ПОСОБИЕ ПО РАСЧЕТУ И ПРОЕКТИРОВАНИЮ ФУНДАМЕНТОВ В ВЫТРАМБОВАННЫХ КОТЛОВАНАХ

 

 

Дата введения 2005.07.01

 

ПРЕДИСЛОВИЕ

 

1 РАЗРАБОТАНЫ:                Казахстанским многопрофильным институтом реконструкции и развития (КазМИРР) при РГКП «Карагандинский государственный технический университет» (исполнители: Ж. С. Нугужинов, Б. Ж. Унайбаев, М. Ю. Тарнопольский, Е. Е. Оразалы, Б. А. Конакбаев, Р. Е. Лукпанов, С. В. Жаров, М. А. Хакимжанов, С. К. Абильдин).

2 ПРЕДСТАВЛЕНЫ:             Управлением технического нормирования и новых технологий в строительстве Комитета по делам строительства и жилищно-коммунального хозяйства(ЖКХ) Министерства индустрии и торговли Республики Казахстан (МИТ РК)

3 ПРИНЯТЫ И ВВЕДЕНЫ   Приказом Комитета по делам строительства МИТ РК от 24.12.2004 г. № 504

В ДЕЙСТВИЕ:                        с 01.07.2005 г.

4 Введены:                          Впервые

5 ПОДГОТОВЛЕНЫ:            Проектной академией “KAZGOR” в соответствии с требованиями СНиП РК 1.01-01-2001 на  русском языке.

 

 

Срок действия данного норматива устанавливается до переиздания его на государственном языке.

 

 

Настоящий государственный норматив не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Уполномоченного органа по делам архитектуры, градостроительства и строительства РК.

 

ISBN

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ

ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ

1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

2 КОНСТРУИРОВАНИЕ

3 ПРОЕКТИРОВАНИЕ

4 РАСЧЕТ МОДИФИКАЦИЙ ФВК И ИХ ОСНОВАНИЙ

5 ОСОБЕННОСТИ УСТРОЙСТВА, ПРОЕКТИРОВАНИЯ И РАСЧЕТА ФВК В ЗАСОЛЕННЫХ ГРУНТАХ

5.1 Подготовка фундаментостроительных работ

5.2 Технология возведения ФВК, снабженных противо-коррозионной защитой

А Вытрамбовывание котлованов

Б Втрамбовывание жесткого материала в дно котлованов

В Арматурные работы

Г Бетонирование фундамента

Д Возведение ФВК в несвязанных слабых водонасыщенных грунтах

Е Схема устройства ФВК с несущим слоем

Ж Особенности расчета ФВК в защитной оболочке

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Приложение 1 Проверка расчета фундамента в вытрамбованном котловане по первому предельному состоянию на несущую способность грунтов основания

Приложение 2 Проверка расчета фундамента в вытрамбованном котловане по второму предельному состоянию по деформациям

 

Область применения

 

Положения настоящего нормативного документа распространяются на фундаменты, возводимые в вытрамбо­ванных котлованах (далее ФВК), и устанавливают правила проектирования, расчета, производства и приемки ра­бот по их устройству при строительстве новых и реконструкции существующих зданий и сооружений на проса­дочных засоленных грунтах.

Положения данных нормативов не распространяются на устройство и приемку ФВК, возводимых в сейс­мических районах, на подрабатываемых территориях и площадках, сложенных намывными, набухающими, пучи­нистыми, мерзлыми, биогенными и илистыми грунтами.

Настоящий документ разработан в развитие СН РК 5.01-06-2002 «Фундаменты в вытрамбованных котлова­нах. Расчет и проектирование» и СН РК 5.01-07-2002 «Фундаменты в вытрамбованных котлованах. Правила про­изводства и приемки работ» [12, 13].

В зависимости от грунтовых условий ФВК применяются:

а)         для территорий, сложенных просадочными лессовыми, покровными и насыпными глинистыми засоленны­ми грунтами с числом пластичности  не менее 0,03;

б) при плотности грунта в сухом состоянии  не более 1,7 т/м³;

в) при степени влажности грунтов не более 0,75 (при устройстве удлиненных фундаментов). *

Применение ФВК в районах залегания просадочных грунтов II типа (по просадочности) допускается в тех случаях, когда:

а) суммарная величина просадки грунта от собственного веса и осадки фундамента не превышает предельно допустимого значения;

б) возводятся производственные и складские одноэтажные здания с нечувствительными к неравномерным осадкам несущими конструкциями и нагрузкой на отдельный фундамент до 400 кН при максимальной величине просадки грунта от собственного веса до 20 см и условии использования комплекса дополнительных изоляцион­ных мероприятий.

Исходя из конструктивных особенностей проектируемых объектов, целесообразно использование следующих типов ФВК:

- столбчатые фундаменты для одноэтажных промышленных сельскохозяйственных, гражданских и иного наз­начения зданий при вертикальной нагрузке до 200 кН;

- ленточные прерывистые и столбчатые фундаменты для бескаркасных зданий и сооружений при распреде­лительной нагрузке до 300 кН/м.

ФВК с уширенным основанием рекомендуется применять при нагрузках на них свыше 500 кН.

 

Нормативные ссылки

 

В настоящих строительных нормах использованы ссылки на следующие нормативные документы:

СНиП 2.03.01-84* Бетонные и железобетонные конструкции

ГОСТ 5180-84 Грунты. Методы лабораторных определений физических характеристик

СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия

СНиП 3.02.01-87 Земляные сооружения, основания и фундаменты

СНиП 3.03.01-87 Несущие и ограждающие конструкции

ГОСТ 25100-95 Грунты. Классификация

ГОСТ 12248-96 Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости

СНиП РК 1.03-05-2001 Охрана труда и техника безопасности в строительстве

СНиП РК 1.03.06-2002 Строительное производство. Организация строительства предприятий, зданий и соо­ру­жений

ГОСТ 22733-2002 Грунты. Метод лабораторного определения максимальной плотности

СНиП РК 5.01-01-2002 Основания зданий и сооружений

СН РК 5.01-06-2002 Фундаменты в вытрамбованных котлованах. Расчет и проектирование

СН РК 5.01-07-2002 Фундаменты в вытрамбованных котлованах. Правила производства и приемки работ

 

Определения И обозначения

 

       - число пластичности грунта

ρ_s         - плотность скелета грунта, т/м³

     - минимально допустимое расстояние между фундаментами, м

         - ширина фундамента, равная ширине котлована на глубине 0,5 , м

       - высота фундамента, равная глубине вытрамбовывания котлована, м

       - толщина уширения котлована, выполненная путем втрамбовывания в его дно жесткого материала, м

     - коэффициент уплотнения грунта

       - угол конусности нижней части трамбовки, градус

         - количество ударов трамбовки за весь цикл разработки котлована

        - количество ударов трамбовки, необходимых для вытрамбовывания уширения котлована, заполненного жестким материалом

                    -средняя величина понижения глубины котлована за один удар трамбовки, м

       - оптимальная влажность грунта

      - влажность грунта на границе раскатывания

       - природная влажность грунта

      - влажность грунта на границе текучести

        - расчетная вертикальная нагрузка, передаваемая на фундамент, кН

        - поправка на надежность несущей способности грунтов на расчетную вертикальную нагрузку

                    - количество воды, необходимое для получения оптимальной влажности грунта, м³

                    - глубина уплотнения грунта, м

       - плотность воды, т/м³

   - расчетная несущая способность фундамента и грунтов основания при действии вертикальной сжимающей нагрузки, кН

       - расчетная приведенная горизонтальная нагрузка, передаваемая на фундамент, кН

   - расчетная несущая способность фундамента и грунтов основания при действии горизонтальных нагрузок, кН

       - изгибающий момент сил, действующих по оси на фундамент относительно центра тяжести его верхнего сечения, кН м

        - высота фундамента, равная глубине высоты вытрамбовывания котлована, без учета высоты его нижней заостренной части, м

        - совместная осадка фундамента и основания, м

       - предельно допустимое значение совместной осадки фундамента и основания, м

       - просадка грунта основания, м

        - толщина подсыпки, м

                     - крен фундамента, градус

                    - предельно допустимый крен фундамента, градус

        -глубина однослойной сжимаемой толщи грунтов основания под фундаментом, м

                    - толщина уплотненной зоны грунтов основания под фундаментом без уширения, м

        - то же под фундаментом с уширением, м

      - глубина двухслойной толщи грунтов основания под фундаментом, м

       - радиус уширения, м

       - коэффициент формы уширения

       -объем жесткого материала, втрамбованного в дно котлована, м³

                    - радиус уплотненной зоны грунта, м

        - поправка по уплотнению грунта к радиусу уплотненной зоны

 и      -краевые давления на уплотненный грунт под подошвой условного фундамента, кПа

                    - расчетное сопротивление грунтов основания, кПа

        -давление в 100 кПа

                    - вес фундамента, кН

       - площадь поперечного сечения фундамента на глубине 0,5, м²

         - реактивное давление грунтов, расположенных по боковой поверхности фундамента, кПа

        - коэффициент формы фундамента в плане

       -высота фундамента, равная глубине вытрамбовывания котлована, м

                     - коэффициент, равный 60 кПа

                     - коэффициент, равный 0,4

       - среднее давление на грунт под подошвой фундамента, кПа

       - расчетное сопротивление уплотненного грунта, кПа

       - расчетное сопротивление грунта, подстилающего уплотненную зону, кПа

g_cl        - коэффициент условий работы грунта, располагаемого по боковой поверхности фундамента

g_с2        - коэффициент условий работы фундамента

        - уклон боковых стенок фундамента

        - модуль деформации неуплотненного просадочного грунта, кПа

       - площадь поперечного сечения грунтов уплотненной зоны, м²

       - поправка на просадочное давление

      - вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне кровли подстилающего слоя, кПа

 - то же на уровне подошвы фундамента, кПа

                     - ширина трамбовки понизу

       - расчетное сопротивление грунтов подстилающего слоя, кПа

                    - поправка на расчетное сопротивление просадочного грунта

       - показатель полного водонасыщения грунтов

       - расстояние от верха котлована до уровня низа уширения, м

      - несущая способность фундамента, определенная с учетом сил сопротивления жесткого материала уширения, кН

      - то же с учетом сил сопротивления уплотненного грунта, кН

      - то же с учетом сил сопротивления грунта, подстилающего уплотненную зону, кПа

      - расчетное сопротивление материала уширения, кН

                    - площадь подошвы фундамента, м²

      - площадь поперечного сечения уширения из жесткого материала, м²

       - периметр поперечного сечения фундамента на глубине 0,5 , м

                    - расчетное сопротивление уплотненного грунта, расположенного по боковой поверхности фундамента, кПа

        - коэффициент, определяемый по снижению расчетного сопротивления

      - фактическая степень выщелачивания солей в грунтах под подошвой ФВК

       - степень рассоления грунтов

       - показатель текучести грунта

       - расчетное сопротивление подстилающего слоя грунта, кПа

      -средняя плотность сухого грунта в пределах уплотняемой зоны, т/м³

       -средняя плотность сухого грунта в пределах толщи от отметки вытрамбовывания до нижней границы уплотненной зоны, т/м³

       - начальное просадочное давление грунта подстилающего слоя, кПа

     - полная влагоемкость грунта

       - объем зоны увлажнения грунта, определяемый по результатам опытных работ по устройству ФВК или опыта увлажнения грунтов, м³

       - расчетное горизонтальное перемещение верха фундамента, определенное по результатам полевых испытаний, м

       - предельно допустимый угол поворота верха фундамента, град.

