструкции;
• указание наиболее вероятных причин появления дефектов и повреждений в конструкциях (при наличии);
• рекомендации по восстановлению или усилению конструкций (если необходимо).
• составление ведомости дефектов;
• результаты инструментальных замеров прочности бетона;
• обмерный чертёж фундамента;
• поверочный расчёт конструкции фундамента.

Выполненный комплекс работ.

1. Подготовка к проведению обследования.

Произведен анализ архивной проектной документации.

В соответствии с СП 13-102-2003 на объекте были произведены обмерные работы и работы по сплошному обследованию конструкций.

Для определения геометрии и сечения конструктивных элементов выполнены следующие обмерные работы:

• определены фактические размеры расчетных сечений конструкций и их элементов, замерены основные геометрические параметры несущих конструкций;
• определены формы и размеры узлов стыковых сопряжений элементов и их опорных частей;
• в железобетонных конструкциях определено наличие, расположение, количество и класс арматуры, а также состояние защитного слоя и признаки коррозии арматуры.

Выполнен неразрушающий контроль прочности бетона строительных конструкций в 27-и точках по ГОСТ 18105-2010 и ГОСТ 17624-87. Произведено освидетельствование дефектов. По результатам осмотра выполнена дефектная ведомость.

Инструментальное обеспечение обследования, методика проведения испытаний.

Съемка геометрических параметров и прочностных характеристик конструкций выполнена приборами:

• 5-и метровой рулеткой измерительной металлической РГ-5 ГОСТ 7502-80;
• Ультразвуковой тестер бетона УКС-МГ4;
• Дальномер CONDTROL Mettro 100 Pro;
• ПОС-50МГ4 «Отрыв со скалыванием».

Использованная при обследовании проектная, исполнительная, эксплуатационная и другая документация.

Все работы выполнены в соответствии с ГОСТ Р 31937-2011 «Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния» и СП 13-102-2003 «Правила обследования несущих строительных конструкций зданий и сооружений».

Настоящие стандарты и правила предназначены для применения в строительстве при проведении обследований и мониторинга технического состояния зданий и сооружений, при разработке заданий на проектирование и разработке проектной документации, и не устанавливают требований к проектированию мероприятий по устранению выявленных недостатков в грунтовых массивах, конструкциях, их элементах и соединениях, а также к проектированию мероприятий по восстановлению, усилению и капитальному ремонту объекта.

Классификация технического состояния конструкций приведена в соответствии с ГОСТ Р 31937-2011, для оценки технического состояния предусмотрено четыре категории характеризующее состояние конструкций здания:

Нормативное техническое состояние: Категория технического состояния, при котором количественные и качественные значения параметров всех критериев оценки технического состояния строительных конструкций зданий и сооружений, включая состояние грунтов основания, соответствуют установленным в проектной документации значениям с учетом пределов их изменения.

Работоспособное техническое состояние: Категория технического состояния, при которой некоторые из числа оцениваемых контролируемых параметров не отвечают требованиям проекта или норм, но имеющиеся нарушения требований в конкретных условиях эксплуатации не приводят к нарушению работоспособности, и необходимая несущая способность конструкций и грунтов основания, с учетом влияния имеющихся дефектов и повреждений, обеспечивается.

Ограниченно-работоспособное техническое состояние: Категория технического состояния строительной конструкции или здания и сооружения в целом, включая состояние грунтов основания, при которой имеются крены, дефекты и повреждения, приведшие к снижению несущей способности, но отсутствует опасность внезапного разрушения, потери устойчивости или опрокидывания, и функционирование конструкций и эксплуатация здания или сооружения возможны либо при контроле (мониторинге) технического состояния, либо при проведении необходимых мероприятий по восстановлению или усилению конструкций и (или) грунтов основания и последующем мониторинге технического состояния (при необходимости).

Аварийное состояние: Категория технического состояния строительной конструкции или здания и сооружения в целом, включая состояние грунтов основания, характеризующаяся повреждениями и деформациями, свидетельствующими об исчерпании несущей способности и опасности обрушения и (или) характеризующаяся кренами, которые могут вызвать потерю устойчивости объекта.

