Определение осадки фундамента методом послойного суммирования

Причины появления осадки

Если деформация фундамента произошла, первоначально нужно оценить масштаб положения дел и причину этого явления.

Причин, по которым конструкция проседает, нужно выделить следующее количество:

• При формировании фундамента использовались некачественные материалы.
• Во время работ неправильно была рассчитана масса несущей нагрузки на фундамент, вес конструкции превышает допустимые нормы. Часто с такой причиной сталкиваются люди, которые возводили конструкцию из пеноблоков, а затем возвели на них двухэтажный дом из тяжелых материалов. В итоге возникает деформация из-за неправильного определения нагрузки на основание.
• Работа осуществлялась без получения навыка или людьми, которые не имеют опыта в конструировании фундамента. Определяем этот фактор перед тем, как отдать объект в руки застройщика.
• При работе с траншеями неверно была рассчитана их глубина. Это привело к проникновению грунтовых вод в конструкцию, и ее постепенному разрушению. Также просадка грунта под фундаментом, связанная с возникновением подземных вод, которые изменили своё русло из-за строений, возникающих на её пути. Данная проблема является довольно частой в ходе застройки больших земельных участков, на которых основное определение расчетных данных производятся не по всему участку, а по отдельно взятой территории.
• Модуль деформации грунта был рассчитан неверно. Данный модуль определяет прямо пропорциональную зависимость между напряжением и деформацией. Единица измерения рассматриваемого показателя – мегапаскали (МПа). Определяем значение модуля для того, чтобы правильно просчитать осадку, избежать перекосов и просадку здания.
• Дренажная система не была подготовлена во время работ.
• Расчеты состава грунта и его сопротивляемости были произведены неверно.

Если не начать ремонт вовремя, то восстановление фундамента будет более сложным, требующим немалых сил и дополнительных вложений, а в запущенных случаях – даже невозможным. И для того, чтобы разобраться в причинах, разрушающих фундамент, необходимо отрыть вертикальную траншею по длине здания.

Если не учитывать условия среды и природного рельефа, плохо произвести расчетную формулу осадки и допустить просчеты в определении толщины, ширины и веса фундамента, то в нем появятся трещины.

Виды расчетов

СП 24.13330.2011 указывает, что расчет фундаментных оснований выполняется по критическим состояниям, разделяемым на две группы.

Процесс монтажа свай

По предельным состояниям первой группы высчитываются и устойчивость, и несущая способность, учитываются прочностные характеристики материалов. Вторая группа касается осадки свай под воздействием вертикально приложенных нагрузок, различным сдвигам основания в горизонтальной плоскости совместно с пластами грунта, образования трещин значительной глубины в теле конструкции оснований из железобетона.

Допустимую осадку подземного основания здания, согласно СНиП 2.02.03-85, необходимо рассчитывать по второй группе состояний.

Важнейший нюанс расчетов – обязательное принятие запаса надежности. Итоговое значение принимается по расчету по различным альтернативным вариантам и сопоставления полученных данных.

В СП 24.13330.2011 представлены требующиеся расчетные значения и постоянные, уточнены нагрузки на основание и их возможные сочетания.

Причины осадки и просадки

Неравномерное проседание опорной конструкции происходит из-за непрофессиональных действий, произведенных при строительстве дома, приобретении дешевых материалов, неверно рассчитанной глубины фундамента и близости подземных вод при отсутствии дренажа.

Серьезные причины осадки фундамента – неуплотненная почва под строением, корни растущих поблизости деревьев, утечки канализационных стоков.

Наибольшее влияние оказывают климатические и географические условия, изменить которые человеку не под силу. Избыток влаги в земле влияет на основание здания и само строение. Глинистая почва вокруг структуры поглощает много воды, разбухает и расширяется. Стоячая вода, окружающая дом, подмывает фундамент, а гидростатическое давление – ослабляет, что вызывает появление трещин.

Засушливый климат лишает почву дождевой влаги и вызывает ее сжатие, особенно если в земле содержится глина. По причине движения почвы в разные сезоны от сжатия к расширению строения повреждаются и деформируются.