       - момент сопротивления поперечного сечения фундамента на глубине 0,5, м³

        - реактивный отпор грунта по боковой поверхности фундамента, кПа

         - ширина трамбовки понизу, м

        - ширина трамбовки поверху, м

        - коэффициент условия работы фундамента, принимаемый равным 1

       - коэффициент условия работы уплотненного грунта

      - расчетное сопротивление уплотненного грунта, кПа

   - реологический коэффициент принимаемый равным 0,8

       - радиус уширения, выполненные из жесткого материала, м

         - радиус уплотнения грунтов, м

        - ширина уплотненной зоны, м

       - расстояние от поверхности вытрамбовывания котлована, до нижней границы уплотненной зоны, м

       - деформация грунтов естественной влажности под нагрузкой, м;

       - просадка грунтов под нагрузкой при кратковременном замачивании, м;

       - набухание грунтов под нагрузкой при кратковременном замачивании, м;

       - суффозионная осадка грунтов под нагрузкой при выщелачивании из них солей, м

- площадь подошвы условного фундамента, м²

 - ширина подошвы условного фундамента

        - ширина фундамента на глубине 0,25

         - угол внутреннего трения грунта, градус

         - поправка на реактивный отпор грунта

 

1 Общие положения

 

1.1 В практике строительства новых и реконструкции существующих зданий и сооружений, возводимых на просадочных засоленных грунтах (далее ПЗГ), все большее распространение получает технология устройства фундаментов в вытрамбованных котлованах. Сущность такой технологии заключается в том, что котлованы под фундаменты не разрабатываются, как обычно с помощью землеройной техники, а вытрамбовывается методом уплотнения грунта с использованием экскаваторов, кранов или тракторов, оснащенных навесным оборудовани­ем. Такое оборудование состоит из: рабочего органа - трамбовки; лебедки, служащей для ее подъема и сбрасы­вания; направляющей штанги, обеспечивающей падение трамбовки в одно и то же место; каретки, предназна­ченной для скольжения трамбовки по штанге. При подготовке котлованов небольших размеров применяют свае­бойный агрегат, в котором рабочим органом является молот.

1.2 Устройство ФВК производится после вертикальной планировки застраиваемой территории путем срезки и почвы и подсыпки грунта до нулевой отметки. Благодаря сочетанию в одном процессе операций по образованию котлована и уплотнению грунта основания, существенно уменьшаются объемы земляных работ, а при последую­щем бетонировании фундаментов враспор значительно сокращаются опалубочные работы. Наличие уплотнен­ной зоны не только под подошвой фундамента, но и вокруг его боковых стенок позволяет пересмотреть размеры ФВК в пользу сокращения при одной и той же нагрузке от здания или сооружения. Кроме того, применение ФВК, по сравнению с другими типами фундаментов, обеспечивает снижение расхода бетона, раствора, арматуры и опалубки, а также трудоемкости и стоимости строительства.

1.3 Разработаны и успешно применяются методы устройства столбчатых и ленточных прерывистых ФВК. Все большее распространение находят ФВК с уширенной нижней частью, получаемой путем втрамбовывания щебня, гравия, песчано-гравийной смеси или жесткого бетона в дно уже вытрамбованного котлована. Расширяется и об­ласть применения ФВК, в том числе разрабатываются защитные устройства для сейсмических районов и терри­торий, сложенных песчаными, водонасыщенными и просадочными грунтами.

1.4 Вытрамбовывание котлованов производится обычно на глубину 0,6 - 3 м падающей с высоты 3 - 12 м по направляющей штанге трамбовкой массой 1,5 - 7 т, имеющей форму будущего фундамента, либо с использова­нием молота сваебойного агрегата (при небольших размерах фундамента) с последующими их извлечением на дневную поверхность. После завершения вытрамбовочных операций в образованный в грунте основания котло­ван без установки опалубки заливается бетонная смесь либо монтируется арматурный каркас и производятся бетонные работы, или проводят монтаж и замоноличивание элементов сборного фундамента, имеющего иден­тичные с параметрами котлована форму и размеры.

1.5 В результате вытрамбовывания вокруг образующего при этом котлована создается зона уплотненной грунтовой среды (см. рисунок 1.1 а, б), в пределах которой происходит повышение объемного веса и модуля деформации грунта, улучшение его прочностных характеристик  и  и полное устранение суффозионных про­цессов, а следовательно просадки и суффозионного сжатия.

1.6 Нагрузка от зданий и сооружений, построенных на ФВК, передается на уплотненный грунт и далее на подстилающие грунты основания, благодаря чему вследствие снижения удельной нагрузки их просадка и суф­фозионное сжатие полностью исключается. Осадка ФВК в условиях воздействия грунтовых вод, обычно не пре­вышает 2 - 6 см. Дальнейшее повышение несущей способности ФВК достигается увеличением размеров котло­вана, а также устройством уширений в нижней и верхней частях фундамента.

1.7 По глубине заложения ФВК подразделяются на:

- малые фундаменты, у которых отношение глубины котлована к ширине среднего его сечения  менее 1,5 (см. рисунок 1.1 а);

- удлиненные фундаменты, для которых отношение  более 1,5 (см. рисунок 1.1 б).

По способу устройства ФВК применяются:

- обычные фундаменты, то есть без уширения основания с плоской или клиновидной формой подошвы (см. рисунок 1.1 а);

- уширенные фундаменты, создаваемые путем втрамбовывания в дно уже вытрамбованного котлована от­дельных порций щебня, гравия, песчано-гравийной смеси или жесткого бетона с последующим бетонированием свободного пространства (см. рисунок 1.1 б).

По взаимному расположению и характеру взаимодействия с грунтом основания ФВК подразделяются на:

- столбчатые отдельно стоящие и кустовые фундаменты, для которых их взаимное влияние друг на друга как при вытрамбовывании котлованов, так и при последующим нагружении весом здания или сооружения практичес­ки не проявляется;

- ленточные прерывистые фундаменты, устраиваемые в близрасположенных котлованах, и влияние которых друг на друга подлежит контролю как в процессе строительства, так и при эксплуатации (см. рисунок 1.2).

1.8 С учетом влияния динамического воздействия на близрасположенный от строящихся зданий или сооруже­ний объект ФВК следует устраивать при использовании трамбовки и молотов массой не более 7 т, с тем чтобы вытрамбовываемые котлованы располагались бы на расстоянии не менее:

- 10 м от существующих зданий и сооружений, находящихся в удовлетворительном состоянии и не имеющих трещин в несущих конструкциях;

- 15 м от существующих зданий и сооружений (имеющих трещины в несущих конструкциях), а также инженер­ных магистральных коммуникаций и разводящих сетей, выполненных из стальных, чугунных, бетонных, железо­бетонных, керамических, асбестоцементных и пластмассовых труб.

При массе трамбовки от 1,5 до 3 т эти расстояния могут быть уменьшены в 1,5 раза.

1.9 В проектах на строительство особо ответственных зданий и сооружений с использованием ФВК в не­достаточно изученных районах по возведению таких фундаментов должен предусматриваться гидрометериоло­гический, геофизический и геологический мониторинг в соответствии с требованиями «Руководства по наблюде­нию за деформациями фундаментов зданий и сооружений» [21]. Подлежащие контролю объекты устанавливают­ся проектной организацией и их показатели учитываются в расчете сметной стоимости строительства.

1.10 При подготовке раздела по нулевому циклу строительства для проектируемого здания или сооружения разраба­тывается технико-экономическое обоснование необходимости применения ФВК, включая расчеты по капитальным затра­там, эксплуатационным расходам, трудоемкости строительно-монтажных работ, общестроительной стоимости и так далее.

1.11 Возведение ФВК производится в строгом соответствии с особыми требованиями, регламентируемыми СНиП РК 1.03-05-2001 «Охрана труда и техника безопасности в строительстве» [9] и СН РК 5.01-07-2002 «Фун­да­менты в вытрамбованных котлованах. Правила производства и приемки» [13].

1.12 Средства испытаний, измерений, контроля и управления, применяемые при инженерных изысканиях, проектиро­вании и строительном мониторинге строящихся и эксплуатируемых объектов, должны подлежать проверке в установлен­ном порядке и соответствовать требованиям нормативных документов по метрологическому обеспечению.

 

 

 

Рисунок 1.1 Схемы фундаментов в вытрамбованных котлованах без уширенного

основания (а) и с уширенным основанием (б)

1 - фундамент; 2 - зона уплотнения; 3 - зона уширения

 

 

 

 

Рисунок 1.2 Схема ленточных прерывистых (а), сплошных (б) и арочных фундаментов в вытрамбованных котлованах

1 - фундамент; 2 - уплотненная зона грунта; 3 - уширение жесткого материала

 

2 Конструирование

 

2.1 При разработке проектов конструкций ФВК необходимо располагать следующими исходными данными:

а)         конструктивная схема объекта, здания, сооружения;

б)         показатели воздействия физических нагрузок на ФВК;

в)         структурно-механический и физико-химический состав грунтов основания, в том числе и степень их коррозионной активности;

г)         характеристика грунтовых вод, включая их статический и динамический напор, мощность водоносного слоя, глубина водоупорного слоя, коэффициенты фильтрации, физико-химический состав воды, в том числе и степень их агрессивности по отношению к металлам и бетонам;

д)         количество, расположение, форма и размеры фундаментов, расстояния между котлованами и их рядами;

е) геометрические размеры трамбовки или молота и энергетические показатели навесного оборудования;

ж) режим приложения ударной нагрузки при втрамбовывании жесткого материала в дно котлованов;

з) форма и размеры уплотненной зоны в грунтовой среде вокруг котлована;

и)        форма и размеры уширения котлована, заполняемого жестким материалом, вид, объем и количество порций последнего;

к)         физические и деформационно-прочностные характеристики уплотненного грунта основания под подошвой ФВК;

л) оптимальность влажного грунта, количество воды, необходимой для доведения влажности грунта до оптимальной;

м)        технико-экономические показатели производственного процесса возведения ФВК;

н)        особенности технологии строительного производства, требования техники безопасности и охраны труда, эргономические и экологические показатели, правила контроля и приемки работ.

2.2 Для особо ответственных объектов, возводимых на территориях с не имеющими в строительной практике аналогов грунтовыми условиями в отношении практического опыта по использованию ФВК, должны быть организованы тщательно подготовленные геодезические наблюдения за осадками фундаментов существующих зданий и сооружений.

2.3 Для каркасных зданий и сооружений ФВК проектируются согласно [12, 13], исходя из плана размещения несущих конструкций, колонн и опор. Проектирование бескаркасных объектов ведется с учетом необходимости размещения фундаментов по осям несущих стен и в местах их пересечения. Расстояния между фундаментами следует при этом назначать с учетом таких параметров, как:

- нагрузки на ФВК;

- конфигурация расположения и другие особенности несущих конструкций;

- длина и показатели прочности, жесткости и деформативности панелей цокольного этажа и технического подполья;

- минимально допустимые расстояния между ФВК.

При пересечении длинных стен короткими, как показано на рисунке 2.1, если длина короткого участка не превышает 1,5 м, то в этом месте рекомендуется устраивать один общий фундамент.

Минимально допустимые расстояния  между соседними фундаментами определяются по данным уст­ройства ФВК в аналогичных геологических условиях или по результатам опытных работ, проводимых согласно требованиям СН РК 5.01-07-2002 [13].

При отсутствии информации по ФВК-аналогам и опытных данных величину  рекомендуется принимать равной:

- 3 (в осях) - для ФВК с уширенным основанием, где  - ширина фундамента, равная соответствующей ширине котлована на глубине 0,5  ( - высота ФВК, равная глубине вытрамбовывания котлована);

- 2 (в свету поверху) - для отдельно стоящих фундаментов, выполненных без уширения основания;

- 0,8 (в свету поверху) - для ФВК, применяемых при устройстве ленточных прерывистых фундаментов, вытрамбовывание и бетонирование котлованов для которых выполняется в один этап;

- 0,5 (в свету поверху) - для ФВК, применяемых при устройстве ленточных прерывистых фундаментов, вытрамбовывание и бетонирование котлованов для которых выполняется в два этапа.

