Расчет фундамента на устойчивость при совместном действии касательных и нормальных сил пучения
При неизбежности промерзания пучинистого грунта под подошвой фундамента в случае проектирования малозаглубленных фундаментов или незавершенного строительства, когда фундаменты оставляют на зиму без дополнительных мер по защите основания от промерзания, а проектом при определении расчетной глубины промерзания учитывался тепловой режим здания (рис. 4.2), на фундамент действуют следующие силы:
 |
расчетная удельная касательная сила пучения  | |
|
расчетная удельная нормальная сила пучения  | |
|
расчетная нагрузка на фундамент F. |
При этих условиях устойчивость фундамента должна обеспечиваться при совместном учете нормальных и касательных сил пучения и проверяться по формуле
Рис. 4.2 Расчетная схема фундамента на промороженом основании
где
Нормальные силы пучения рекомендуется определять по опытным данным. Однако исследования нормальных сил пучения в полевых условиях – это сложный и трудоемкий процесс, поэтому они ограничены единичными экспериментами. Лабораторные исследования из-за сложности моделирования многофакторных натурных условий недостаточно достоверны.
Нормальные силы пучения наиболее опасны для сооружений, их значения могут в несколько раз превышать значения касательных сил пучения и достигать 800–1200 кПа и более [5, 8]. Значение удельной нормальной силы пучения зависит от напряженного состояния грунта и возрастает пропорционально понижению температуры, увеличению мощности слоя и скорости пучения промерзающего грунта, а также уменьшению площади подошвы фундамента. Расчет нормальных сил пучения и условие проверки устойчивости фундамента на промерзающем основании приведены в [22].
Значения нормального давления пучения
где
В скобках приведены обозначения и единицы измерения согласно [23]. Используя в расчетах единицы измерения системы СИ, необходимо значение
Как правило, требование проверки на устойчивость фундамента при совместном действии касательных и нормальных сил пучения не удовлетворяется. В этом случае необходимо увеличить глубину заложения фундамента или разработать мероприятия по уменьшению сил пучения и глубины промерзания грунта, эффективнее запроектировать малозаглубленный фундамент, приспособив его и сооружение в целом к восприятию неравномерных деформаций пучения. Для этого следует применить следующие два направления: увеличение жесткости фундаментов и сооружения в целом и применение противопучинных мероприятий, изложенных в нормативной литературе [22, 23, 29, 34, 35, 36] и в разд. 6.
Расчет малозаглубленных фундаментов выполняется согласно [23, 30] и, кроме расчета по деформациям морозного пучения основания (см. разд. 5), включает проверку устойчивости на действие касательных сил пучения, действующих вдоль боковой поверхности фундамента, которая выполняется по следующей формуле:
(4.6)
4.4. Примеры расчета
Пример 4.1. Запроектировать из условия устойчивости на воздействие сил пучения фундамент наружной стены коттеджа, возводимого в г. Хабаровске при следующих условиях: 1) нагрузка по обрезу фундамента
Для традиционного решения (ленточный фундамент) глубина заложения фундамента принимается не менее расчетной глубины промерзания.
Нормативная глубина промерзания определяется по формуле (2.1)
Расчетная глубина промерзания в соответствии с формулой (2.2) определяется как
Согласно инженерно-геологическим условиям и расчету фундаментов по деформациям, принимается фундамент из сборных бетонных блоков шириной 60 см, высотой 150 см, глубиной заложения
Проверка фундамента на действие касательных сил пучения выполняется по формуле (3.1)
Условие проверки не выполняется:
Увеличение глубины заложения фундамента, замена ленточного фундамента на анкерный столбчатый фундамент не рациональны, так как требования проверки удовлетворяются при значительной глубине заложения. Проектирование свайных фундаментов может вызвать технологические трудности. Кроме этого, для всех перечисленных видов фундаментов сложно обеспечить устойчивость при действии касательных сил пучения в случае незавершенного к зиме строительства. Поэтому следует принять малозаглубленный фундамент в виде монолитной железобетонной ленты высотой
50 см по песчано-гравийной подушке высотой не менее 50 см, запроектированной по методу дренирующих прослоек [30].
Расчет фундамента на прочность выполняется как расчет балки на упругом основании с учетом деформаций пучения грунта, промерзающего под песчано-гравийной подушкой.
Пример расчета деформаций морозного пучения приведен в разд. 4.
Проверка устойчивости фундамента на действие касательных сил пучения выполняется по формуле (3.6)
Условие проверки выполняется:
Для ликвидации касательных сил пучения рекомендуется выполнить обратную засыпку пазух ленточного фундамента ленты непучинистым грунтом.
Пример 4.2. Проверить устойчивость фундамента в случае незавершенного строительства, если он запроектирован с учетом теплового режима здания. Здание с подвалом глубиной от поверхности планировки 1,7 м. Фундамент – из сборных бетонных блоков и железобетонных подушек шириной 2 м, глубина заложения от уровня планировки 2,2 м, от пола подвала – 0,5 м. Нормальная нагрузка по подошве фундамента на период проверки – 250 кН/м. Инженерно-геологический разрез представлен (сверху вниз) насыпным грунтом мощностью 0,5 м; глиной тугопластичной с
В случае незавершенного строительства, когда основание не защищено от промерзания, грунт может промерзнуть от пола подвала на глубину
Проверка устойчивости в этом случае выполняется по формуле (3.4)
Условие проверки не выполняется:
Необходимо предусмотреть меры по защите основания фундамента от промерзания и уменьшению сил морозного пучения (разд. 6).
Учитывая инженерно-геологические условия площадки и возможное подтопление территории (повышение уровня подземных вод), проектное решение следовало откорректировать и устроить пластовый дренаж под зданием [30]. Подсыпка из непучинистого грунта под подошвой фундаментов уменьшит нормальные силы морозного пучения. Инженерно-мелиоративные мероприятия и защита основания на период строительства обеспечат устойчивость фундамента в заданных условиях.