Немаловажно, чтобы основание здания осаживалось равномерно и не выходило за пределы нормы. На однородном грунте это 10-12 см

Многоэтажный дом, построенный на неоднородном грунте, без опасных последствий может просесть на 2-3 см. Превышение нормы – просадка фундамента МКД – чревато возникновением трещин, деформаций, разрушением несущих конструктивных элементов. Это угрожает здоровью и жизни проживающих в МКД людей.

Расчет крена фундамента

Наклон опоры вызывается внецентренным действием внешних факторов (изгибающий момент) или влиянием рядом стоящих фундаментов. Крен может возникнуть от неоднородности почвы под подошвой. Формулы для расчета наклона основы строения регламентируются в СНиП 2.02.01 – 1983.

В расчет принимается деформационный модуль и коэффициент Пуассона:

• супеси и пески — 0,3;
• глины — 0,42;
• суглинки — 0,35.

Модуль искажения принимается по специальным таблицам для определенного вида грунта. Учитывается ширина и площадь подошвы фундамента, высчитывается абсолютное и добавочное давление на основание. Расчет ведется для стороны прямоугольной конструкции, в отношении которой работает изгибающий момент. Если в надземной части не предполагается деформационного поворота, расчет крена не делается.

Расчёт осадки ленточного фундамента

Кроме метода послойного суммирования существуют различные методики определения величины проседания здания. При условиях отдельно стоящего строения с учётом сопротивления грунтового основания и других сил, только использование метода послойного суммирования будет наиболее верным расчётом.

Способ основан на создании эпюр напряжений в многослойной почве по каждой вертикальной оси.

Схемы расчётов по методу сложения усадки слоёв почвы

Определение осадки ленточного фундамента производится с целью, чтобы:

• определить величину просадку монолитной ленты с присоединёнными другими основаниями;
• выполнить точный расчёт осадки основания здания, возведённого из разных материалов;
• определить осадочный характер и физические свойства основания здания, которые связаны с изменением показателя деформации по мере увеличения глубины заложения фундамента.

Данная методика расчета определяет показатели основания по каждому сочетанию вертикальных осей, без учёта угловых переменных, используя периферийные значения и центральный показатель. Сделать это возможно при залегании по периметру основания строения равномерных структурных слоёв почвы.

Схема построения графика напряжений по группам вертикальных осей

Обозначения по СНиП 2.02.01-83:

• S — показатель осадки;
• zn – средняя величина напряжения вдоль вертикальной оси в слое «n»;
• hn, En – толщина сжатия и индекс деформации слоя «n»;
• n – удельная масса почвы в «n»;
• hn — высота слоя «n»;
• b = 0,8 – постоянный коэффициент.

Ширина ленточного монолитного фундамента – 1200 мм (b), глубина заложения составит 1800 мм (d).

Видео «Расчёт сопротивления грунта»:

Пример определения величины осадки ленточного фундамента

Общая нагрузка от веса здания на почву составит 285000 кг•м−1•с−2. По каждому слою отмечают такие значения:

1. Верхний слой — сухая почва (песок мелкой фракции, с показателями пористости e1 = 0,65; плотностью y1 = 18,70 кН/м³, индексом сжатия Е1 = 14400000 кг•м−1с−2).
2. Средний слой – мокрый крупный песок с соответствующими показателями: e₂= 0,60, γ₂ = 19,20 кН/м³; Е₂ = 18600000 кг•м−1с−2.
3. Нижний слой грунта – суглинок с соответствующими значениями: e₃ = 0,180; y₃ = 18,50 кН/м³; Е3 = 15300000 кг•м−1с−2.

Слои залегания грунта с различными показателями усадки

Результаты исследований грунта взяты в местном геолого-геодезическом управлении. Грунтовые воды на территории застройки находятся на расстоянии от поверхности земли 3800 мм. глубина залегания грунтовых вод такой величины не имеет значения даже для заглубленного фундамента здания. В этом случае воздействие грунтовых вод на осадку здания считают мизерным, то есть практически никаким.

Для нанесения графика эпюр и расчета критических нагрузок на грунт производят действия согласно СНиП 2.02.01-83.

В результате получают следующие показатели по каждому слою почвы: S₁ = 11,5 мм; S_{2 =} 13,7мм;  S₃ = 1,6 мм.