Минимально допустимое расстояние  при устройстве ФВК с втрамбованным в котлован жестким мате­риалом рекомендуется принимать равным 1,5 (в осях).

2.4 Как показано на рисунке 2.2, там, где расположены деформационные швы несущих конструкций, устраи­ваются общие спаренные или раздельные ФВК.

2.5 Сопряжение опорных частей колонн с отдельно стоящими и кустовыми ФВК осуществляется посредством стаканов, анкерных болтов и плит. Опирание же фундаментных балок производится непосредственно на верхнюю часть ФВК с использованием для этого гнезд или уступов.

2.6 При применении ФВК ленточного прерывистого типа их подземная часть должна включать:

а) для кирпичных и крупноблочных объектов - сборные бетонные блоки, укладываемые на верхнюю часть фундаментов либо железобетонные перемычки (балки), монтируемые с помощью гнезд или уступов в ФВК;

б) для крупнопанельных зданий - цокольные панели или панели технического подполья, располагаемые не­посредственно на верхней поверхности фундаментов;

в) в случае устройства высокорасположенного железобетонного ростверка его и стойки заделывают в фунда­ментные стаканы.

2.7 Использование сплошных ленточных и арочных ФВК связано с тем, что несущие конструкции здания или сооружения опираются непосредственно на фундаменты, ростверки или сборные блоки.

 

 

Рисунок 2.1 Схема фундамента в вытрамбованном котловане на пересечении стен

1 - фундамент; 2 - ростверк; 3 - стена; 4 - уширение из жесткого материала

 

 

 

 

Рисунок 2.2 Схемы общего (а), спаренного (б) и отдельных (в) фундаментов в вытрамбованных котлованах

1 - фундамент; 2 - стакан; 3 - ростверк; 4 - уширение из жесткого материала; 5 - стена

 

3 Проектирование

 

3.1 В настоящем нормативном документе приводится описание методов расчета несущей способности от­дельно стоящего ФВК. При этом в отличие от известных методов предлагается более полный учет физических нагрузок на проектируемые фундаменты, ориентированный на грунтовые условия территории Казахстана в со­поставлении с соответствующими нормативными показателями предельно-допустимых деформаций.

3.2 Исходными данными для проектирования ФВК служат:

а) планы и разрезы зданий и сооружений с определением расчетных нагрузок на фундаменты, привязка объекта к местности в плане и по высоте, схема расположения транспортных и инженерных коммуникаций;

б) материалы предпроектных инженерно-геологических изысканий, включающие стратиграфические разрезы и колонки, структурно-механические и физико-химические характеристики грунтов, данные по их просадочности и сжимаемости, прочности, пористости, водопроницаемости, типу грунтовых условий, наличию и фактическим параметрам грунтовых вод и так далее.

3.3 В состав проектно-технической документации по ФВК следует включать:

1) план подготовки котлованов под фундаменты с указанием всех основных геометрических размеров и геодезических отметок;

2) количество и характеристику машин, механизмов и оборудования, предназначенных для вытрамбовывания котлованов, в том числе производственно-технические параметры трамбовок (размеры, форма, высота сбрасы­вания, частота ударов и так далее);

3) данные по степени влажности грунтов, рекомендуемой для оптимизации процесса вытрамбовывания котлова­нов, а при необходимости результаты расчетов по повышению или снижению фактической влажности грунтов;

4) расчет уплотненной зоны, образующейся при вытрамбовывании котлованов, исходя из статических и дина­мических характеристик ударного оборудования;

5) минимально допустимые расстояния между ФВК;

6) спецификацию на основные и вспомогательные строительные конструкции, изделия, элементы и материалы;

7) размеры уширения, объем и количество порций жесткого материала, подлежащего втрамбованию в дно котлована;

8) расчет прочностных характеристик и модуля деформации уплотненных грунтов, проектные нагрузки на грунты основания и на фундаменты;

9) пооперационную блок-схему программы производства работ с технологическими картами на устройство ФВК, особые требования по процессу строительства, мониторингу производственных операций, охране труда и технике безопасности, а также сдаче объекта заказчику;

10) программу проведения контрольных статических и динамических испытаний, необходимых в случае от­сутствия опытных данных по аналогичным объектам для данной местности.

3.4 Подготовка котлованов для фундаментов здания или сооружения производится до нулевой отметки, яв­ляющейся исходной для расчета проектных параметров ФВК. Вертикальная планировка площадки строительства выполняется под один уровень, либо с несколькими уступами в соответствии с конструктивными особенностями объекта. В этот период с подготавливаемой площадки полностью убирается растительный слой грунта и насып­ной материал с содержанием растительных остатков более 0,05 по весу. При излишней толщине растительного и насыпного слоев грунта, а также при значительном уклоне земной поверхности планировка завершается подсыпкой и выравниванием глинистого материала, имеющего оптимальную для данных условий строительства влажность. Далее производится уплотнение подсыпанных грунтов укаткой тракторами и бульдозерами до плот­ности скелета 1,55 - 1,6 т/м³. Если производить уплотнение дальше, то эффективность вытрамбовывания котло­ванов снижается.

3.5 Толщина подсыпки , выполняемой согласно п.3.4, не должно превышать ее величины, рассчитываемой по формуле:

 

, м,                                                                                                          3.1)

 

где  - глубина вытрамбовывания котлована, м;

 - ширина вытрамбованного котлована в его среднем по глубине сечении, м;

 - толщина уширения, произведенного путем втрамбовывания в дно котлована жесткого материала, м.

Коэффициент уплотнения грунта в зоне уширения должен быть не менее 0,95. Не рекомендуется, чтобы со­лесодержание грунтов, используемых для подсыпки, превышало 0,5%.

3.6 Столбчатые ФВК следует проектировать монолитными, выполняемыми путем бетонирования котлованов враспор и с устройством опалубки только для стаканов или элементов, служащих для опирания колонн и фун­даментных балок. Кирпичные и блочные стены соединяются с ФВК с помощью монолитных ростверков ленточно­го типа, а также фундаментных балок.

3.7 При минимальном расстоянии в свету поверху между ФВК  более 2 м фундаменты следует рассмат­ривать как отдельно стоящие, а менее 2 м - как ленточные прерывистые. Причем выбор шага (расстояния между центрами) фундаментов обусловлен перемещением грунта основания при вытрамбовывании котлованов по вер­тикали и горизонтали, что зависит от:

а) глубины котлованов;

б) вида, объема и состава жесткого материала, втрамбовываемого в дно котлована;

в) плотности скелета грунтов;

г) влажности грунтов;

д) производственно-технической характеристики ударного оборудования (размеров, формы и массы трамбов­ки, высоты сбрасывания и так далее).

Перед освоением новых объектов строительства на недостаточно изученных и неосвоенных территориях, на­ряду с лабораторными и пилотными испытаниями на опытном полигоне, должен отрабатываться полный произ­водственный цикл возведения ФВК данной модификации с ориентацией на минимально допустимые расстояния между фундаментами.

3.8 При отсутствии опытных данных ориентировочно минимальные расстояния в свету поверху между ФВК  следует принимать для ленточных прерывистых, равными (0,8 - 1,2) , а для отдельно стоящих - 2. Для ФВК с уширенным основанием  в осях не должно превышать 3.

3.9 Минимальную глубину вытрамбованных котлованов с учетом обратной засыпки необходимо назначать, исходя из расчетной глубины заложения ФВК и их связи с каналами, туннелями, приямками, лотками, коробами и другими элементами инженерных коммуникаций согласно СН РК 5.01-06-2002 [12]. При прокладке последних от фундаментов на расстоянии в свету не менее  глубина вытрамбовывания котлованов назначается большей глубины их заложения.

3.10 Форму, массу и размеры трамбовки выбирают в зависимости от расчетных параметров ФВК, грунтовых условий и возможностей базового механизма. В плане трамбовки могут иметь квадратную, прямоугольную, круглую, шести- или восьмиугольную форму с плоской или заостренной нижней частью, угол конусности которой составляет от 45 до 90º. Длина трамбовки должна превышать глубину вытрамбовывания котлована на 10 - 20 см. Ее масса назначается, исходя из условия, чтобы удельное статическое давление составляло бы не менее 0,05 МПа. Высота сбрасывания трамбовки принимается в зависимости от особенностей проектируемых ФВК от 3 до 12 м.

Количество ударов трамбовки , необходимых для устройства котлована, ориентировочно определяется по формуле:

 

,                                                          (3.2)

           

где  - коэффициент, принимаемый для грунтов с оптимальной плотностью и влажностью равным 0,7 - 1,5;

 - средняя величина углубления котлована за один удар трамбовки, составляющая для их модификации с заострением понизу 0,15 м, а с плоской ударной частью 0,1 м.

Ориентировочное количество ударов трамбовки , необходимых для втрамбовывания уширения котлована, заполненного жестким материалом при условии увлажнения грунта, составляет:

 

,                                                                                          (3.3)

 

где  - толщина уширения из жесткого материала, м.

3.11 Вытрамбовывание котлованов рекомендуется производить при влажности грунтов, близкой к оптималь­ной, то есть при отклонении от нее не более, чем на ± 0,02.

Оптимальная влажность грунтов  ориентировочно находится по формуле:

 

,  (3.4)

 

где  - влажность грунта на границе раскатывания.

Необходимое количество воды , требующейся для достижения оптимальной влажности грунтов:

 

м³, (3.5)

 

где  - среднее значение плотности грунта в сухом состоянии в условиях его природного залегания в пределах зоны увлажнения, т/м³;

 - полная влагоемкость грунта;

 - объем зоны увлажнения грунта, определяемый по результатам опытных работ по устройству ФВК или опыта увлажнения грунтов, м³;

 - плотность воды, т/м³.

При отсутствии результатов опытных работ и опыта увлажнения грунтов допускается объем зоны увлажнения определять по формуле:

 

, м³, (3.6)

 

где  - расстояние от поверхности вытрамбовывания котлована до нижней границы уплотненной зоны под ним, м;

 - площадь поперечного сечения уплотненной зоны, м².

4 Расчет модификаций ФВК и их оснований

 

4.1 Определение проектных параметров фундаментов в вытрамбованных котлованах и их оснований произ­водится согласно СН РК 5.01-06-2002 [12] по двум предельным состояниям:

- для первой модификации (без втрамбовывания жесткого материала) - по прочности бетона фундаментов и ростверков, несущей способности грунтов основания, устойчивости подземной конструкции;

- для второй модификации (с втрамбовыванием в дно котлована жесткого материала) - по крену фундаментов и осадкам основания.

4.2 Физические нагрузки и воздействия, подлежащие расчету при проектировании ФВК, коэффициенты на­дежности и сочетания нагрузок определяют в соответствии с рекомендациями СНиП 2.01.07-85* [3].

4.3 Проектирование ФВК и их оснований выполняется с учетом справочных значений физических характеристик материалов грунтов и фундаментов, принимаемых согласно требованиям СНиП 2.03.01-84* [1] и СНиП РК 5.01-01-2002 [11]. То же самое относится к расчетам ФВК по прочности материалов грунтов и фундаментов.

4.4 При проектировании ФВК по несущей способности грунтов основания необходимо выполнение расчетов по:

- действию на фундаменты и основание вертикальных нагрузок;

- действию на них горизонтальных нагрузок и изгибающих моментов.

Расчеты в первом случае выполняются, исходя из условия, что:

 

, кН, (4.1)

где  - расчетная вертикальная нагрузка, передаваемая на фундамент, кН;

 - проектная несущая способность грунтов основания, то есть несущая способность ФВК при воздействии вертикальной нагрузки, определяемая расчетами, либо по результатам полевых испытаний, кН;

 - коэффициент надежности для грунтов основания, принимаемый равным:

- 1 - при использовании результатов полевых испытаний;

- 1,4 - при определении несущей способности фундамента, на основе расчетов.

