Проектирование, расчет и устройство мелкозаглубленных фундаментов малоэтажных жилых зданий в Московской области. ТСН МФ-97 МО Часть 3

 

1. Для непучинистых и слабопучинистых грунтов

 

2.  Для среднепучинистых грунтов

 

 

 

 

 

 

 

3. Для сильнопучинистых грунтов    

 

Область применения:

1.1 - 1-2-этажные деревянные здания, 1-этажные здания со стенами из мелкоштучных материалов;

1.2-3.3 - 1-2-этажные здания со стенами из любого материала    

 

Условные обозначения:

1 - песок средней крупности, крупный;

2 - щебень (гравий, кирпичный бой) с проливкой раствором;

3 - выравнивающая бетонная подготовка;

4 - монолитный железобетонный фундамент;

5 - бутовая кладка (бутобетон);

6 - фундамент из красного кирпича;

7 - цоколь (кирпич, мелкие бетонные блоки);

8 - стена из мелкоштучных материалов;

9 - гидроизоляция;

10 - засыпка керамзитом (грунтом);

11 - замок из перемятой глины;

12 - подсыпка;

13 - армированный пояс.    

 

Приложение 4

Рекомендуемое

    

РАСЧЕТ ПОДЪЕМА И ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ДЕФОРМАЦИИ ПУЧЕНИЯ

ОСНОВАНИЯ  ПОД ФУНДАМЕНТОМ

 

1. Расчет выполняется в следующей последовательности:

а) производится расчет фундамента по устойчивости на воздействие касательных сил морозного пучения;

б) при предварительно принятых значениях глубины заложения фундамента и толщины подушки из непучинистого материала определяется расчетная величина подъема ненагруженного основания  ;

в) определяются температурный режим и динамика сезонного промерзания грунтов основания, на основе которых рассчитывается удельная нормальная сила пучения;

г) вычисляется величина подъема основания под фундаментом с учетом давления под его подошвой ;

д) рассчитывается относительная деформация пучения основания.

2. В соответствии с условием устойчивости фундамента расчет его на действие касательных сил пучения производится по формуле:

                                                                            (1)

где m - коэффициент условий работы основания по боковой поверхности фундамента, принимаемый: при засыпке пазух траншей (котлованов) местным пучинистым грунтом, равным 1; при засыпке пазух шириной 20, 40 и 60 см непучинистым материалом, равным соответственно 0,6; 0,45 и 0,35;

- расчетное значение удельной касательной силы пучения, КПа;

 - расчетная площадь боковой поверхности фундамента, м, находящейся в пределах промерзающего грунта;

N - расчетная постоянная нагрузки, кН, от здания, включая вес фундамента;

n - коэффициент перегрузки, принимаемый 0,9.

3. Расчетное значение удельной касательной силы пучения  , кПа, определяется по формуле

                                                                                       (2)

где - нормативное значение удельной касательной силы пучения, кПа, принимаемое равным: для чрезмерно и сильнопучинистых грунтов - 70 кПа, для среднепучинистых грунтов - 55 кПа, для слабопучинистых грунтов - 40 кПа;

 - коэффициент, учитывающий состояние боковой поверхности фундамента; при гладкой бетонной поверхности  =1; при шероховатой бетонной поверхности с выступами и кавернами до 0,5 см  =1,1-1,2.

В случае, если условие (1) не соблюдается, необходимо принять противопучинные мероприятия, в том числе увеличение ширины пазух траншеи (котлована), засыпаемых непучинистым материалом; обработка боковых поверхностей фундамента пластическими смазками, уменьшающими касательные силы пучения и др.

4. Подъем ненагруженного основания  при пучении грунта ниже подошвы фундамента определяется по одной из формул, приведенных в табл. 1, в соответствии с тремя расчетными схемами, отражающими изменение интенсивности пучения грунта по глубине в зависимости от рельефа местности, гидрогеологических условий участка строительства и увлажненности грунта. Входящая в эти формулы величина подъема ненагруженной поверхности грунта   определяется по формуле

 

                                                                                        (3)

где  - относительная деформация морозного пучения грунта, доли ед., определяется по результатам испытаний грунтов или по графикам (см. рис. 2.1);

 - расчетная глубина промерзания грунта, определяемая по СНиП 2.02.01-83*.