Суммарное проседание основания здания составит:

S = S₁ + S₂ + S₃ = 11,5 + 13,7 + 1,6 = 26,8 мм.

Расчёт осадки свайного основания

Определяют осадки свайного фундамента методом послойного суммирования.

Вид свайного основания здания

Полный расчёт осадки свайного основания выполняется проектной организацией на протяжении от нескольких дней до 2-х недель. Проектировщики пользуются специальными компьютерными программами. Человеку, не имеющему специального образования, сделать это самостоятельно практически невозможно.

Произвести расчёт осадки свайного основания небольшого частного дома можно упрощённым способом, что под силу каждому застройщику.

Используя схемы расположения различных видов свай и расчётных формул, указанных в СП 24.13330.2011, можно определить как величину осадки одиночной сваи, так и степень проседания всего свайного поля.

Применяют различные методики определения величин осадки разных типов фундаментов, в основном, для крупных объектов промышленного и гражданского назначения.

Предельно допустимые показатели

Перед рассмотрением предельно допустимых чисел по тому, насколько может проседать ленточный фундамент, нужна полная информация для изучения последствий, к которым более высокие параметры могут привести:

• Конструкция начинает коситься.
• Появление трещин в стенах.
• Разрушение основания.

Определить осадку и выявить ее предельный показатель достаточно просто, так как есть таблица, которая поможет получить информацию по этому вопросу.

Табл. 1 Определение осадки фундамента

Техническое состояние	Максимальная просадка
Первая категория на однородном грунте.	10-12 сантиметров.
Первая категория на неоднородном грунте.	5 сантиметров.
Вторая и третья категории.	Не более 3 сантиметров.

Небольшие просадки (граница нормы — 4 см.), как правило, появляются под воздействием внешних влияний и нагрузок. Просадки фундамента больше 5 см. возникают, когда особое значением имеют не только внешние факторы, но и собственный вес здания.

Пример неверного определения ширины и глубины фундаменты, без гидроизоляционного слоя между грунтом и подошвой

Несколько советов по заложению фундамента

Многие, особенно начинающие строители, стремясь повысить качество и надёжность основания, допускают некоторые ошибки. Попробуем указать на основные нюансы:

Увеличивая высоту ленты основания можно добиться высокой степени жёсткости. Но данный показатель не всегда приводит к положительным результатам и уменьшает влияния на него нагрузок. Приходиться выполнять армирование фундаментов, которое повышает степень напряжения. Основанию необходимо придать гибкость, тем самым снизить коэффициент жёсткости. Сложно выполнить расчёты деформаций от нагрузки, которые оказывают такие факторы, как морозное пучение или влияния грунтовых вод. Они могут со временем меняться. Поэтому лучше всего обращаться к специалистам для определения типа грунта и влияния климатических условий

Для предотвращения возникновения деформаций основания, следует обратить внимание на мероприятия по усилению, как самого фундамента, так и цоколя со стенами. Для снижения воздействия на основание морозов в зимнее время и демисезонной влаги рекомендуется провести ряд мероприятий по утеплению и гидроизоляции

В том случае, когда они запланированы, то данный фактор надо учесть при расчёте нагрузки.. Если же к этой ответственной задаче приступили самостоятельно, то можно использовать специальные программы например Лира

Это компьютерная программа, которая позволяет выполнять строительные расчёты. Необходимо только правильно ввести все параметры, а техника посчитает и выдаст результат: расчёт фундамента при горизонтальной нагрузке, площадь подошвы и толщину подушки. К тому же, это отличная проверка самостоятельных расчётов. Не стоит забывать и об онлайн калькуляторах

Если же к этой ответственной задаче приступили самостоятельно, то можно использовать специальные программы например Лира. Это компьютерная программа, которая позволяет выполнять строительные расчёты. Необходимо только правильно ввести все параметры, а техника посчитает и выдаст результат: расчёт фундамента при горизонтальной нагрузке, площадь подошвы и толщину подушки. К тому же, это отличная проверка самостоятельных расчётов. Не стоит забывать и об онлайн калькуляторах.

Обвязка винтовых свой ростверком

К верхней части труб приваривают оголовки и обвязывают ростверком. Эта конструкция должна располагаться на высоте 0,5-0,7 м от земли.