4.5 Проектирование ФВК по несущей способности грунтов основания при действии горизонтальных нагрузок, изгибающих моментов сечений и поперечных сил следует вести, исходя из условия:

 

, (4.2)

 

где  - расчетная приведенная горизонтальная нагрузка на фундамент, кН;

 - расчетная несущая способность грунтов основания, называемая далее несущей способностью ФВК и определяемая согласно рекомендациям СНиП РК 5.01-01-2002 [11] и СН РК 5.01-06-2002 [12], кН.

Расчетную приведенную нагрузку  на фундамент находят из выражения:

, кН, (4.3)

где  - сумма горизонтальных сил, действующих на фундамент по рассматриваемой оси, кН;

 - сумма изгибающих моментов сил, приложенных к сечениям фундамента по рассматриваемой оси относительно центра тяжести сечения верха фундаментной конструкции, кНм;

 - высота фундамента, равная глубине вытрамбовывания котлована без учета глубины его заостренной части, м.

4.6 Проверка ФВК и их оснований на устойчивость производится в соответствии с требованиями              СНиП РК 5.01-01-2002 [11].

Такие расчеты выполняются в тех случаях, когда:

- фундаменты располагаются на откосах или вблизи них;

- приведенные горизонтальные нагрузки, действующие на фундаменты, превышают приведенные вертикаль­ные .

4.7 Расчет ФВК и их оснований по появляющихся в результате осадки деформациям и крену выполняется, исходя из следующих условий:

 

, (4.4)

 

, (4.5)

 

, (4.6)

 

где  - совместная осадка фундамента и основания, м;

 - предельно допустимое значение совместной осадки фундамента и основания, м;

 - просадка грунта основания, м;

 - крен ФВК, град.;

 - предельно допустимое значение крена фундамента, град.

4.8 Расчеты предельно допустимых значений горизонтального перемещения  и углов поворота  ФВК следует производить на проверку условий:

, (4.7)

 

, (4.8)

 

где ,  - горизонтальное перемещение и угол поворота верхней части фундамента, определяемые по ре­зультатам полевых испытаний, м, град.

4.9 Расчеты деформаций ФВК и их оснований рекомендуется выполнять с применением графической схемы линейно-деформируемого полупространства с условным ограничением глубины сжимаемой толщи грунтов вели­чиной . При этом грунты основания под ФВК рассматриваются в виде условной двухслойной зоны, состоящей из уплотненного грунта и неуплотненного грунта общей толщиной :

 

, (4.9)

 

, (4.10)

 

где  - толщина уплотненной зоны грунта под фундаментом без уширения основания, м;

 - то же под фундаментом с уширенным основанием, м.

Деформация ФВК и их оснований определяются с учетом размеров уплотненной зоны грунта и уширения низа котлованов, выполняемого с использованием подсыпки жесткого материала. Формы и размеры уплотненной зоны грунта и уширения находятся по результатам опытных работ, производимых в соответствии с рекомендациями СН РК 05.01-07-2002 [13].

4.10 Для ФВК без уширенного основания плоская форма уплотненной зоны грунта в вертикальном сечении принимается в виде эллипса, а ее параметры устанавливаются по таблице 4.1 (см. схему фундамента на ри­сунке 1.1).

 

Таблица 4.1

 

 

4.11 Для удлиненных ФВК с уширением, выполненным путем вдавливания в дно котлована жесткого мате­риала, форма уширения в горизонтальной плоскости принимается в виде круга или эллипса. Рекомендации по расчету таких фундаментов сведены в таблицы 4.2 - 4.4.

 

Таблица 4.2

 

 

Таблица 4.3

 

 

Для промежуточных значений  и  величина коэффициента  находится интерполяцией.

Параметры  и  - толщина и радиус уширения показаны на рисунке 1.1. Данные, приведенные в таблице 4.2 следует использовать при проектировании ФВК с заостренной нижней частью.

Радиус уширения, выполняемого путем втрамбовывания жесткого материала в дно котлована, определяется по формуле:

 

м,                                                                                                                    (4.11)

 

где  - коэффициент формы уширения котлована, принимаемый по данным таблицы 4.2;

 - объем жесткого материала, втрамбованного в дно котлована, м³.

Коэффициент  используется при проектировании ФВК, если центр расширения находится на расстоянии 0,5 от нижней отметки заостренной части котлована, где  это глубина этой части.

Если величина , рассчитанная по формуле (4.11), будет более 0,5 ( - ширина трамбовки понизу), то следует ориентироваться на выражение:

 

.                                                                                                                           (4.12)

 

Глубина уширения  котлована при известном радиусе  устанавливается, исходя из данных таблицы 4.2.

Радиус уплотненной зоны грунта  определяется по формуле:

 

,м,                                                                                                                        (4.13)

где  - коэффициент, принимаемый по таблице 4.3.

Толщина уплотненной зоны грунта , как расстояние от низа уширения до нижней границы уплотненной зоны, составляет:

, м.                                                                                                                     (4.14)

 

4.12 Деформации ФВК неглубокого заложения без уширения и их оснований должны рассчитываться из условий, что:

,                                                                                                                        (4.15)

 

,                                                                                                                            (4.16)

 

где  и  - краевые давления под подошвой фундамента, кПа;

 - расчетное сопротивление грунта основания кПа;

 - давление, равное 100 кПа.

Показатели краевых давлений под подошвой фундаментов определяются по формуле:

 

кПа,                                                                             (4.17)

 

где  - расчетная вертикальная нагрузка, передаваемая на фундамент, кН;

 - вес фундамента, кН;

 - площадь поперечного сечения ФВК на глубине 0,5, м²;

 - сумма изгибающих моментов сил относительно подошвы фундамента, кНм;

 - реактивное давление грунта на боковую поверхность тела ФВК, кПа;

 - ширина фундамента, равная ширине котлована на глубине 0,5, м;

 - высота ФВК, равная глубине вытрамбовывания котлована, м;

 - момент сил сопротивления в поперечном сечении ФВК на глубине 0,5, кНм.

Реактивное давление грунта для монолитных ФВК составит:

 

, кПа,                                                                                                         (4.18)

 

где  - коэффициент формы фундамента, принимаемый равным: для ФВК прямоугольной и квадратной форм в плане - 1; шести- и восьмигранной - 0,75; круглой формы - 0,65; с консолями -1,05;

,  - поправочные коэффициенты составляющие 60 кПа и 0,4;

 - среднее давление на фундамент, равное:

 

, кПа.

 

Величину реактивного давления грунта находят по результатам полевых испытаний.

4.13 Расчетное сопротивление грунта основания  определяют по наименьшему значению показателей  и , где  - это сопротивление уплотненного грунта, принимаемое согласно СНиП РК 5.01-01-2002 [11], а  - сопротивление грунта, располагаемого в уплотненной зоне под подошвой ФВК. В случае, когда в качестве подстилающего слоя служат просадочные грунты, то сопротивление  подстилающего уплотненную зону грунта находят по формуле:

кПа,                                                                                           (4.19)

где  - поправочный коэффициент, принимаемый равным 1,5 или 1,2 в зависимости от компрессионных и штамповых испытаний;

 - начальное просадочное давление грунтов подстилающего слоя, кПа;

 - вертикальное напряжение от собственного веса грунта на кровле подстилающего слоя, кПа;

 - вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента, кПа;

 - поправочный коэффициент, принимаемый по рекомендациям СНиП РК 5.01-01-2002 [11].

Если под уплотненной зоной ФВК залегают непросадочные грунты, то расчетное сопротивление  также оп­ределяется по формуле (4.19), однако вместо произведения  в нее вводится показатель  (расчетное сопротивление грунта подстилающего слоя по данным того же СНиП РК 5.01-01-2002 [11]). При этом однако сле­дует учитывать, что сопротивления  и  не должны превышать максимальных значений расчетного сопро­тивления, приведенных в таблице 4.4.

 

Таблица 4.4

 

 

Для промежуточных значений  от 0,8 до 1,4 расчетные сопротивления находятся интерполяцией.

4.14 Определение деформаций ФВК и их оснований, сложенных просадочными грунтами, производится по состоянию их влажности, которая рассчитывается по условиям полного водонасыщения грунтовой среды при   не менее 0,8. Модуль деформации подстилающего слоя водонасыщенных грунтов в этом случае оценивается в интервале давления от 0 до  .

4.15 Расчет деформаций ФВК при использовании уширенного путем втрамбовывания в дно котлована жест­кого материала следует производить как для «условного фундамента». Для этого площадь каждого ФВК прини­мается равной площади поперечного сечения уширения, которая рассчитывается по формуле 4.22, а высота идентична расстоянию  от поверхности котлована до отметки нижней части уширения.

4.16 Несущая способность ФВК с уширением из жесткого материала при действии вертикальной сжимающей нагрузки  находится как наименьшее значение одного из трех параметров, которые рассчитываются по сле­дующим формулам:

, кН,   (4.20)

 

кН,   (4.21)

 

кН, (4.22)

 

где  - коэффициент условия работы фундамента, принимаемый равным 1;

 - расчетное сопротивление жесткого материала уширения, составляющее для щебня и гравия 10 МПа, а для крупного песка 5 МПа;

 - площадь подошвы фундамента, м²;

 - коэффициент условий работы уплотненного грунта, определяемый по таблице 4.5;

 - расчетное сопротивление уплотненного грунта, принимаемое для глинистых грунтов по таблице 4.6, кПа;

 - площадь поперечного сечения уширения, заполненного жестким материалом:

 

, м²,                                                                                                                   (4.23)

 

 - глубина вытрамбованного котлована, м;

 - периметр поперечного сечения котлована на глубине 0,5 , м;

f_i - расчетное сопротивление уплотненного грунта по боковой поверхности ФВК, принимаемый для пылевато-глинистых грунтов по таблице 4.6, кПа;

 - коэффициент условий работы уплотненного грунта по боковой поверхности ФВК грунта, принимаемого равным 0,8;

 - уклон боковых стенок фундамента;

 - модуль деформации неуплотненного грунта, залегающего в верхней части ФВК, определяемый по результатам компрессионных испытаний грунта, находящегося в водонасыщенном состоянии, кПа;

 - коэффициент условий работы фундамента, составляющий 0,5;

 - реологический коэффициент, принимаемый равным 0,8;

 - радиус уширения, выполненного из жесткого материала, определяемый по формуле (4.11), м;

 - площадь поперечного сечения уплотненной зоны грунтов, при их небольших размерах следует рассчитывать из выражения:

, м²;

 

 - радиус уплотнения, м;

 - расчетное сопротивление грунта, подстилающего уплотненную зону, кПа.

 

Таблица 4.5

 

 

Таблица 4.6

 

 

Для непросадочных грунтов расчетное сопротивление  находится по рекомендациям СНиП РК 5.01-05-2002 [11], а для просадочных грунтов по формуле:

, кН,                                                                                                                   (4.24)

 

где  аналогичны формуле (4.19).

4.17 Несущая способность ФВК без уширения при действии вертикальной сжимающей нагрузки определяется по наименьшему значению  и . Несущая способность такого фундамента  находится по формуле (4.21) при соблюдении следующих требований:

а) площадь поперечного сечения  заменяется на площадь опирания фундамента ;

б) расчетное сопротивление уплотненного грунта , принимаемый по таблице 4.6, в зависимости от глуби­ны вытрамбовывания котлована .

Несущая способность фундамента без уширения  рассчитывается по формуле (4.23), в которой площадь поперечного сечения уплотненной зоны  находится по формуле:

 

, м²,                                                                                                                    (4.25)

где  - ширина уплотненной зоны, м.

