Для нахождения разности осадок фундаментов необходимо произвести измерения вертикальных перемещений конструкций с помощью нивелирования и специальных инструментов, таких как теодолиты или уровни. Сравнивая результаты измерений в разных точках фундамента, можно определить, где осадки больше или меньше, что позволит оценить неравномерность осадки.
Важно также учитывать влияние различных факторов, таких как тип грунта, конструктивные особенности здания и уровень нагрузки на фундамент. Оценка разности осадок поможет в дальнейшем планировании укрепительных мероприятий и поможет избежать возможных деформаций конструкции.
Неравномерная осадка фундамента
Неравномерная осадка фундамента — это дефект основания здания, вызванный неравномерной деформацией грунтового слоя под его подошвой, вертикальным перемещением грунта, который становится причиной растрескивания основания и стен здания, что в дальнейшем приводит к нарушениям условий нормальной эксплуатации сооружений, а иногда и их аварий.
Наиболее часто встречающиеся причины неравномерных перемещений фундаментов
- расположение фундаментов в зоне сезонного промерзания грунтов основания, если грунты обладают свойствами морозного пучения;
- расположение фундаментов в зоне сезонного оттаивания многолетнемерзлых грунтов;
- расположение фундаментов на специфических грунтах (просадочных, набухающих, насыпных);
- замачивание грунтов основания утечками воды из коммуникаций, особенно большие деформации возникают при утечке горячей воды;
- замачивание грунтов основания из коммуникаций промпредприятий жидкой средой, содержащей щелочи или кислоты.
Сама по себе естественная осадка грунтов основания в следствие их уплотнения под фундаментами возведённого здания не является опасной для надземных конструкций, если такая осадка равномерная. В Приложении Г СП 22.13330.2016 «Основания зданий и сооружений» для каркасных зданий максимальное значений такой равномерной осадки составляет от 100 до 180 мм.
Последствия неравномерного перемещения фундамента
Последствия неравномерной осадки фундамента с превышением предельных значений заключаются в опасных повреждениях надземных конструкций. В приложении Г СП 22.13330.2016 относительная разность осадок представлена следующим образом:
- для каркасных зданий ограничивается значениями от 0,002 до 0,005;
- для зданий с железобетонным каркасом и шагом поперечных рам 6 м, предельное значение разности осадок соседних фундаментов, находящихся в одном ряду, составляет 12 мм;
- соответствующее значение предельной разности осадок для зданий со стальным каркасом составляет 24 мм.
Расчет величины неравномерных перемещений
При обследовании строительных конструкций всегда возникает вопрос, как оценить величину неравномерных перемещений фундаментов, используя геодезические методы. Нужно определить поверхности, которые при монтаже здания находились в одной горизонтальной плоскости. Обычно, если во время эксплуатации здания не возникало никаких проблем, связанных с неравномерной осадкой фундаментов, геодезический мониторинг за перемещениями фундаментов не выполняется. Поэтому в подавляющем большинстве зданий геодезических марок на конструкциях нет, так же нет и первоначальных измерений осадок фундаментов.
Для каркасных одноэтажных производственных зданий целесообразно в качестве точек геодезического контроля принять нижние поверхности стропильных конструкций, расположенные около опор их на колонны. Логично предположить, что при строительстве здания, стропильные конструкции монтировались с определённым допуском (отклонением по высоте) в месте опоры на колонну. Предельная величина отклонения для опорных узлов стальных ригелей и ферм составляет 10 мм (таблица 4.9 пункт 7 СП 70.13330.2012), для опорных узлов железобетонных ригелей и ферм варьируется от 16 до 25 мм в зависимости от высоты колонн (таблица 6.1 пункт 6 СП 70.13330.2012). Данные значения надо суммировать с предельным значением разности осадок. Полученные суммарные предельные значения будут являться критерием оценки опасности.
Для бескаркасных зданий с несущими стенами целесообразно в качестве точек геодезического контроля принять нижние поверхности перемычек над проёмами около опор их на кирпичную кладку.