Для выполнения этой работы подходит несколько видов строительных материалов: железобетон, деревянный брус и металлический швеллер. Каждая технология обладает преимуществами и недостатками.

Технология обвязки различными материалами

При обвязке железобетоном по всему периметру монтируют съемную опалубку. Внутри сооружают армирующий каркас из рифленой арматуры и связывают его с опорами. Конструкцию заливают бетонным раствором. Преимуществом железобетонной обвязки является высокая несущая способность. По такой технологии строят кирпичные дома.

При обвязке сооружают армирующий каркас.

Для металлического ростверка к оголовкам с помощью сварного шва крепят швеллер. Такая конструкция уступает железобетону в прочности, но экономит время и средства.

Ростверковая обвязка деревянным брусом крепится к оголовкам болтами или саморезами.

Бревна соединяются в полдерева. Такая технология подходит для срубов и каркасных домов.

Метод послойного суммирования при расчетах осадки фундаментов зданий

Расчетная схема примера определения осадки фундамента методом послойного суммирования

На данный момент существует большое количество различных расчетов нагрузок на фундаменты, на основании которых затем подбирается тип строительных материалов, размеры подошвы основания и прочие данные.

Метод послойного суммирования используется в тех случаях, когда нужно рассчитать осадку отдельно стоячего фундамента с учетом влияния внешних факторов и дополнительных грунтовых влияний.

Применение метода

Методом послойного суммирования рекомендуется пользоваться, если нужно определить не только основные факторы осадок, но и вторичные или дополнительные, возникающие только в конкретных ситуациях.

Расчет позволяет:

1. Определить осадку отдельно стоячего фундамента или комплекта оснований, расположенных недалеко друг от друга или с ними состыкованных.
2. Используется при расчетах оснований, сделанных из неоднородных материалов. Такие параметры отображаются в изменениях модуля деформации с возрастанием глубины залегания.
3. Как правило, метод дает возможность рассчитать осадку сразу по нескольким вертикалям, причем тут можно опускать параметры угловых переменных, а использовать центральные или периферийные параметры. Но это возможно сделать только при условии, если фундамент имеет слои по всему своему периметру, их толщина и структура одинаковые.

Такие осадки часто возникают от соседних фундаментов, ведь с ростом нагрузки на площадку неизбежно возникают просадки почвы, особенно при использовании мощных тяжелых конструкций. Но тут часто проектировщики сталкиваются с проблемой именно создания этюдов осадок, ведь нужно четко определить по оси вертикали именно те силы, которые возникли от воздействия соседних оснований.

Порой сделать это очень сложно и приходится использовать эмпирические формулы. Тогда точки напряжения часто находят по методу угловых точек, и полученные результаты в некоторых случаях принимаются как оптимальные для данного слоистого фундамента.

Почему так важно рассчитывать осадку фундамента?

Наглядный пример осадки дома методом послойного суммирования под влиянием давления в фундаменте

Некоторые фундаменты отличаются слабой прочностью на изгиб и деформацию за счет больших линейных размеров и небольшой продольной толщины. Как правило, метод послойного суммирования часто используют для расчетов ленточных фундаментов, ведь они не могут обеспечить максимально высокую нагрузку на единицу площади грунта, поэтому и осадка может возникать практически в любом месте вполне спонтанно.

Все расчеты, формулы и рекомендации подробно указаны в СНиП 2.02.01-83. Чтобы более подробно разобраться в методе, нужно попробовать рассчитать осадку ленточного фундамента на реальном примере.

Расчет осадки ленточного фундамента

Расчетная схема методом послойного суммирования осадки ленточного фундамента

Для примера можно взять ленточный фундамент, который имеет ширину 120 см (b ) и глубину залегания 180 см (d). Он устроен на трех слоях грунта. Общее давление под подошвой на почву составляет 285 кПа.

Каждый слой грунта имеет следующие показатели:

1. Маловлажный грунт средней плотности и пористости, основной компонент – мелкозернистый песок, пористость е1= 0,65, плотность γ1 = 18,7 кН/м³, степень деформации Е1 = 14,4 МПа.
2. Второй слой более тонкий, состоит из крупнозернистого, насыщенного влагой песка. Его показатели, соответственно, составляют: е2 = 0,60, γ2 = 19,2 кН/м³ и Е2 = 18,6 МПа.
3. Следующий слой – суглинок, параметры JL = 0,18, γ3 = 18,5 кН/м³ и Е3 = 15,3 МПа.