4.18 Несущая способность ФВК с уширением при действии горизонтальной нагрузки и изгибающего момента сил составляет:

, кН,                                                                                                        (4.26)

 

где  - коэффициент условий работы фундамента, принимаемый равным 0,8;

 - реактивное давление грунта по боковой поверхности ФВК, кПа;

 - ширина фундамента, равная ширине котлована на глубине 0,5, м;

 - высота фундамента, равная глубине вытрамбовывания котлована, без учета его заостренной части, м.

 

5 Особенности устройства, проектирования и расчета ФВК в засоленных грунтах

 

5.1 Подготовка фундаментостроительных работ

5.1.1 В состав предпроектных инженерно-геологических изысканий на территориях, сложенных ПЗГ, следует предусмотреть проходку разведочных скважин или шурфов по каждому проектируемому объекту и на такую глубину, чтобы они полностью захватили пласты засоленных грунтов и подстилающих слоев (на глубину не менее 1 м для скальных пород и - 3 м для нескальных). При устройстве таких скважин и шурфов через каждые 0,5 - 1 м их глубины производится отбор образцов грунта ненарушенной структуры (монолита), затем в полевых и стационарных условиях определяются структурно-механические и физико-химические характеристики.

5.1.2 Оценка процессов растворения и выщелачивания, происходящих в отобранных пробах, сопровождается изучением не только грунтов, но и грунтовых вод. Исследование степени агрессивности последних по отношению к материалу фундаментов и других подземных частей зданий и сооружений проектируемых в районе изысканий обязательно.

5.1.3 Спецификой засоленных грунтов как раз является их повышенная коррозионная активность по отношению к металлам, бетонам и другим видам строительных материалов. Поэтому при устройстве ФВК в таких грунтах необходимо предусмотреть комплекс мер по надежной защите строительных конструкций от агрессивного воздействия грунтовой среды. Исследования последних лет, выполненные КарГТУ в Казахстане, в странах дальнего и ближнего зарубежья на территориях, сложенных ПЗГ и перспективных для развития строительства, выявили богатые возможности технологий новых поколений, обеспечивающих надежную, высокоэффективную, экономичную и экологически безопасную защиту проектируемых зданий и сооружений.

Так, в частности, предложены уникальные конструктивные решения, технические средства, способы и прие­мы в рассматриваемой области по возведению ФВК и других типов фундаментов в засоленных грунтах. Разрабо­таны также и новейшие технологии, обеспечивающие повышение несущей способности, прочности, жесткости и долговечности как фундаментов так и грунтовых оснований. Наиболее распространенными являются сегодня трубы, пленки, оболочки и покрытия, изготовленные из синтетических материалов, нефтебитуминозных пород, силиката натрия и других компонентов и их смесей, системы эффективного дренирования подземной части строящихся и реконструируемых зданий и сооружений, а также современные метрологические средства, позволяющие изучать и контролировать поведение этих объектов на всем протяжении их проектирования, возведения и эксплуатации.

5.1.4 Для облегчения освоения проектов ФВК последних поколений введем следующую их классификацию:

а) без уширения нижней части фундамента;

б) с уширением;

в) с уширением, выполненным путем втрамбовывания в дно котлована жесткого материала и применением перечисленных в п.5.1.3 защитных мер, предназначенных для исключения негативного влияния грунтовой среды на материал фундамента.

5.1.5 Одним из вариантов апробированной на ряде объектов Казахстана вариантов антикоррозионной защи­ты ФВК, выполненных без уширения, является заполнение подготовленного котлована нефтебитуминозными по­родами, кироминеральными либо асфальтобетонными смесями и повторное вытрамбовывание до заданной глу­бины. После этого производятся арматурные работы и бетонирование котлована (см. рисунок 5.1 а).

5.1.6 ФВК с уширенной нижней частью устраивается аналогично, но с тем условием, чтобы после первичного вытрамбовывания в дно котлована порционно втрамбовывается жесткий материал (щебень, гравий, песчано-гра­вийная или бетонная смеси), после чего котлован заполняется изоляционным материалом (по п.5.1.5), заново вытрамбовывается и бетонируется (см. рисунок 5.1 б).

Другим способом является изготовление фундаментной оболочки (см. рисунок 5.2). В этом случае в дно под­готовленного вытрамбовыванием котлована также на заданную глубину втрамбовывается жесткий материал, за­тем в образовавшуюся выемку укладывают слой нефтебитуминозных пород, кироминеральных либо асфальто­бетонных смесей. Далее с помощью трамбовки создают оболочку фундамента, в которую помещают арматурный каркас, после чего производятся бетонные работы и возведение ФВК завершается.

 

5.2 Технология возведения ФВК, снабженных противо-коррозионной защитой

5.2.1 В связи с тем, что использование нефтебитуминозных пород (НБП) и кироминеральных смесей (КМС) находит наибольшее распространение в современной строительной практике для защиты фундаментов зданий и сооружений от агрессивной твердой и жидкой среды, то именно такие методы и легли в основу раздела 5 настоя­щего нормативного документа.

Технологический процесс строительства ФВК включает следующие операции:

а) разметка и разработка котлованов путем их вытрамбовывания в намеченных проектом участках застраи­ваемой территории;

б) заполнение подготовленных выемок жестким материалом;

в) втрамбовывание этого материала в дно котлованов;

г) заполнение вновь образовавшегося в котлованах свободного пространства НБП или КМС;

д) втрамбовывание изоляционного материала в дно и стенки котлована;

е) монтаж арматурного каркаса, закладных элементов, формирование стаканов, уступов, пазов и так далее;

ж) бетонирование котлованов, уплотнение бетонной смеси и уход за бетоном;

з) визуальная и метрологическая проверка результатов всего цикла фундаментостроительных работ.

5.2.2 При устройстве ФВК без уширения по п.5.2.1 выполняются только операции: а, г, д, е, ж, з, а б и в не производятся.

5.2.3 Возведение комбинированного фундамента также осуществляется согласно п.5.2.1, однако после опе­рации г производятся дополнительные работы по заполнению котлована щебнем на 2/3 его объема, после чего остальные операции ведутся без изменения.

 

 

 

Рисунок 5.1 - Возведение ФВК с применением антикоррозионной защиты

а) без уширения; б) с уширением

1 - зона уплотнения; 2 - антикоррозионная защита; 3 - фундамент; 4 - уширение из жесткого материала;

 

Рисунок 5.2 - Вытрамбование защитной оболочки из нефтебитуминозных пород (киров)

а) заполнение вытрамбованного котлована кирами; б) вытрамбование трамбовкой киров до получения защитной оболочки; в) извлечение трамбовки из котлована

1 - киры; 2 - уширение; 3 - трамбовка; 4 - вытрамбованный котлован; 5 - защитная оболочка из киров

 

А Вытрамбовывание котлованов

5.2.4 Подготовку котлованов для устройства фундаментов следует осуществлять в соответствии с проектом, его программой производства строительных работ, технологическими картами и нормативными документами по этому направлению (см. нормативные ссылки и список использованных источников).

5.2.5 Очередность подготовки котлованов и схему движения механизмов, оснащенных ударным оборудова­нием, рекомендуется выбирать с таким расчетом, чтобы обеспечить завершение бетонных работ не менее, чем через 3 суток после окончания вытрамбовывания котлованов, с учетом того, что в целях предохранения све­жеуложенного бетона от сотрясений в течение первых трех суток его твердения расстояние между захватками по трамбованию и бетонированию составляло не менее 15 м.

5.2.6 При расстоянии (шаге) в свету между соседними котлованами менее 0,8 их вытрамбование и бетони­рование следует производить по нечетным номерам (то есть через один). А подготовку четных котлованов осу­ществлять не менее, чем через 3 суток.

5.2.7 Подготовку котлованов вытрамбовыванием необходимо начинать с установки и центровки ударного оборудования. Так, вертикальная ось трамбовки должна быть точно направлена в центр котлована и правильно сориентирована относительно осей будущего фундамента. Эксцентриситет  допускается при этом не более 3 см, а отклонение оси трамбовки от центра котлована - не более 5º.

5.2.8 Вытрамбовывание котлованов производится путем последовательного сбрасывания трамбовки, сколь­зящей по направляющей штанге, с высоты 3 - 12 м, а при использовании сваебойного оборудования сбрасыва­нием молота и углубления сваи в грунт на заданную глубину.

5.2.9 Работу с ударным оборудованием ведут по следующей методике: высоту сброса трамбовки принимают по реакции ее погружения в грунт, которое за один удар не должно превышать 0,15 глубины котлована. Кроме то­го, необходимо обеспечивать доуплотнение верхнего слоя уже вытрамбованного котлована, для чего последний завершающий удар трамбовки производится с высоты не более 1 м.

5.2.10 При возведении ФВК в вязких грунтах повышенной влажности для исключения засасывания рабочего органа грунтовой средой дно и стенки котлованов следует покрывать тонким слоем песка, а поверхность трам­бовки смачивать водой.

5.2.11 При устройстве котлованов в сухих плотных грунтах для предотвращения заклинивания трамбовки ее также необходимо регулярно увлажнять.

В отличие от формул (3.2) и (3.3) число ударов  трамбовки для получения заданной глубины котлована следует определять по уточненному ее варианту:

 

,                                                                                                                             (5.1)

 

где  - заданная глубина вытрамбованного котлована, м;

 - коэффициент, учитывающий состояние грунта основания по влажности, принимаемый равным 1, если со­держание влаги близко к оптимальному, а при снижении более чем на 0,03 - 0,05 от оптимальной, равной 0,7;

 - средняя величина понижения дна котлована за один удар, принимаемая равной для трамбовок с плоской нижней частью площадью  по следующей зависимости:

 

 

Для трамбовок с заостренной нижней частью  принимается равной 0,15 м.

5.2.12 Смещение вертикальной оси котлована для ФВК не должно превышать 0,1 его ширины поверху, а при наличии подколонного стакана - 0,05. При нарушении этих требований производят подгонку боковых стенок котлована вручную с удалением или доутрамбовкой осыпавшегося грунта.

 

Б Втрамбовывание жесткого материала в дно котлованов

5.2.13 Засыпку и втрамбовывание жесткого материала необходимо проводить отдельными порциями из рас­чета заполнения ими котлована на 0,6 - 1,2 м по высоте. Каждую порцию жесткого материала следует вводить в котлован после втрамбовывания предыдущей части до соответствующей проектной отметки. Втрамбовывание жесткого материала нужно производить сбрасыванием трамбовки с высоты 4 - 8 м. В случаях осыпания грунта со стенок котлована высоту сбрасывания трамбовки снижают до 3 - 4 м.

5.2.14 Если расстояние в свету между соседними котлованами не превышает 2, втрамбовывание осу­ществляют сначала по нечетным ФВК, а спустя 3 суток по четным фундаментам.

5.2.15 При необходимости создания уширения под подошвой ФВК число ударов трамбовки назначают по формуле (5.1), но среднюю величину параметра  при этом необходимо сократить в 1,5 раза.

5.2.16 Втрамбовывание последней порции жесткого материала допускается прекращать, даже не доходя до проектной отметки дна котлована, если после 12 ударов трамбовки понижение уровня грунта за один удар сос­тавляет не более 3 - 4 см.

5.2.17 Втрамбовывание НБП и КМС (см. рисунок 5.2) осуществляется сразу же после окончания операций с жестким материалом без изменения местоположения направляющей штанги ударного механизма. Котлован пос­ле заполнения нефтебитуминозными породами или кироминеральной смесью вытрамбовывается до той же гео­дезической отметки, которая задана проектом при использовании жесткого материала.