5. Удельная нормальная сила пучения грунта , кПа, в зависимости от вида фундамента определяется по формулам:

для ленточного фундамента

 

                                                                               (4)

для столбчатого фундамента

                                                                            (5)

где b,u - соответственно ширина подошвы ленточного и периметр подошвы столбчатого фундаментов, м;

 - толщина слоя грунта, м, под фундаментом, вызывающего деформацию пучения , для первой схемы расчета  (см. табл. 1 )   для остальных двух схем

 - коэффициент условий работы пучинистого грунта под фундаментом, определяемый по табл. 2 в зависимости от  и площади подошвы ; для ленточного фундамента    где  =1 м;

- сопротивление смещению мерзлого грунта относительно фундамента, кПа, определяемое по графику (рис. 1) в зависимости от расчетной температуры  и скорости пучения   грунта под фундаментом.

Скорость перемещения грунта  , см/сут, при его пучении под фундаментом определяется из выражения

 

                                                                                           (6)

где  - подъем ненагруженного основания, см, определяемый в соответствии с п.4;

  - продолжительность периода, мес., промерзания грунта под фундаментом при продолжительности зимнего периода, равного для Московской области 5 мес.    

                                                                 (7)

Расчетная  отрицательная температура грунта (°С), промерзшего под фундаментом, определяется по формуле

                                                                        (8)

при                                               (9)

где  - расчетная температура у поверхности планировки грунта в период его промерзания под фундаментом, °С;

 - средняя температура воздуха наиболее холодного месяца зимнего периода, °С; для Московской области  =-10,5°С.

6. Подъем основания фундамента при промерзании пучинистого грунта под его подошвой с учетом передаваемого на грунт давления от здания определяется по формуле    

                                                                            (10)

 

где Р - давление под подошвой фундамента от внешней нагрузки, кПа;

 - те же обозначения, что в пп. 4 и 5;

 - коэффициент, учитывающий влияние подушки на напряженное состояние пучинистого грунта, определяется по табл. 3.

Таблица 1

 

Схемы расчета подъема  ненагруженного основания фундамента

 

 

	Условия увлажнения грунтов по виду рельефа	Расстояние от поверхности грунта до уровня подземных вод, ,м	Ориентировочное значение   средней влажности в пределах сезонно- промерзающего слоя,	Формулы для расчета подъема основания  при глубине заложения фундамента d и толщине подушки
1.	Сухие участки- возвышенности, всхолмленные места.		а)
	Водораздельное плато. Грунты увлажняются только за счет атосферных осадков.		б)
2.	Сырые участки - слабо всхолмленные места, пологие склоны с затяжным уклоном; котловины с признаками поверхностного  заболачивания. Грунты увлажняются  за счет атмосферных осадков и верховодки, частично - подземных вод
3.	Мокрые участки - пониженные равнины, котловины, межсклоновые низины, заболоченные места.  Грунты  водонасыщаются за счет  атмосферных осадков и подземных вод, включая верховодку.

 

Примечания: 1. Значение  рассчитывается с учетом прогноза изменения уровня подземных вод;

2. z - наименьшее расстояние, м, от границы сезонного промерзания  до уровня  подземных вод, при котором эти воды не оказывают влияния на увлажнение промерзающего грунта; значение z определяется по таблице 2.2.

 

 

Рис. 1. Значение сопротивления смещению пучинистого грунта относительно подошвы фундамента

 

7. Относительная деформация пучения основания с учетом жесткости конструкций определяется по формуле         

                                                                                           (11)

где  - коэффициент, зависящий от отношения  и показателя гибкости К системы основание-фундамент-стена здания, методика расчета которого приведена в Приложении 5; значения    определяются по графику (рис. 2);

q - расчетная нагрузка на основание, кН/м;

L - длина фундамента здания (отсека здания), м.