По данным геодезической службы и топографической разведки, грунтовые воды в расчетном регионе расположены на глубине 3,8 метра, поэтому их влияние на основание можно считать практически нулевым.

Основные причины осадки

Симптом осадки оснавания

Осадка – это смещение основания в вертикальном положении, как следствие деформации грунтового слоя. А причин подвижности несколько:

• закладка проводилась гораздо выше нормы;
• поднятие грунтовых вод, попавших под фундамент;
• длительный срок эксплуатации дома;
• уплотнение почвы;
• дефекты конструкции;
• некачественные материалы;
• надстройка лишних, не предусмотренных на начало строительства здания этажей.
• подземные работы, проводимые вблизи от фундамента.

Разрушительные явления:

• прогибы/выгибы опоры;
• сдвиг конструкции;
• крен (сильный наклон) здания;
• перекос;
• закручивание, горизонтальные перемещения.

Необходимы расчёты!

Это все касается критического состояния, но существует также прогнозируемый процесс осадки фундамента, среди которых есть предельно допустимые для каждого типа здания отдельно. Железобетонные конструкции могут дать осадку до 8 см, здания на стальных сваях и опорах – до 12 см, деревянные, сборно-щитовые дома могут осесть до 15 см максимум.

Сегодня не установлена конкретная нормативная величина предельно допустимой нормы дополнительной осадки. Как правило, в документах не указывается различие между полученной при возведении здания, первоначальной и дополнительной осадкой. Для кирпичного дома это примерно 10-12 см. Последствие неравномерности, как известно – это перекосы, трещины, в худшем случае обрушение.

Расчёт осадки ленточного фундамента

Кроме метода послойного суммирования существуют различные методики определения величины проседания здания. При условиях отдельно стоящего строения с учётом сопротивления грунтового основания и других сил, только использование метода послойного суммирования будет наиболее верным расчётом.

Способ основан на создании эпюр напряжений в многослойной почве по каждой вертикальной оси.

Схемы расчётов по методу сложения усадки слоёв почвы

Определение осадки ленточного фундамента производится с целью, чтобы:

• определить величину просадку монолитной ленты с присоединёнными другими основаниями,
• выполнить точный расчёт осадки основания здания, возведённого из разных материалов,
• определить осадочный характер и физические свойства основания здания, которые связаны с изменением показателя деформации по мере увеличения глубины заложения фундамента.

Данная методика расчета определяет показатели основания по каждому сочетанию вертикальных осей, без учёта угловых переменных, используя периферийные значения и центральный показатель. Сделать это возможно при залегании по периметру основания строения равномерных структурных слоёв почвы.

Схема построения графика напряжений по группам вертикальных осей

Обозначения по СНиП 2.02.01-83:

• S — показатель осадки,
• zn – средняя величина напряжения вдоль вертикальной оси в слое «n»,
• hn, En – толщина сжатия и индекс деформации слоя «n»,
• n – удельная масса почвы в «n»,
• hn — высота слоя «n»,
• b = 0,8 – постоянный коэффициент.

Ширина ленточного монолитного фундамента – 1200 мм (b), глубина заложения составит 1800 мм (d).

Пример определения величины осадки ленточного фундамента

Общая нагрузка от веса здания на почву составит 285000 кг•м −1 •с −2 . По каждому слою отмечают такие значения:

1. Верхний слой — сухая почва (песок мелкой фракции, с показателями пористости e 1 = 0,65, плотностью y 1 = 18,70 кН/м³, индексом сжатия Е 1 = 14400000 кг•м −1 с −2) .
2. Средний слой – мокрый крупный песок с соответствующими показателями: e₂= 0,60, γ₂ = 19,20 кН/м³, Е₂ = 18600000 кг•м −1 с −2 .
3. Нижний слой грунта – суглинок с соответствующими значениями: e₃ = 0,180, y₃ = 18,50 кН/м³, Е 3 = 15300000 кг•м −1 с −2 .