Алгоритм действий следующий — выполняется нивелирование (наиболее удобно тригонометрическое нивелирование), определяются отметки каждого опорного узла стропильных конструкций здания, вычисляется разность отметок соседних узлов, расположенных в одном ряду, значения сравниваются с величиной суммарного предельного значения. Если выявленная разность отметок не превышает предельных значений, то такое состояние фундаментов и грунтов основания можно оценить, как безопасное. В противном случае в программу обследования здания (сооружения) следует включить дополнительные мероприятия по изучению фундаментов и грунтов основания, учитывая конструктивные особенности надземных строительных конструкций. Например, в каркасных зданиях при отсутствии жёстких узлов или жёстких конструктивных элементов, размеры которых превышают шаг поперечных рам, предельные значения деформации оснований фундаментов могут быть увеличены (см. Примечание 7 к таблице Г.1 СП 70.13330.2012).
Заказать обследование фундаментов вы можете по телефону +7 (343) 289-62-61 или с помощью онлайн заявки на нашем сайте.
Автор статьи: директор ООО «БТЭ» Мокроносов Антон Геннадьевич.
Расчеты деформаций грунтов
Пожалуй, одной из самых распространенных задач в практике проектирования является задача по определению деформаций оснований. Деформации оснований фундаментов возникают, даже если обеспечена прочность грунта, т.е. деформация фундамента является неотъемлемым явлением при строительстве зданий и сооружений.
Как правило, деформации основания фундамента имеют неравномерный характер, как во времени, так и в пространстве, что осложняет процесс изучения природы этого явления.
Неравномерная деформация фундаментов может затруднить нормальную эксплуатацию объекта и даже, привести к аварийным ситуациям.
В соответствии с действующими нормами и правилами в строительстве целью расчета оснований по деформациям является ограничение абсолютных или относительных перемещений такими пределами, при которых гарантируется нормальная эксплуатация сооружения и не снижается его долговечность.
Расчеты деформации грунтов
Оценка и расчет деформаций грунтов, в общей системе «сооружение-основание», является одной из самых сложных инженерных задач, т.к. на это явление влияет множество факторов:
- Интенсивность и скорость приложения нагрузок и воздействий;
- Напряженно-деформируемое состояние массива грунтов;
- Технология производства строительных работ;
- Жесткость возводимого сооружения;
- Плотность застройки и окружающая среда строительства;
- Инженерно-геологические и гидрогеологические условия;
- Характер эксплуатации здания или сооружения;
- И прочее.
Совокупность этих факторов значительно усложняет задачу по расчету деформаций фундаментов зданий и сооружений, поэтому в процессе инженерного проектирования приходиться прибегать к ряду упрощающих предпосылок.
Так известно, что деформация грунтов под нагрузкой имеет нелинейный характер s=f(p). Но в некотором диапазоне нагрузок эта зависимость близка к линейной, при этом развитие осадок во времени несет затухающий характер. В практике проектирования такой предел “линейной” работы грунтов определяется расчетным сопротивлением грунта R. Это дает возможность применять математический аппарат теории линейного деформирования грунтов при P≤R.
При этом процесс строительства рассматривается как одноразовое нагружение, вызывающее их общее деформирование без разделения на восстанавливающуюся и пластическую составляющие деформации грунтов.
Разделение деформации грунтов на стабилизированную и нестабилизированную является другой важной предпосылкой. Как правило, при проведении расчетов, проектировщика интересует конечная величина деформации основания, а время в течении которого происходит эта деформация является не существенным фактором. Это предположение в постановке задачи приводит к значительному упрощению инженерных расчетов.
Хотя, при этом, на практике, часто приходиться учитывать и скорость развития деформаций. Тогда выполняются прогнозы развития осадок фундаментов во времени и выполняется анализ неравномерности деформации фундаментов зданий и сооружений для наиболее опасных этапов строительства и эксплуатации. В некоторых случаях приходиться выполнять расчет осадок фундаментов при среднем давлении под подошвой фундамента P, больше расчетного сопротивления R, (P>R), в этом случае необходимо прибегать к методам нелинейной механики грунтов.
Действующий свод правил в строительстве СП 22.13330.2011, регламентирует расчет осадки основания фундамента с использованием расчетной схемы в виде линейно деформируемого полупространства, методом послойного суммирования.