Остальные значения те же, что и в пп. 5 и 6.

Таблица 2

Значения коэффициента

 

	Площадь  подошвы фундамента
,м	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0 и более
0,2	0,90	0,80	0,72	0,66	0,60	0,54	0,50	0,47	0,44	0,41
0,3	0,89	0,77	0,69	0,62	0,55	0,51	0,46	0,43	0,40	0,37
0,4	0,87	0,74	0,65	0,56	0,49	0,45	0,41	0,38	0,35	0,32
0,5	0,84	0,60	0,57	0,49	0,41	0,38	0,35	0,32	0,30	0,28
0,6	0,80	0,62	0,50	0,41	0,36	0,31	0,29	0,27	0,25	0,24
0,7	0,75	0,54	0,42	0,35	0,30	0,25	0,23	0,21	0,20	0,19
0,8	0,69	0,46	0,35	0,30	0,25	0,22	0,20	0,18	0,17	0,15
0,9 и более	0,62	0,41	0,32	0,25	0,21	0,18	0,16	0,15	0,14	0,13

 

8. В том случае, когда условия (3.1), (3.2) не выполняются, принимается большая глубина заложения фундамента с повторным расчетом его устойчивости на воздействие касательных сил пучения (1), большая толщина подушки, увеличивается жесткость стены путем устройства железобетонных или армированных поясов, выполняются инженерно-мелиоративные, тепловые и химические мероприятия, направленные на уменьшение влажности окружающего фундамент грунта и глубины его промерзания. Выбор того или иного мероприятия или совокупности их зависит от конкретных условий строительства.

 

Таблица 3

Значения коэффициента 

 

Отношение толщины подушки  к ширине подошвы	Фундамент
фундамента	столбчатый	ленточный
0,00	1,00	1,00
0,25	0,95	0,90
0,50	0,70	0,80
0,75	0,50	0,70
1,00	0,35	0,60
1,25	0,25	0,50
1,50	0,20	0,40

 

Примечание. Для промежуточных значений  коэффициент  определяется по интерполяции.

 

9. Максимальные значения изгибающего момента М, кН.м, и поперечной силы F, кН, возникающих в системе фундамент-стена здания, определяются по формулам

 

                                                                          (12)

                                                                         (13)

где  - то же значение, что в формуле (1) Приложения 5.

Входящие в формулы (12, 13) коэффициенты  и , определяются по графикам (рис. 3 и рис.4).

 

 

Рис. 2. Зависимость  от

 

Рис. 3. Зависимость  от

 

Рис. 4. Зависимость  от  

 

10. Изгибающие моменты и поперечные силы в отдельных конструктивных элементах (фундамент, цоколь, стена, пояс) определяются по формулам

                                                                            (14)

                                                                            (15)

где,  - соответственно изгибная и сдвиговая жесткость i-го конструктивного элемента;

, - то же, всей системы.

 - модуль сдвига, кН·м, материала i-го конструктивного элемента;

[A - соответственно] площадь поперечного сечения i-го элемента.

11. Силы  , кН, возникающие в связях панельных стен, определяются по формуле

                                                              (16)

где   - те же обозначения, что в формуле ( 13) Приложения 5.

12. По найденным внутренним усилиям в соответствии с требованиями глав СНиП 2.03.01.84 "Бетонные и железобетонные конструкции", СНиП II-22-81 "Каменные и армокаменные конструкции" производится расчет на прочность мелкозаглубленного ленточного или фундаментальной балки столбчатого фундамента, а также конструктивных элементов стены.

13. Учитывая знакопеременный характер деформаций оснований из пучинистых грунтов (подъем в период промерзания грунта и осадка при его оттаивании), железобетонные элементы следует армировать в верхней и нижней частях сечений.