 

В Арматурные работы

5.2.18 Перед монтажом арматурного каркаса или предусмотренного проектом монтажа отдельных стальных стержней их необходимо тщательно отчистить металлической щеткой, проверить геометрические размеры и ка­чество сварных швов, устранив замеченные недостатки. При установке закладных деталей требуется тщатель­ный контроль за качеством бетонной поверхности и недопущением ее перекосов.

5.2.19 Арматурный каркас следует устанавливать с использованием анкерных болтов, служащих для крепле­ния металлических колонн к фундаменту, и применением для этого кондукторных систем.

 

Г Бетонирование фундамента

5.2.20 Бетонировать ФВК допускается непосредственно с помощью автобетоносмесителей либо напорным методом с помощью бетононасосов или автобетононасосов, а также поворотных бадей (см. рисунок 5.3). Не до­пускается производство бетонных работ путем прямого сброса строительного материала из автосамосвала, что может привести к обрушению верхних кромок и стенок котлованов. Для исключения смешивания используемой бетонной смеси с грунтами подачу бетона в котлован рекомендуется производить с применением легких нак­лонных лотков, передвигаемых от одного котлована к другому. Перерывы в процессе бетонирования не допус­каются. Для предотвращения обрушения котлованов во время технологических простоев используют размеще­ние в них трамбовки или выполненной идентично ее форме шаблона. Уплотнение бетонной смеси осуществля­ется глубинными вибраторами.

5.2.21 Применение быстроразборного инвентарного стаканообразователя связано с необходимостью его тщательной выверки по осям и отметкам и надежного закрепления этого конструктивного элемента в проектном положении.

 

Рисунок 5.3 - Схема укладки бетонной смеси в вытрамбованный котлован

а) кран с бадьей; б) автобетоносмесителем; в) автобетононасосом

1 - вытрамбованный котлован; 2 - уложенный бетон; 3 - бадья; 4 - автобетоносмеситель; 5 - автобетононасос;

6 - напорный бетоновод; 7 - защитная оболочка из киров

 

5.2.22 При использовании ручных вибраторов необходимо, чтобы толщина одного уплотняемого слоя не превысила 1,35 длины рабочей части этого механизма. Продолжительность уплотнения одного слоя бетона в заданной точке не должна превышать 15 - 20 с. Завершение процесса уплотнения контролирует по появлению на поверхности бетона цементного молока и прекращению выделения пузырьков воздуха. Применение суперплас­тификаторов исключает операции по уплотнению бетонной смеси. После достижения прочности бетона ФВК не ниже 70 % от проектного значения разрешается производить работы следующего цикла строительства.

 

Д Возведение ФВК в несвязанных слабых водонасыщенных грунтах

5.2.23 Принципиальная схема устройства ФВК в водонасыщенных и переувлажненных глинистых грунтах сос­тоит из следующих этапов:

- отсыпка на месте расположения будущих фундаментов слоя глинистого грунта с числом пластичности  в пределах от 0,12 до 0,14 и заданной влажностью;

- вытрамбовывание котлована на заданную глубину через отсыпанный материал, а в необходимых случаях с использованием дополнительной подсыпки глинистых грунтов после первой части углубления выемки котлована на глубину 0,5 - 0,8 от ширины котлована;

- заполнение нижней части вытрамбованного котлована жестким материалом с влажностью грунта на границе раскатывания равной (0,75 - 0,95) и его втрамбовывание в грунты основания.

5.2.24 Описанная ниже в п.2.27 технологическая схема имеет три основных модификации. Первый вариант рекомендуется для рыхлых, средней плотности, мелких и пылеватых песков с содержанием в них глинистых частиц и состоит из этапов по:

- I - вытрамбовыванию котлована на максимально достижимую глубину;

- II - засыпке в выемку глинистых грунтов;

- III - вытрамбовке котлована на проектную глубину;

- IV - наполнению выемки жестким материалом;

- V - втрамбовыванию жесткого материала в дно и стенки котлована.

Вторая схема предназначена для плотных и средней плотности мелких и пылеватых песков. Она включает:

- I - проходку лидерной скважины;

- II - засыпку скважины слоем щебня;

- III - засыпку слоя глинистого материала;

- IV - вытрамбовывание котлована на проектную глубину;

- V - повторную отсыпку щебня;

- VI - втрамбовывание щебня в стенки и дно котлована.

Третья схема разработана для ее использования в малосвязанных песках средней крупности, а также в водонасыщенных песках и состоит из:

- I - отсыпки на месте будущего котлована слоя глинистого грунта и слоя щебня;

- II - вытрамбовывания котлована на максимально возможную глубину;

- III - отсыпки щебня и глинистого грунта;

- IV - вытрамбовывания котлована до проектной отметки с использованием периодической подсыпки в выемку глинистого грунта и щебня.

 

Е Схема устройства ФВК с несущим слоем

5.2.25 Несущим слоем является зона уплотнения грунтовой среды под котлованом, которая образуется в ре­зультате его заполнения жестким материалом доверху и втрамбовывания его в грунт до проектной отметки вплоть до образования очень плотного уширения под будущим фундаментом. Такие ФВК устраиваются в глинис­тых грунтах с низкой степенью плотности (то есть просадочных или насыпных), несущий слой вокруг таких фун­даментов создается вытрамбовыванием дополнительных симметрично расположенных в плане относительно оси главного котлована двух-трех, реже четырех-шести котлованов.

5.2.26 Дополнительные котлованы целесообразно устраивать в направлении действия моментных сил и го­ризонтально направляемых нагрузок. Расстояние между дополнительными котлованами принимается равным 1,5 - 2, где  диаметр окружности, описанной относительно верхнего сечения трамбовки.

5.2.27 Предлагаемая схема устройства ФВК с несущим слоем состоит из следующих операций:

- вытрамбовывания первого дополнительного котлована;

- засыпки этого котлована жестким материалом и втрамбовывания последнего в грунт;

- подготовки второго дополнительного котлована;

- засыпки второго котлована жестким материалом и его втрамбовывания в грунт;

- вытрамбовывания основного котлована;

- устройства уширения;

- работ по армированию и бетонированию ФВК.

5.2.28 Описанная технология не рекомендуется к применению для плотных глинистых грунтов, а также супесчаных и песчаных грунтов при их влажности более 0,7.

 

Ж Особенности расчета ФВК в защитной оболочке

5.2.29 Засоленные грунты относятся, в основном, к структурно неустойчивым, однако они одновременно об­ладают определенной прочностью и деформируемостью и следовательно подлежат расчету по предельным сос­тояниям, исходя из теории линейных деформаций и принципов экстремального равновесия. В связи с этим рас­четы оснований, сложенных ПЗГ, производятся по:

- первому предельному состоянию, позволяющему определить несущую способность основания;

- второму предельному состоянию, дающему возможность ограничения возможных деформаций грунтов основания.

5.2.30 При расчетах ФВК с защитной оболочкой грунты основания, окружающие фундамент, рассматриваются как упругая линейно-деформируемая среда, характеризующаяся коэффициентом постели , кН/м³. Следует учитывать и динамику падения давления под подошвой фундамента за счет взаимодействия его боковых нак­лонных стенок с грунтом основания.

5.2.31 Приведенная на рисунке 5.2 расчетная схема ФВК разработана с учетом разрушающего взаимодейст­вия боковых стенок фундамента с грунтами основания. Эпюра распределения напряжений на уровне подошвы фундамента или низа уширения определяется по площади основания пирамиды, наклон граней, который предс­тавляет собой угол, равный ,  где - это угол внутреннего трения уплотненных грунтов основания в водона­сыщенном состоянии. Расчеты ФВК по деформациям грунтов сводится к проверке неравенства:

 

,                                                                                                                               (5.2)

 

где  - суммарное значение осадки от сил горизонтального перемещения или поворота фундамента, опреде­ляемых по СНиП РК 5.01-01-2002 [11] с учетом дополнительных требований, м;

 - предельно допускаемая совместная деформация основания здания или сооружения:

 

, м,                                                                                                    (5.3)

 

где  - деформация грунтов естественной влажности под нагрузкой, м;

 - просадка грунтов под нагрузкой при кратковременном замачивании, м;

 - набухание грунтов под нагрузкой при кратковременном замачивании, м;

 - суффозионная осадка грунтов под нагрузкой при выщелачивании из них солей, м.

5.2.32 Расчеты ФВК по деформациям ведутся с учетом плотности, прочностных характеристик и модулей деформации уплотненного слоя грунтов, его толщины, а также соответствующих показателей грунтов, залегаю­щих ниже зоны уплотнения.

Расчет по несущей способности выполняется по нагрузкам, определяемым путем умножения нормативных значений на поправочный коэффициент, принимаемый равным 1,18 - 1,22.

Краевые давления под подошвой фундамента с учетом расчетного давления грунта по боковым стенкам фундамента определяются по формуле:

кПа,                                                                            (5.4)

 

где  - сумма вертикальных нагрузок на фундамент, кН;

 - собственный вес фундамента и грунтов условного фундамента, кН;

 - площадь подошвы условного фундамента, м²;

 - сумма моментов сил, действующих относительно площади подошвы фундамента, кН м;

 - реактивный отпор грунта по боковой поверхности, кПа;

 - средняя ширина условного фундамента на глубине 0,5 h, м;

 - глубина вытрамбовыванного котлована, м;

- момент сил сопротивления в среднем сечении фундамента на глубине 0,5, кНм.

Площадь подошвы условного фундамента:

 

, м²,                                                                                                                    (5.5)

 

где  - ширина подошвы условного фундамента:

 

м,                                                                                                    (5.6)

 

где  - ширина фундамента на глубине 0,25, м, а для фундамента с уширением:

м,                                                                                        (5.7)

где  - высота уширения, м;

 - угол внутреннего трения грунта, градус.

При расчетах ФВК должны выполняться следующие условия:

 

,                                                                                                   (5.8)

 

где  - расчетное сопротивление грунта основания фундамента, кПа.

Реактивный отпор грнута по боковой поверхности находится по формуле:

 

, МПа,                                                                                                               (5.9)

 

где  - поправка, принимаемая равной 0,06 МПа;

 - среднее давление в сечении фундамента на глубине 0,5 h:

 

МПа,                                                                                                              (5.10)

 

где  - площадь сечения фундамента на глубине 0,5 h, м².

5.2.33 Расчетное сопротивление основания фундамента рассчитывается с учетом длительного замачивания засоленных грунтов, исходя из следующих условий:

а) по расчетному сопротивлению   уплотненного грунта под подошвой фундамента или несжимаемое уши­рение из жесткого материала, МПа;

б) по расчетному сопротивлению   на подстилающую уплотненную зону или на не менее прочный слой грунта естественной плотности, МПа.

Согласно СНиП РК 5.01-01-2002 [11]:

 

 МПа,                                           (5.11)

 

где все обозначения соответствуют рекомендациям СНиП 2.02.01-83, за исключением , описанного выше формулами (5.6) и (5.7).

При определении  по формуле (5.11) используются расчетные значения объемного веса   и удельного сцепления  для уплотненных грунтов в водонасыщенном состоянии после их длительного замачивания.

Давление  на подстилающую уплотненную зону грунта находится из условия устранения просадки подсти­лающих грунтов:

 

МПа, (5.12)

 

где  - коэффициент, учитывающий повышение величины начального просадочного давления за счет распрост­ранения сжатия грунта за пределы зоны достаточного его уплотнения, принимаемый равным при определении начального просадочного давления 1,5 (по компрессионным испытаниям) или - 1,2 (по штамповым испытаниям);

 - начальное просадочное давление подстилающего грунта, МПа;

 - коэффициент уменьшения дополнительного давления от фундамента на кровлю подстилающего слоя, определяемый по  СНиП РК 5.01-01-2002 [11].

Причем модуль деформации следует принимать с учетом степени водонасыщения уплотненных слоев и показателя степени выщелачивания подстилающих грунтов.