Этот расчет можно выполнить на нашем сайте в режиме онлайн — расчет осадки основания фундамента.
Виды деформации грунтов
Деформации и перемещения основания (далее — деформации основания) подразделяются на:
- Осадки происходящие в результате уплотнения грунта под внешними нагрузками, без коренного изменения структуры грунта;
- Просадки происходящие в результате уплотнения и коренного изменения структуры грунта, с воздействием внешних факторов, такими как замачивание, оттаивание и пр.;
- Подъемы и осадки происходящие при изменении объема грунта, при изменении влажности, промерзании или оттаивании, при воздействии химических веществ.
- Оседания происходящие при разработке скальных массивов, при изменении гидрогеологических условий района и пр.;
- Горизонтальные перемещения связаны с действием горизонтальных нагрузок.
Для выявления и оценки совместной деформация сооружения и основания различают:
- Абсолютные осадки которые характеризуются осадкой какой-либо точки фундамента;
- Средние осадки – средняя осадка абсолютных их значений;
- Относительные осадки рассчитываются при определении абсолютных значениях и дальнейшем их анализе – относительная разность осадок двух фундаментов, крен и пр.;
- Крен это разность осадок двух или более точек отнесенных к расстоянию между ними;
- Кривизна изгибаемого участка (прогиб или выгиб);
- Относительный угол закручивания;
- Горизонтальные перемещения.
По причине возникновения деформации разделяют на два вида:
- Деформации от внешней нагрузки или воздействия (осадки, просадки или горизонтальные перемещения);
- Деформации не связанные с внешними нагрузками и воздействиями (оседания, провалы и пр.)
Расчёт относительной неравномерности осадок фундаментов
— предельное значение, установленное СНиП (табл. прил. 4 СНиП 2.02.01-83*). Заметим, что на величину влияет жесткость сооружения, уменьшая неравномерность осадки. Однако, жесткость сооружения в расчёте осадок не учитывается, что идёт в запас расчёта.
Расчёт крена фундамента
Крен фундамента может быть вызван действием момента, а также может появиться и при центральном приложении нагрузки, если в основании находятся грунты различной сжимаемости в плане сооружения.
Крен фундамента на однородном основании при совместном действии N, M определяется по формуле:
(ф-ла 10, прил.2 СНиП 2.02.01-83)
где N · e = M – момент по подошве фундамента;
E и ν – соответственно модуль деформации и коэффициент Пуассона грунта основания (принимаются как средние по глубине сжимаемой толщи — HC, п. 10, стр. 11 СНиП);
N – вертикальная составляющая всех нагрузок на уровне подошвы фундамента;
e – эксцентриситет;
кm — коэффициент, учитываемый при расчете крена фундаментов шириной b>10 м (в вариантах курсовой работы кm=1);
кe – коэффициент, принимаемый по табл. 5 СНиП и зависящий от формы фундамента и соотношения сжимаемой толщи HC и ширины фундамента b;
а – сторона фундамента, в направлении которой действует момент, а=b или а=l, или диаметр круглого фундамента а=d.
Для кольцевого фундамента:
r H – наружный радиус кольца;
— коэффициент, зависящий от n = ;
Крен за счет неоднородности деформаций основания в плане сооружения рассчитывается по осадкам краевых точек фундамента по зависимости: .
Расчетное значение крена i сравнивают с предельно допустимым iu, назначенным в задании на проектирование или регламентированным СНиПом (приложение 4).
Пример предельных значений крена iu:
1. Для жестких сооружений H ≤ 100 м — iu = 0.004;
2. Для реакторов АЭС — iu = 0.001.
В зданиях с креном даже при i = 0.01 люди уже ощущают этот уклон. Следует заметить, что предельные значения SU, (∆S/L)u, iu – назначаются, но не должны превышать рекомендованные СНиПом.
Предельные значения осадок, кренов, неравномерностей осадок обусловлены следующим:
1. Прочностью, устойчивостью, трещиностойкостью конструкции здания или сооружения, обеспечивая долговечную безаварийную их эксплуатацию.
2. Требованиями технологических, эксплуатационных и архитектурных свойств.