 

Приложение 5

Рекомендуемое

 

МЕТОДИКА РАСЧЕТА ПОКАЗАТЕЛЯ ГИБКОСТИ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЯ

 

1. Показатель гибкости конструкций здания К определяется по формуле

                                                                                 (1)

где  - приведенная жесткость на изгиб поперечного сечения конструкций здания в системе фундамент-цоколь-пояс усиления-стена, определяемая по формуле (4), кН·м;

С - коэффициент жесткости основания при пучении грунта, кН/м;

L - длина стены здания (отсека), м;

для оснований ленточных фундаментов

                                                                                              (2)

для оснований столбчатых фундаментов

 

                                                                                           (3)

Здесь  - те же обозначения, что в пп.4, 5 Приложения 4;

- число столбчатых фундаментов в пределах длины стены здания (отсека).

2. Приведенная жесткость на изгиб поперечного сечения конструкций здания в системе фундамент-цоколь-пояс усиления-стена, кН·м, определяется по формуле

 

                                     (4)

где  - соответственно жесткость на изгиб фундамента, цоколя, пояса усиления, стены здания.

3. Жесткость на изгиб, кН · м, фундамента, цоколя и пояса усиления определяется по формулам

 

                                                           (5)

 

                                                           (6)

 

                                                          (7)

где -соответственно модули деформации, кПа, материала фундамента, цоколя, пояса;                             

- соответственно момент инерции, м, поперечного сечения фундамента, цоколя и пояса усиления относительно собственной главной центральной оси;

 - соответственно площади поперечного сечения, м, фундамента, цоколя и пояса усиления;

- соответственно расстояния, м, от главной центральной оси поперечного сечения фундамента, цоколя и пояса усиления до условной нейтральной оси сечения всей системы;

- соответственно коэффициенты условий работы фундамента, цоколя и пояса усиления, принимаемые равными 0,25;

Жесткость на изгиб фундамента, состоящего из блоков, не связанных между собой, принимается равной нулю. Если цоколь является продолжением фундамента или обеспечена их совместная работа, цоколь и фундамент следует рассматривать как единый конструктивный элемент. При отсутствии поясов усиления  =0. При наличии нескольких поясов усиления жесткость на изгиб каждого из них определяется по формуле (7).

4. Жесткость на изгиб, кН·м стен из кирпича, блоков, монолитного бетона (железобетона) определяется по формуле

                                                             (8)

 

где   - модуль деформации материала стены, кПа;

 - коэффициент условий работы стены, принимаемый равным 0,15 - для стен из кирпича, 0,2 - для стен из блоков, 0,25 - для стен из монолитного бетона;

- момент инерции поперечного сечения стены, м; определяется по формуле (9);

 -  площадь поперечного сечения стены, м;

- расстояние, м, от главной центральной оси поперечного сечения стены до условной нейтральной оси сечения всей системы.

Момент инерции поперечного сечения стены определяется по формуле

 

                                                                                       (9)

где  - соответственно момент сечения стены по проемам и по простенкам, м.

Площадь поперечного сечения стены определяется по формуле

                                                                               (10)

где  - толщина стены, м.

Расстояние от центра тяжести приведенного поперечного сечения стены до ее нижней грани определяется по формуле

 

                                                                              (11)

5. Расстояние от главной центральной оси поперечного сечения фундамента до условной нейтральной оси системы фундамент-цоколь-пояс усиления-стена определяется по формуле

                                                                        (12)

где - соответственно модуль деформации и площадь поперечного сечения i-го конструктивного элемента (цоколя, стены, пояса);

- коэффициент условий работы i-го конструктивного элемента;

 - расстояние от главной нейтральной оси поперечного сечения i-го конструктивного элемента до главной центральной оси поперечного сечения фундамента.