Для фундаментов, проектируемых без уширения по расчетной схеме а (см. рисунок 1.1), толщина уплотнен­ной зоны  принимается 2, а диаметр уплотненной зоны в месте наибольшего размера , равным 3.

ФВК с уширением, рассчитывается по схеме б. Диаметр уплотненной зоны зависит от объема втрамбован­ного в грунт жесткого материала и формы уширения:

 

 , м, (5.13)

 

или                                          , м,   (5.14)

 

где  - радиус: уширение из жесткого материала, определяемый по формуле 5.15.

где  - плотность скелета грунта в природном состоянии, т/м³;

 - коэффициент, учитывающий форму уширения из щебня, принимаемый равным:

- 0,62, если под подошвой фундамента залегают глинистые грунты плотностью , большей 1,6 т/м³, и влажности , меньшей 0,7;

- 0,77, если под подошвой фундамента залегают песчаные грунты ( менее 1,5 т/м³) или глинистые грунты ( менее 1,6 т/м³) с влажностью , меньшей 0,7;

 - объем втрамбованного в грунт жесткого материала, м³;

 - среднее значение плотности грунта в сухом состоянии в пределах уплотненной зоны, т/м³;

 - поправочный коэффициент, принимаемый по таблице 5.1.

 

м,                                                                                   (5.15)

 

 

Таблица 5.1

 

 

Толщину уплотненной зоны для ФВК с уширением определяют по формуле:

 

, м. (5.16)

 

При расчете вертикальной нагрузки  для фундаментов столбчатого и ленточного типов следует использо­вать следующее выражение:

 

 кН, (5.17)

 

где  - расчетная несущая способность фундамента по грунту основания, кН;

 - коэффициент надежности, принимаемый равным 1,4 при определении величины  расчетом и 1 при использовании данных статических испытаний опытных фундаментов.

Несущую способность ФВК, защищаемых от воздействия агрессивной грунтовой среды НБП или КМС, по вертикальной нагрузке находят как наименьшее значение, определенное по:

а) несущей способности , рассчитываемой в пределах уплотненной зоны ниже подошвы фундамента по схеме а или ниже зоны уширения, выполненной из жесткого материала по схеме б (см. рисунок 1.1);

б) несущей способности  подстилающего уплотненную зону грунта при полном его водонасыщении.

В первом случае используется формула:

 

,                                                           (5.18)

 

где все значения согласно СНиП РК 5.01-06-2002 [12], за исключением:

 - степень рассоления грунтов, под подошвой ФВК, зависит от вида грунтов, содержания в них солей и уровня их выщелачивания:

 

,  (5.19)

 

где  - коэффициент, по снижению расчетного сопротивления  за счет выщелачивания солей: для среднезасоленных грунтов его принимают равным 0,25; для слабозасоленных грунтов 0,15;

 - фактическая степень выщелачивания солей в грунтах под подошвой ФВК.

 

Таблица 5.2

 

 

Несущую способность ФВК F_f3 по подстилающему слою  следует находить из выражения:

 

.                                                                       (5.20)

 

Все значения принимаются согласно СНиП РК 5.01-06-2002 [12], за исключением  и   - максимальная площадь поперечного сечения уплотнения, которая определяется по формуле (5.21):

 

                                                                                                                   (5.21)

 

где  - поправочный коэффициент принимаемый равным 1,25;

 - диаметр уплотненной зоны грунта, м.

Несущая способность уплотненных грунтов на горизонтальные и моментные нагрузки рассчитывается по формулам:

 

кН,                                                                                                              (5.22)

 

, кН,                                                                                                      (5.23)

 

где  - сумма горизонтальных нагрузок, кН;

 - сумма моментов сил, действующих по оси фундамента, кН·м;

 - высота фундамента без его нижней заостренной части, м;

 - коэффициент условия работы, принимаемый для расчетных схем а и б (см. рисунок 1.1) равным 0,8.

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

 

1 СНиП 2.03.01-84* Бетонные и железобетонные конструкции.

2 ГОСТ 5180-84 Грунты. Методы лабораторных определений физических характеристик.

3 СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия.

4 СНиП РК1.03.06-2002 Строительное производство. Организация строительства предприятий, зданий и со­оружений.

5 СНиП 3.02.01-87 Земляные сооружения, основания и фундаменты.

6 СНиП 3.03.01-87 Несущие и ограждающие конструкции.

7 ГОСТ 25.100-95 Грунты. Классификация.

8 ГОСТ 12248-96 Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости.

9 СНиП РК 1.03-05-2001 Охрана труда и техника безопасности в строительстве.

10 ГОСТ 22733-2002 Грунты. Метод лабораторного определения максимальной плотности.

11 СНиП РК 5.01-01-2002 Основания зданий и сооружений.

12 СН РК 5.01-06-2002 Фундаменты в вытрамбованных  котлованах. Расчет и проектирование.

13 СН РК 5.01-07-2002 Фундаменты в вытрамбованных котлованах. Правила производства и приемки работ.

14 Руководство по проектированию и устройству фундаментов в вытрамбованных котлованах. - М: Строй­издат, 1981. - 112 с.

15 ВСН 48-88 Госстрой Казахской ССР. Обязательная технология устройства фундаментов в вытрамбован­ных котлованах.

16 Экспериментально-теоретические исследования работы коротких забивных свай в засоленных грунтах. - Киев: НИИ СК Госстроя СССР, - 1985. - 294 с.

17 РСН 57-90 РСН по проектированию и устройству фундамента в вытрамбованных котлованах для сейсмо­стойких зданий.

18 РСН 40-85 Фундаменты в вытрамбованных котлованах и в пробитых скважинах.

19 Рекомендации по проектированию и устройству фундаментов в засоленных грунтах с вытрамбованным ложем в защитной оболочке. - Астана: - КГТИ при ЕНУ им. Л.Н.Гумилева. 2001. - 191 с.

20 Унайбаев Б.Ж. Изыскания, проектирование и строительство на засоленных грунтах. - Караганда, КарГТУ, 2001. - 308 с.

21 Руководство по наблюдению за деформациями фундаментов зданий и сооружений. - Москва: Стройиздат, 1994. - 241 с.

22 Выгодский М.Я. Справочник по элементарной математике. - М: Наука, 1978. - 336 с.

23 Крутов В.Н. Фундаменты в вытрамбованном котловане - М: Стройиздат, 1985. - 320 с.

24 СНиП РК 2-04-01-2001 Строительная климатология.

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

 

Проверка расчета фундамента в вытрамбованном котловане по первому предельному состоянию на несущую способность грунтов основания

 

1 Исходные данные на проектирование

Требуется рассчитать отдельно стоящие ФВК с уширенным основанием под девятиэтажный жилой дом по типовому проекту 94-026/76.

Расчетная сосредоточенная нагрузка под отдельный фундамент  составляет 1100 кН.

Верх ФВК расположен ниже нулевой отметки (уровня планировки строительной площадки на 1,2 м).

Здание возводится на участке, сложенном засоленными лессовидными суглинками и супесями, основные фи­зико-механические характеристики приведены в таблице 1.1.

 

Таблица 1.1

 

 

Расчетные значения прочностных и деформационных характеристик грунтов, уплотненных до , равной 1,75 т/м³, в водонасыщенном состоянии по результатам испытаний составляют:

- значение удельного сцепления уплотненного грунта  составляет 45 кПа;

- угол внутреннего трения уплотненного грунта  равен 26 градусов;

- модуль деформации уплотненного грунта  - 21 МПа.

Модуль деформации грунта природного сложения в водонасыщенном состоянии  - 3,5 МПа. Коэффициент пористости  - 0,85.

 

2 Расчет ФВК

Принимаем, что площадь удлиненного фундамента в вытрамбованном котловане, при , равном 0,35 м, (см. Ри­сунок 1.1), составляет:

м², так как площадь правильного шести­угольника, согласно [22], равна:

 

,м²,  

 

где  - сторона многоугольника, составляющая для фундамента ,м.

Радиус окружности, описанной вокруг среднего сечения ФВК,

 

 м.

 

Принимаем, что вытрамбовывание котлована производится при природной влажности, то есть без использо­вания дополнительного увлажнения грунтов.

Коэффициент водонасыщения [23]:

 

,

 

где  - природная влажность на глубине 2,45 м, (таблица 1.1):

 

·= 0,1375 ≈ 0,14 д.е. (),

 = 0,14·2,68/0,85·1 = 0,44,  0,44 < 0,7.

Принимаем  на глубине 2,45 м

 

 = 1,4425 ≈ 1,44 т/м³, где, значение  определено интерполяцией, по таблице 1.1    1,44 < 1,6 т/м³.

 

При вдавливании жесткого материала в дно котлована трамбовкой с заостренным нижним концом создается уширение, имеющее форму шара с радиусом  или эллипсоида вращения с полуосями и  В нашем случае уширение будет иметь форму эллипсоида с соотношением сторон  равных 1,4 (так как у засоленных пылевато-глинистых грунтов, залегающих ниже дна котлована,  равное 1,58 т/м³, то есть меньше 1,6 т/м³ и  равное 0,6, - меньше 0,7) [23].

Определяем радиус уширения основания :

 

,м,

где  - коэффициент, учитывающий форму уширения и при расположении центра уширения на расстоянии 0,5 от основания заостренной части фундамента, принимаемый согласно таблице 4.2. данного пособия:

- для шара -  равен 0,62;

- для эллипсоида, при  - 1,4,  - 0,55;

- для эллипсоида, при  - 1,8,  - 0,51;

 - объем втрамбованного в дно жесткого материала, м³.

 принимается равным 1,5 м³ .[23]:

 

 м,

 = 1,4· =1,4·0,63 = 0,88 м.

 

Площадь поперечного сечения уширения основания:

 

м².

 

Среднее значение плотности сухого грунта в пределах уплотняемой зоны  определим по формуле:

 

,  т/м³,

 

где  - плотность минеральной части грунта,принимаемый по таблице 1.1,  т/м³;

 - коэффициент водонасыщения грунта - 0,9;

  - плотность воды - 1 т/м³;

 - природная влажность грунта - 0,14 .

 

 

Радиус уплотненной зоны находим по формуле:

 

, м,  где  - табличный коэффициент, определяемый в зависимости от плотности сухого грунта природного сложе­ния и средней плотности сухого грунта после уплотнения (см. таблицу 5.1 данного пособия).

При  равной 1,67 т/м³ и  - 1,44 т/м³  [12]

 

 = 1,85.

 

= 0,63·1,85 = 1,1655 ≈ 1,2 м.

 

Толщина уплотненной зоны, ниже уширенной части из втрамбованного материала определяется по формуле:

 

= 1,2 - 0,63 = 0,57 м.

 

Площадь сечения уплотненной зоны, образующейся при втрамбовывании жесткого материала (по формуле 5.23, данного Приложения) в месте наибольшего уширения, принимается равной:

 

 = 3,14·1,25·2,4²/4 = 4,52 м².

 

Определим несущую способность фундамента, исходя из несущей способности жесткого материала, втрамбованного в дно котлована:

 

, МН,  где  - коэффициент условий работы фундамента - 1;

 - параметр жесткого материала, принимаемый равным: для тяжелого бетона, щебня и гравия 10 МПа, для крупного песка - 5 МПа;

 - площадь нижнего сечения фундамента, равная  - 0,318 м²

 

 = 1·10·0,318 = 31,8 МН.

 

Производим проверку удлиненного фундамента в вытрамбованном котловане по несущей способности, исходя из условия:

 

, МН,

 

где  - расчетная вертикальная нагрузка, передаваемая на фундамент, МН;

 - несущая способность фундамента, МН;

 - коэффициент надежности, составляющий при определении несущей способности фундаментов расчетом, - 1,4; а по данным статистических испытаний опытных фундаментов - 1.