Например, фундамент турбогенератора, даже при толщине плиты h=1 м и L=50 м, конструкция все равно будет гибкой, испытывая прогиб или выгиб. Поэтому предельные деформации назначаются по условию безаварийной работы агрегата, что может быть жестче, чем требования СНиП.
В случае, когда S > Su или ∆S/L > (∆S/L)u или i > iu, необходимо скорректировать размеры фундамента (увеличить b,l или d) и при необходимости применить следующие мероприятия по уменьшению деформации основания:
1. Замена грунта, в частности, применение песчано-грунтовых подушек;
2. Уплотнение грунта;
3. Закрепление грунта;
4. Устройство песчаных свай.
После этого провести расчет фундамента заново, начиная с п.1.
Согласно принципу расчета оснований по предельным состояниям, расчет по первому предельному состоянию (устойчивости оснований) проводится в том случае, если:
1. Имеются значительные постоянно действующие горизонтальные силы (опоры мостов, подпорные стены, стены шлюзов и т.д.).
2. Сооружение или отдельный фундамент находится вблизи откоса.
3. В основании имеются прослойки слабого грунта.
4. Основание представлено скальными грунтами.
5. При нестабилизированном состоянии грунтов основания (коэффициент консолидации cV
6. При действии вертикальной нагрузки, если p> 1,2 R.
Таким образом, на следующем этапе проектирования, если это необходимо, проводится расчет устойчивости отдельных фундаментов или всего сооружения.
Такие расчеты носят проверочный характер, т.к. чаще всего, когда в осадках фундаментов уже достигнуто предельное состояние, несущая способность грунтов по устойчивости еще не исчерпана.
Если расчеты основания на устойчивость подтвердили его надежность, то фундамент принимается с расчетными размерами и приводится характеристика первого варианта фундамента, например, вывод: осадка на всех опорах и относительная неравномерность осадок между всеми опорами не превышает предельных значений, фундаменты мелкого заложения устанавливать можно.
1. Подошва фундамента опирается на супесь — слой № 2 (φ = 20 0 , с = 0.5 тс/м 2 );
2. Расчетное сопротивление грунта основания составляет R = 22тс/м 2 ;
3. Среднее давление под подошвой фундамента составляет р =20тс/м 2 ;
4. Расчетная осадка фундамента равна s = 8.5 см;
5. Крен сооружения составляет i = 0.002;
На заключительном этапе проектирования фундаментов мелкого заложения рассчитывают собственно конструкцию фундамента (размеры уступов, армирование и т.д.) методами железобетонных конструкций.
Далее, переходят к проектированию конкурирующего варианта – свайного фундамента и, после окончания проектирования, проверки расчетов, выводов дается заключение о выборе основного варианта типа фундаментов (свайных или мелкого заложения) на основе технико-экономического сравнения вариантов.
Рекомендуемая литература
1. СНиП 2.02.01-83 * . Основания зданий и сооружений М., 2001.
2. Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП 2.02.01-83), НИИОСП им. Н.М.Герсеванова – М., Стройиздат, 1986.
3. В.А. Соколов, Д.А. Страхов, Л.Н. Синяков, Каркасные здания и сооружения. Конструирование и расчет. Учебное пособие.
Изд-во СПбГПУ, 2007.
4. Проектирование фундаментов зданий и подземных сооружений. Учебное пособие под редакцией Б.И. Далматова, 2-е изд. М., изд-во АСВ, СПб, СПбГАСУ, 2001.
5. А.К. Бугров, Фундаменты основных зданий и сооружений атомных и тепловых электростанций. Учебное пособие Л., 1991.
6. Свод правил СП 50-101-2004. Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений. ФГУПЦПП, М., 2005.
7. Фундаменты гражданских и промышленных зданий и сооружений. Альбом конструкций: учебное пособие для проектирования. СПб. Изд-во Политехнического ун-та, 2010.
1. Конструкции фундаментов мелкого заложения. 5
2. Предварительное определение размеров и площади подошвы фундамента. 8
3. Определение осадок фундаментов, их неравномерностей и кренов. Уточнение размеров фундаментов. 22
4. Расчёт относительной неравномерности осадок фундаментов. 27
5. Расчёт крена фундамента. 28
Рекомендуемая литература. 30