6. Жесткость на изгиб, кН·м стен из панелей определяется по формуле

                                                         (13)

где  - соответственно модуль упругости, кПа, и площадь поперечного сечения, м, j-ой связи;

m - число связей между панелями;

 - расстояние от j-ой связи до главной центральной оси поперечного сечения фундамента,м;

 - расстояние от главной центральной оси поперечного сечения фундамента до условной нейтральной оси системы фундамент-стена здания, определяемое по формуле

                                          (14)

в которой n - число конструктивных элементов в системе фундамент-стена.

 

 

Приложение 6

 Рекомендуемое

 

РАСЧЕТ ФУНДАМЕНТОВ НА ЛОКАЛЬНО УПЛОТНЕННОМ ОСНОВАНИИ

 

1. При проектировании фундамента на локально уплотненном основании следует определить его несущую способность по грунту и выполнить расчет по деформациям пучения.

2. Расчетная несущая способность фундамента на локально уплотненном основании по грунту определяется по формуле

                                                                  (1)

где  - коэффициент условий работы грунта под подошвой фундамента, принимаемый: для забивных блоков и фундаментов в выштампованных котлованах   =1; для фундаментов в вытрамбованных полостях при  (отношение объема втрамбованного в основание щебня к объему фундамента)  (0,8-0,3);

- коэффициент условий работы грунта на боковой поверхности фундамента, принимаемый: для забивных блоков  =1; для фундаментов в выштампованных полостях =0,95; для фундаментов в вытрамбованных полостях =0,9;

 - несущая способность подошвы фундамента столбчатого или 1 м ленточного фундамента (соответственно мН или мН/м);

 - несущая способность боковой поверхности столбчатого или 1 м ленточного фундамента (соответственно мН и мН/м).

3. Расчетная несущая способность подошвы фундамента определяется по формуле                

                                                                                       (2)

где R- расчетное сопротивление грунта под подошвой фундамента, кПа, определяемое по графикам и таблице (рис. 1);

 - площадь подошвы столбчатого или 1 м ленточного фундамента, м.

 

Примечания:

1) Для глинистых грунтов значение R определяется в зависимости от средневзвешенного значения степени влажности , плотности сухого грунта  и показателя текучести  в пределах 0,5 м выше и 1,5 м ниже пяты фундамента.

2) При глубине заложения подошвы фундамента 0,5 м приведенные на рис. 1 значения R умножаются на коэффициент 0,65; при глубине заложения подошвы фундамента 1 м - на коэффициент 0,9; при промежуточных значениях глубины значения R принимаются по интерполяции.

4. Расчетная несущая способность боковой поверхности столбчатых фундаментов определяется по формуле

 

                                       (3)

где   - угол наклона боковых граней фундамента к вертикали, град.;

- соответственно угол внутреннего трения, град., и удельное сцепление, кПа, уплотненного грунта (определяется по табл. 1);

А - площадь боковой поверхности грани фундамента, м;

V - равнодействующая давления грунта на одну грань фундамента, кН, определяемая для однородного однослойного основания по формуле

   (4)

где d - глубина заложения подошвы фундамента, м;

 -  коэффициент, учитывающий пространственный характер работы фундамента, принимаемый 1,3 для песчаных и 1,5 для глинистых грунтов;

 - удельный вес грунта, кН/м;

 - размер подошвы фундамента, м;

  - угол трения грунта о боковую поверхность фундамента, град., принимаемый  для песчаных и  - для глинистых грунтов;

 - коэффициент отпора грунта, определяемый по графикам на рис. 2, 3 в зависимости от угла внутреннего трения уплотненного грунта    и угла наклона боковых граней фундамента ;

 - давление грунта, кПа, обусловленное сцеплением, равное

                                                                                   (5)

 - показатель текучести грунта природной структуры;

- соответственно расчетный угол внутреннего трения и удельное сцепление грунта природной структуры.

5. Расчетная несущая способность поверхности 1 м ленточного фундамента в вытрамбованной (выштампованной) траншее определяется по формуле

 

                                       (6)

где  - те же обозначения, что в формуле 3.

При определении V по формуле (4) коэффициент  для ленточных фундаментов принимается равным 1.   

 

а)

 

б)