Характеристика объекта

1. Назначение существующего здания.

2. Год постройки здания.

Незавершённое строительство. На момент проведения исследований возведено 26 столбчатых фундаментов. Возраст бетона фундамента более 28 суток.

3. Климатические данные района строительства.

Район строительства по СНиП 23-01-99.

Расчётная температура наружного воздуха:

• Средняя, наиболее холодной пятидневки(0.92) минус -28°С.
• Средняя, наиболее холодной пятидневки(0.98) минус -30°С.
• Средняя, наиболее холодных суток (0.92) минус -32°С.
• Средняя, наиболее холодных суток (0.98) минус -36°С.

Зона влажности района строительства, согласно СНиП 23-02-2003 – нормальная.

Согласно СП 20.13330.2011 здание расположено в III снеговом районе, с весом снегового покрова, на 1м 2 горизонтальной поверхности земли, равным 1,8кПа. Нормативная среднемесячная температура января -10°С.

Нормативное значение ветрового давления для I района составляет 0,23 кПа.

Нормативная глубина промерзания грунта, согласно Пособию к СНиП 2.02.01-83*, принимается h0=1,75 м.

4. Уровень ответственности.

Будет определен проектной документацией на надземную часть здания.

Результаты инструментальных исследований

Результат обследования фундамента

1. Количество выполненных шурфов для проведения обследования

2. Тип фундамента.

Столбчатый, с плитной частью.

3. Глубина залегания фундамента.

4. Конструкция фундаментов по результатам обследования.

Столбчатые фундаменты, с плитной частью в основании фундамента, выполнены из монолитного бетона.

• Шурф №1. Размеры столбчатой части 670х670мм, высота 900мм, высота плитной части 500мм, размеры подошвы фундамента 1300х1300мм.
• Шурф №2. Размеры столбчатой части 670х670мм, высота 1020мм, высота плитной части 250мм, размеры подошвы фундамента 1300х1300мм.

Армирование фундамента выполнено из 6-ти продольных стержней диаметром 12мм класс А400, и поперечных стержней диаметром 8мм, установленных с шагом 150мм по высоте фундамента.

5. Сведения о грунтах основания здания.

Сведения о геологии площадки получены из архивных данных и изучения грунта на объекте. По результатам осмотра в шурфах ниже подошвы фундамента грунтами основания являются супесчаные насыпные грунты. Грунтовые воды залегают на глубине 0,8-1м от поверхности земли.

По архивных данным инженерно-геологических изысканий, выполненных фирмой ООО «. » в 2014 году, в городе Электросталь установлено:

В геологическом строении исследованного участка по данным бурения с поверхности под слоем насыпных грунтов до глубины 10м,0 принимают участие покровные (prQII-III) флювиогляциальные (FQII) и моренные (gQII) отложения.

От поверхности земли участок имеет следующее строение: Насыпные грунты мощностью 1,5 м, на глубину 0,5-1,8м участок покрыт покровными тугопластичными суглинками коричневого цвета, опесчанеными с редким включением дресвы, сильнопучинистыми.

Под покровными грунтами залегают флювиогляциальные отложения, представленные песками средней крупности, с редким включением дресвы, коричневого цвета, средней плотности, средней степени водонасыщения и водонасыщенные, мощностью 0,9-2,6м.

Ниже по разрезу, на всю вскрытую мощность, залегают моренные отложения, представленные суглинками крано-коричневого цвета тугопластничной консистенции, с включением гальки и дресвы до 5-7%. Вскрытая мощность 5,4-6.8м. Физико-механические характеристики грунтов основания приняты с понижающим коэффициентом 0.9.

6. Горизонтальная и вертикальная гидроизоляция.

Выполнена обмазка битумом за 1 раз.

7. Дефекты, выявленные при обследовании.

Зафиксированы сквозные вертикальные и диагональные трещины в узлах соединения балок фундамента со столбами. Трещины носят деформационных характер, причина появления трещин — недостаточное поперечное армирование балок в узлах соединения со столбами.

При осмотре фундамента повсеместно зафиксированы поры, раковины, оголение арматуры. Дефекты являются следствием некачественно выполненных работ. Бетон не провибрирован. Вертикальная гидроизоляция имеет отслоение и местами отсутствует.