Слои залегания грунта с различными показателями усадки

Результаты исследований грунта взяты в местном геолого-геодезическом управлении. Грунтовые воды на территории застройки находятся на расстоянии от поверхности земли 3800 мм. глубина залегания грунтовых вод такой величины не имеет значения даже для заглубленного фундамента здания. В этом случае воздействие грунтовых вод на осадку здания считают мизерным, то есть практически никаким.

Метод послойного суммирования базируется на исследовании всех эпюр напряжений в грунтовом массиве вдоль вертикальных осей.

Для нанесения графика эпюр и расчета критических нагрузок на грунт производят действия согласно СНиП 2.02.01-83.

В результате получают следующие показатели по каждому слою почвы: S₁ = 11,5 мм, S_{2 =} 13,7мм, S₃ = 1,6 мм.

Суммарное проседание основания здания составит:

Сравнивая полученные результаты с определёнными нормативами СНиП, делают вывод, что величина осадки не превышает предельных норм.

Расчёт осадки свайного основания

Определяют осадки свайного фундамента методом послойного суммирования.

Вид свайного основания здания

Полный расчёт осадки свайного основания выполняется проектной организацией на протяжении от нескольких дней до 2-х недель. Проектировщики пользуются специальными компьютерными программами. Человеку, не имеющему специального образования, сделать это самостоятельно практически невозможно.

Произвести расчёт осадки свайного основания небольшого частного дома можно упрощённым способом, что под силу каждому застройщику.

Используя схемы расположения различных видов свай и расчётных формул, указанных в СП 24.13330.2011, можно определить как величину осадки одиночной сваи, так и степень проседания всего свайного поля.

Применяют различные методики определения величин осадки разных типов фундаментов, в основном, для крупных объектов промышленного и гражданского назначения.

Порядок расчета осадки фундаментов Любое строение со временем подвержено проседанию. Если основание опустилось по всей площади опирания, то расчёт осадки фундамента произведён правильно.

Рекомендации по закладке бетона

Монолитные конструкции бетонируют в разборной опалубке из унифицированных частей. Способ укладки и транспортировки смеси выбирают с учетом минимального количества перегрузок.

Бетон подают в нескольких вариантах:

• подъемными механизмами в бадьях;
• самосвалами на эстакадах или в опалубку;
• транспортными лентами;
• бетононасосами.

Перемещение краном удобно, т.к. используется независимо от объемов фундамента и одновременно подает арматуру для каркаса. Закладку бетона в труднодоступные области проводят легкими съемными транспортерами или виброжелобами.

Решение проблемы

Неизбежно оседающий фундамент восстанавливают. Чтобы помешать осадке фундамента МКД, увеличивают глубину путем рытья подкопа и заполнения пустот бетонным раствором. Этот дорогостоящий и медленный процесс необходим, чтобы остановить процесс оседания.

Во множестве случаев осадка происходит из-за корней растущих возле дома насаждений. Ликвидация деревьев, принимающих из почвы влагу, позволит притормозить процессы.

Порой достаточно отремонтировать водоснабжение, канализацию или водосточную трубу, чтобы решить проблему. Грунт перестанет проседать, и ситуация стабилизируется.

Для установления причин проседания фундамента на протяжении года контролируют и измеряют трещины. В целях профилактики содержат в соответствующем состоянии коммуникации, вовремя производят ремонт водопроводно-канализационной системы.

Прочность конструкции строения гарантируют и его разрезание осадочными швами, обеспечение прочности отдельных деталей, дополнительное армирование с поясами по периметру наружных и капитальных стен, увеличение площади опорных элементов.

Как быть, если на территории планируемого строения залегает грунт, имеющий просадочные свойства? Строительные мероприятия включают их устранение:

1. Тяжелую трамбовку. Она полностью ликвидирует просадочные характеристики верхнего слоя почвы 1-1,5 м.
2. Трамбованные котлованы. Почву трамбуют с одновременным в ней устройством нижней части фундамента.
3. Предварительное замачивание плюс подводные мелкозарядные взрывы. Грунт оседает, его требуется досыпать, утрамбовать и укатать.
4. Термический обжиг просадочного грунта.