 

 = 31,8/1,4 = 22,7 МН > = 11 МН.

 

Определим несущую способность фундамента уширенного основания, согласно [23]:

 

, МН,

 

где  - расчетное сопротивление уплотненного грунта под уширением, МПа;

 - площадь поперечного сечения уширенного основания из жесткого  материала в месте его наибольшего уширения, м²;

 - периметр поперечного сечения фундамента в его средней части, м;

 - расчетное сопротивление грунта по боковой поверхности наклонной части ФВК, МПа;

 - коэффициент условий работы грунта по боковой поверхности фундамента, принимаемый равным 0,8;

 - коэффициент условия работы фундамента - 1;

 - коэффициент условия работы уплотненного грунта - 1;

 - уклон боковых стенок фундамента, определяемый как отношение полуразности сторон поперечного сечения в верхней и нижней частях фундамента к его высоте; при  большем 0,025,  следует принимать равным 0,025;

 - модуль деформации верхнего слоя грунта, залегающего в пределах наклонной части фундамента, рассчитываемый по результатам компрессионных испытаний образцов грунта природного сложения в водонасыщенном состоянии при изменении давления на грунт от нуля до величины начального просадочного давления, МПа;

 - коэффициент условий работы фундамента, составляющий 0,5;

 - коэффициент, принимаемый равным 0,8;

 - коэффициент рассоления грунтов, под подошвой ФВК:

 

= 1 - 0,15 - 0,2 = 0,65,  где 0,2 - коэффициент , полученный опытным путем.

Найдем показатель текучести грунтов уплотняемой зоны с учетом увлажнения в процессе их трамбования:

 

,

 

причем значение природной влажности  принимается равным 1,2 при увлажнении грунтов в процессе вытрамбовывания:

 

 

Тогда по таблице 1.2 для слоя на глубине  - 4,75 м, (см. рисунок 1.1) и  равном 0,34, находим значение расчетного сопротивления под подошвой фундамента .

 

Таблица 1.2

 

 

 = 2,4 МПа.

 

Показатель текучести грунта по боковой поверхности равен:

 

 

При , равном 0,34, по таблице 1.3 для слоя, расположенного на глубине:

 

= 1,2+0,5=1,2+1,25 = 2,45 м,

 

интерполяцией находим расчетное сопротивление по боковой поверхности фундамента , кПа.

 = 28,6 ≈ 29 МПа.

 

Периметр фундамента в средней части:

 

 м,

 

 = [2395·1,25 + 2,5·2,4(29·0,8 + 0,025·3500·0,5·0,8)] 0,65=[2994 + 2,5·2,4(23,2 + 35)] = 2,2 МН.

 

Таблица 1.3

 

 

Производим проверку условия:

 

 = 2,2 / 1,4 = 1,55 МН > = 1,1 МН.

 

Несущая способность основания фундамента по подстилающему слою определяется по формуле [23]:

 

, МН,

 

где  - коэффициент условий работы подстилающего неуплотненного грунта, принимаемый по таблице 1.4 (для  равной 2,5 м, составляет 1,2).

 

Таблица 1.4

 

 

 - расчетное сопротивление подстилающего слоя грунта, для просадочных грунтов

 

,

 

где  - расчетное просадочное давление грунтов (см. таблицу 1.1), на глубине 5,32 м (см. рисунок 1.1);

 - поправочный коэффициент, принимаемый равным 1,5, так как  определено по компрессионным испытаниям, МПа;

 - площадь поперечного сечения уплотненной зоны в месте ее наибольшего уширения, м²;

 - компрессионный модуль деформации грунта подстилающего слоя, составляющий 2,5 МПа.

= 1[1,2·1,5·160·4,52 + 2,5·2,4(29·0,8 + 0,025·2500·0,5·0,8)] = [1302 + 2,5·2,4(23,2 + 25)]0,65 = 1302 + 289 =

= 1,59 МН.

 

Производим проверку условия:

 

 = 1,59 / 1,4 = 1,13 мН >  = 1,1 МН.

 

Таким образом, данное условие соблюдается, поэтому несущая способность основания обеспечена.

 

 

Рисунок 1.1 Фундамент в вытрамбованном котловане с уширением

а) сечение 1-1, сечение 2-2  б) схема фундамента

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

 

Проверка расчета фундамента в вытрамбованном котловане по второму предельному состоянию по деформациям

 

1 Исходные данные на проектирование

Проектируем жилое девятиэтажное здание, которое возводится на участке, сложенном засоленными лессовидными суглинками и супесями, относящимся к грунтовым условиям I типа по просадочности.

Основные физико-механические характеристики грунтов в районе строительства участков приведены в таблице 2.1.

 

Таблица 2.1

 

 

Модуль деформации грунта естественного сложения в водонасыщенном состоянии равен 3,6 МПа. Нормативные нагрузки на уровне верха фундамента составляют:  - 1100 кН,  - 500 кНм и - 800 кН.

 

2 Расчет ФВК

Основные расчетные параметры находим согласно рекомендациям [23].

Нормативная глубина сезонного распространения нулевых температур грунта :

 

м,

 

где  - коэффициент, равный суммам абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур, для данного района - 30  [24];

 - коэффициент, зависящий от типа грунтов, - 0,23 м для суглинков и супесей [8].

Расчетная глубина сезонного распространения нулевых температур грунта d_f :

 

 = 1,1·1,26 = 1,38 м,

 

где  - коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения для отапливаемых зданий и сооружений - 1,1.

Предварительные размеры фундамента определяем, исходя из расчетного давления по среднему сечению :

 

= 1,7 м²,

где  - вертикальное напряжение в грунте на глубине , от действия нагрузки от здания, составляющее 650 кПа.

Таким образом, принимаем ФВК с размерами среднего сечения 1,3 x 1,3 м.

 

Определяем минимальную глубину вытрамбовывания котлована

 

 = 1,2·1,5·1(1 - 1,39/1,622) = 0,26 м,

 

где  - глубина уплотненной зоны под котлованом, принимаемая равной 1,5 при ширине уплотненной зоны , м;

 - средняя плотность сухого грунта естественного сложения в пределах толщи от отметки вытрамбованного до нижней границы уплотненной зоны, согласно таблице 2.1 - 1,39 т/м³;

 - средняя плотность сухого грунта в пределах уплотняемой зоны:

 

т/м³,

 

где  - степень влажности уплотненного грунта, составляющая 0,9;

 - природная влажность грунта, равная 0,15;

 - плотность скелета грунта, равная 2,68 т/м³;

 - плотность воды, равная 1 т/м³ (приведенные значения приняты в соответствии с заданием).

Согласно расчетной глубине сезонного распространения нулевых температур - 1,38, окончательно  принимаем глубину заложения фундамента , равной 1,4 м (по [11]  больше ).  

Размер среднего сечения ФВК 1,3×1,3м ( равно 1,3 м), размеры поверху 1,6 x 1,6 м ( равно 1,6 м), понизу 1 x 1 м ( равно 1 м), размеры фундамента на высоте 0,25 понизу составляют 1,45 x 1,45 м.

Момент сил сопротивления для ФВК квадратного сечения в горизонтальной плоскости, определяется по формуле [23]:

 

= 0,167·1,3³ = 0,367м³.

 

Собственный вес фундамента согласно[11], составляет:

 

 = 1,3·1,4·24 = 56,8кН,

 

где  - удельный все фундамента, составляющий 24 кН/м³.

Расчетное давление на уплотненный грунт, определяем по приведенной в Пособии формуле (5.11), при значениях М_g - 0,84, М_q- 4,34,  - 6,9 (принимается трение  по q равного 26 градусов) :

 

(0,84·1·1,7·18,63+   +4,34·1,4·16,15+0+6,9·45) = 435,3кН/м²,

 

где g_c1  g_c2- коэффициент условия работы соответственно грунтового основания и здания во взаимодействии с основанием, принятые соответственно равными  g_c1  - 1,2,  g_c2 - 1;

 - коэффициент надежности - 1, так как прочностные характеристики грунта ( и ) определены непосредственными испытаниями;

k_z- коэффициент, принимаемый  равным 1;

- глубина заложения фундаментов от уровня планировки, равная 1,4 м;

d_b- так как подвал в проектируемом здании отсутствует, составляет 0;

с_II - расчетное значение удельного сцепления грунта - 45 кПа;

b_усл - ширина подошвы условного фундамента, м;

 - осредненное расчетное значение удельного веса грунта, залегающего ниже подошвы фундамента - 18,63 кН/м³;

 - то же для грунтов, залегающих выше подошвы ФВК, равного 16,15 кН/м³ (приведенные значения параметров приняты по рекомендациям [11].

Ширина подошвы условного фундамента определяется по формуле (5.6), приведенной в данном пособии:

 

b_усл == 1,45 + 1,5·1,4(0,114) = 1,689м ≈ 1,7 м,

где  - ширина фундамента на глубине 0,25, равная 1,45 м;

 - 0,114.

Расчетные значения удельного веса грунта, залегающего ниже и выше подошвы фундамента, согласно [23]:

 

18,63 кН/м³,

 

где  - степень влажности уплотненного грунта, равная 0,9;

 - удельный вес сухого грунта в пределах уплотненной зоны - 14,5 кН/м³;

 - удельный вес воды - 10 кН/м³;

 - среднее значение коэффициента пористости грунта в уплотненной зоне;

 - удельный вес частиц грунта, равный 26,8 кН/м³ (приведенные значения приняты в соответствии с заданием).

Среднее значение коэффициента пористости грунта в уплотненной зоне составит:

 

,

 

где  - плотность частиц грунта в уплотненной зоне, равная 2,68 т/м³.

Аналогично:

 

= 16,15 кН/м³,

 

 - 13,9 кН/м³,

 - 26,8 кН/м³,

 - 0,481.

Давление на подстилающую уплотненную зону грунта, рассчитываем по формуле (5.12), приведенной в данном Пособии:

 

кН/м²

 

где k_sl - коэффициент, учитывающий повышение величины начального просадочного  давления за счет распространения сжатия грунта за пределы зоны достаточного его уплотнения, принимаемый равным при определении начального просадочного давления 1,5 (по компрессионным испытаниям) или - 1,2 (по штамповым испытаниям);

 - начальное просадочное давление по подстилающему грунту, на глубине, при  равной  3,35 м, - 116,75 кН/м²;

 - 0,18 по форме сечения фундамента (принимается в соответствии с рекомендациями [12]).

Определим краевые давления под подошвой фундамента по формуле (5.4), приведенной в Пособии:

 

(400,3±69,7) кН/м²

 

где  - сумма вертикальных нагрузок, равная 1100 кН;

 - сумма моментов сил, действующих относительно площади подошвы фундамента - 612 кНм;

 - площадь подошвы условного фундамента - 2,89 м²;

 - реактивное давление грунта, равное 460,3 кПа.

Площадь подошвы условного фундамента определим по формуле (5.5), описанной в данном Пособии:

 

 = 1,7² = 2,89 м².

Реактивное давление грунта  определим также из Пособия по формуле (5.9):

 

 = 60+400,3 = 460,3 кПа

 

Среднее давление  найдем по формуле (5.10), приведенной там же:

 

кН/м²,

 

где  - площадь поперечного сечения фундамента на глубине 0,5h, равная  -1,69 м².

 - 830,6 кН/м²>0,

 - 470 кН/м² ≤ 1,2 = 1,2·435,3 = 522,4 кН/м²,

 - 470 кН/м² ≤ 1,2 = 1,2·665,85 = 799 кН/м².

Таким образом, поскольку краевые давления под подошвой фундамента меньше расчетных сопротивлений грунта, обеспечивается надежность работы ФВК по второму предельному состоянию, то есть по деформациям.