Ведомость дефектов и повреждений по результатам визуального обследования

Конструкция

Место дефекта

Дефект или повреждение

Объём дефекта

Возможные причины возникновения дефектов

Мероприятия по устранению дефектов

Ось А/2-3, ось А/3-4, ось А/6-7.

Деформационные трещины в балке

Трещина сквозная, глубиной 240мм. Высота трещины 240мм

Недостаточный шаг поперечной арматуры в узле соединения балки и столба.

Инъекционное укрепление под давлением.

Постановка дополнительных арматурных каркасов на длину 1.5м от узла соединения балки со столбом фундамента, с поперечной арматурой диаметром 8мм, с шагом 100мм. Торкретирование балок под давлением, для создания защитного слоя бетона.

Фундаментный столб частично разрушен.

Установка опалубки, армирования и анкерных болтов, заливка бетоном.

Не выполнена заливка бетоном столбчатого фундамента, не выполнена заливка балок в осях А/Б-10, Б/В-10 А/Б-1

Не закончены работы по устройству фундамента

Установка опалубки, армирования, заливка бетоном

Поры, раковины, биопоражение.

На площади до 30 % фундамента

Некачественно выполненные бетонные и опалубочные работы, некачественно выполненные гидроизоляционные работы. Отсутствие консервации объекта.

Очистка и устройство гидрофобизации фундамента, обработка фундамента ремонтным составом «Скрепа М500»

Смещение арматурных стержней, недостаточная толщина защитного слоя, обнажение арматуры, некачественно выполненные опалубочные работы, частичное или полное отсутствие гидроизоляции.

Результаты поверочных расчетов

В соответствии с СП 56.13330.2011 произведен поверочный расчёт столбчатого монолитного фундамента, совместно с грунтовым основанием. В расчёте грунтового основания приняты физико-механические характеристики с использованием нормативных значений приложения Б СП 22.13330.2011 и архивных данных, на основании проведённых в 2014 году инженерно-геологических изысканий, выполненных в городе Электросталь. В соответствии с СП22.13330.2011 расчётное сопротивление насыпных грунтов для песков пылеватых, суглинков и глин при степени влажности Sr>0.8 составляет 100КПа (10т/м2). На основании архивных данных физико-механических свойств грунта расчётное сопротивление насыпного грунта составляет 6.267т/м 2 . В расчёте применено минимальное значение 6.267т/м 2 .

По результатам проведённых поверочных расчётов установлено, что предельная нагрузка на столбчатый фундамент не должна превышать 5тс.

(Графические материалы поверочного расчёта представлены в приложении №2).

Оценка технического состояния конструкций и сравнение с требованиями нормативных документов

Наименование конструкции

Техническое состояние

Мероприятия для обеспечения нормальной эксплуатации

Ограниченно-работоспособное, по ГОСТ 31937-2011 и неудовлетворительное по СП22.13330.2011.

Усиление фундаментных балок. Гидрофобизация бетона фундамента, обработка фундамента составом «Скрепа М500». Устройство буроинекционных свай под плитными частями фундаментов по специальному проекту.

Определение несущей способности одиночной сваи

Отметка рельефа по скважине 1 = 0 м, отметка головы сваи находится в интервале от +1 до -3 м с шагом 1 м в абсолютных координатах модели грунта. Длину сваи принимаем = 6 м. Свая целиком находится в ИГЭ №4 В инженерно-геологическом разрезе находится только один слой грунта.

Скриншот окна Системы ГРУНТ с изображением инженерно-геологического разреза с посадкой свай

Геометрические размеры

h (глубина заложения нижнего конца сваи от рельефа) = 5…9 м U (периметр) = 4*d = 4*0.3 = 1.2 м А (площадь) = d 2 = 0.3 2 = 0.09 м 2

Коэффициенты при расчётах

Скриншот окна Параметров определения теоретической несущей способности свайного основания СП 24.13330.2011

Yc = 1, для забивных свай, по п.7.2.2; Ycr = 1 (погружение сплошных свай дизель-молотами), таблица 7.4, п.1; Ycf = 1 (погружение сплошных свай дизель-молотами), таблица 7.4, п.1.

Определение несущей способности каждой сваи

Определение расчётного сопротивления грунта под нижним концом сваи выполняется по таблице 7.2:

Таблица 7.2 СП 24.13330.2011. Цветом выделены диапазоны для определения R в рамках решаемой задачи

Определение расчётного сопротивления грунта по боковой поверхности сваи выполняется по таблице 7.3:

Таблица 7.3 СП 24.13330.2011. Цветом выделены диапазоны для определения fi в рамках решаемой задачи

Свая №1

Схема к определению несущей способности сваи №1

Расчёт несущей способности сваи

Определение расчётного сопротивления под нижним концом сваи №1 по таблице 7.2: R =2800 кПа; Площадь поперечного сечения сваи А =0.3х0.3=0.09, м 2 ; Периметр сваи u =0.3х4=1.2 м;

Определение расчётного сопротивления по боковой поверхности сваи №1 по таблице 7.3: f1=11.5 кПа (глубина 0.5), f2=26.5 кПа (глубина 1.5), f3=32.5 кПа (глубина 2.5), f4=36.5 кПа (глубина 3.5), f5=39 кПа (глубина 4.5).

Свая №2

Схема к определению несущей способности сваи №2

Расчёт несущей способности сваи

Определение расчётного сопротивления под нижним концом сваи №2 по таблице 7.2: R=3050 кПа; Площадь поперечного сечения сваи А =0.3х0.3=0.09, м 2 ; Периметр сваи u =0.3х4=1.2 м;

Определение расчётного сопротивления по боковой поверхности сваи №1 по таблице 7.3: f1=11.5 кПа (глубина 0.5), f2=26.5 кПа (глубина 1.5), f3=32.5 кПа (глубина 2.5), f4=36.5 кПа (глубина 3.5), f5=39 кПа (глубина 4.5), f6=41 кПа (глубина 5.5);

Свая №3

Схема к определению несущей способности сваи №3

Расчёт несущей способности сваи

Определение расчётного сопротивления под нижним концом сваи №3 по таблице 7.2: R=3300 кПа; Площадь поперечного сечения сваи А =0.3х0.3=0.09, м 2 ; Периметр сваи u =0.3х4=1.2 м;

Определение расчётного сопротивления по боковой поверхности сваи №1 по таблице 7.3: f1=26.5 кПа (глубина 1.5), f2=32.5 кПа (глубина 2.5), f3=36.5 кПа (глубина 3.5), f4=39 кПа (глубина 4.5), f5=41 кПа (глубина 5.5), f6=42.5 кПа (глубина 6.5);

Свая №4

Схема к определению несущей способности сваи №4

Расчёт несущей способности сваи

Определение расчётного сопротивления под нижним концом сваи №4 по таблице 7.2: R=3367 кПа; Площадь поперечного сечения сваи А =0.3х0.3=0.09, м 2 ; Периметр сваи u =0.3х4=1.2 м;

Определение расчётного сопротивления по боковой поверхности сваи №1 по таблице 7.3: f1=32.5 кПа (глубина 2.5), f2=36.5 кПа (глубина 3.5), f3=39 кПа (глубина 4.5), f4=41 кПа (глубина 5.5), f5=42.5 кПа (глубина 6.5), f6=43.5 кПа (глубина 7.5);

Свая №5

Схема к определению несущей способности сваи №5

Расчёт несущей способности сваи

Определение расчётного сопротивления под нижним концом сваи №5 по таблице 7.2: R=3433 кПа; Площадь поперечного сечения сваи А =0.3х0.3=0.09, м 2 ; Периметр сваи u =0.3х4=1.2 м;

Определение расчётного сопротивления по боковой поверхности сваи №1 по таблице 7.3: f1=36.5 кПа (глубина 3.5), f2=39 кПа (глубина 4.5), f3=41 кПа (глубина 5.5), f4=42.5 кПа (глубина 6.5), f5=43.5 кПа (глубина 7.5), f6=44.5 кПа (глубина 8.5).

Сравнение с результатами расчёта в LIRA SAPR версии 2021 R1.2