Расчет оснований по деформациям

2.34. Целью расчета оснований по деформациям является ограничение абсолютных или относительных перемещений фундаментов и надфундаментных конструкций такими пределами, при которых гарантируется нормальная эксплуатация сооружения и не снижается его долговечность (вследствие появления недопустимых осадок, подъемов, кренов, изменений проектных уровней и положений конструкций, расстройств их соединений и т.п.). При этом имеется в виду, что прочность и трещиностойкость фундаментов и надфундаментных конструкций проверены расчетом, учитывающим усилия, которые возникают при взаимодействии сооружения с основанием.

 

Примечание. При проектировании сооружений, расположенных в непосредственной близости от существующих, необходимо учитывать дополнительные деформации оснований существующих сооружений от нагрузок проектируемых сооружений.

 

2.35*. Деформации основания подразделяются на:

осадки - деформации, происходящие в результате уплотнения грунта под воздействием внешних нагрузок и в отдельных случаях собственного веса грунта, не сопровождающиеся коренным изменением его структуры;

просадки - деформации, происходящие в результате уплотнения грунта под воздействием как внешних нагрузок и собственного веса грунта, так и дополнительных факторов, таких, как, например, замачивание просадочного грунта, оттаивание ледовых прослоек в замерзшем грунте и т.п.;

подъемы и осадки - деформации, связанные с изменением объема некоторых грунтов при изменении их влажности или воздействии химических веществ (набухание и усадка) и при замерзании воды и оттаивании льда в порах грунта (морозное пучение и оттаивание грунта);

оседания - деформации земной поверхности, вызываемые разработкой полезных ископаемых, изменением гидрогеологических условий, понижением уровня подземных вод, карстово-суффозионными процессами и т.п.;

горизонтальные перемещения - деформации, связанные с действием горизонтальных нагрузок на основание (фундаменты распорных систем, подпорные стены и т.д.) или со значительными вертикальными перемещениями поверхности при оседаниях, просадках грунтов от собственного веса и т.п.

провалы - деформации земной поверхности с нарушением сплошности грунтов, образующиеся вследствие обрушения толщи грунтов над карстовыми полостями или горными выработками.

2.36. Деформации основания в зависимости от причин возникновения подразделяются на два вида:

первый - деформации от внешней нагрузки на основание (осадки, просадки, горизонтальные перемещения);

второй - деформации, не связанные с внешней нагрузкой на основание и проявляющиеся в виде вертикальных и горизонтальных перемещений поверхности основания (оседания, просадки грунтов от собственного веса, подъемы и т.п.).

2.37. Расчет оснований по деформациям должен производиться из условия совместной работы сооружения и основания.

Деформации основания допускается определять без учета совместной работы сооружения и основания в случаях, оговоренных в п. 2.5.

2.38. Совместная деформация основания и сооружения может характеризоваться:

абсолютной осадкой основания s отдельного фундамента;

средней осадкой основания сооружения ;

относительной неравномерностью осадок двух фундаментов ;

креном фундамента (сооружения) i;

относительным прогибом или выгибом f/L;

кривизной изгибаемого участка сооружения p;

относительным углом закручивания сооружения J;

горизонтальным перемещением фундамента (сооружения) u.

 

Примечание. Аналогичные характеристики деформаций могут устанавливаться также для других деформаций, указанных в п. 2.35.

 

2.39. Расчет оснований по деформациям производится исходя из условия

 

,(5)

 

где s	-	совместная деформация основания и сооружения, определяемая расчетом в соответствии с указаниями обязательного приложения 2;
	-	предельное значение совместной деформации основания и сооружения, устанавливаемое в соответствии с указаниями пп. 2.51-2.55.

 

Примечания: 1. В необходимых случаях для оценки напряженно-деформированного состояния конструкций сооружений с учетом длительных процессов и прогноза времени консолидации основания следует производить расчет осадок во времени.

2. Осадки основания, происходящие в процессе строительства (например, осадки от веса насыпей до устройства фундаментов, осадки до омоноличивания стыков строительных конструкций), допускается не учитывать, если они не влияют на эксплуатационную пригодность сооружений.

3. При расчете оснований по деформациям необходимо учитывать возможность изменения как расчетных, так и предельных значений деформаций основания за счет применения мероприятий, указанных в пп. 2.67-2.71.

 

2.40. Расчетная схема основания, используемая для определения совместной деформации основания и сооружения, должна выбираться в соответствии с указаниями п. 2.4.

Расчет деформаций основания следует, как правило, выполнять, применяя расчетную схему основания в виде:

линейно деформируемого полупространства с условным ограничением глубины сжимаемой толщи (п. 6 обязательного приложения 2);

линейно деформируемого слоя, если:

а) в пределах сжимаемой толщи основания , определенной как для линейно деформируемого полупространства, залегает слой грунта с модулем деформации E ₁ ³ 100 МПа (1000 кгс/см²) и толщиной h ₁, удовлетворяющей условию

 

(6)

 

где Е ₂ - модуль деформации грунта, подстилающего слой грунта с модулем деформации Е ₁;

б) ширина (диаметр) фундамента b ³ 10 м и модуль деформации грунтов основания E ³ 10 МПа (100 кгс/см²).

Толщина линейно деформируемого слоя H в случае «а» принимается до кровли малосжимаемого грунта, в случае «б» вычисляется в соответствии с указаниями п. 8 обязательного приложения 2.

 

Примечание. Схему линейно деформируемого слоя допускается применять для фундаментов шириной b ³ 10 м при наличии в пределах сжимаемой толщи слоев грунта с модулем деформации E < 10 МПа (100 кгс/см²), если их суммарная толщина не превышает 0,2 H.

 

2.41. При расчете деформаций основания с использованием расчетных схем, указанных в п. 2.40, среднее давление под подошвой фундамента p не должно превышать расчетного сопротивления грунта основания R, кПа (тс/м²), определяемого по формуле

 

(7)

 

где и	-	коэффициенты, условий работы, принимаемые по табл. 3;
k	-	коэффициент, принимаемый равным: k = 1, если прочностные характеристики грунта (j и с) определены непосредственными испытаниями, и k = 1,1, если они приняты по табл. 1-3 рекомендуемого приложения 1;
	-	коэффициенты, принимаемые по табл. 4;
	-	коэффициент, принимаемый равным: при b < 10 м - =1, при b ³ 10 м - = z 0/ b +0,2 (здесь z 0=8 м);
b	-	ширина подошвы фундамента, м;
	-	осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), кН/м^3 (тс/м^3);
	-	то же, залегающих выше подошвы;
	-	расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа (тс/м^2);
d 1	-	глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле

 

(8)

 

где	-	толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м;
	-	толщина конструкции пола подвала, м;
	-	расчетное значение удельного веса конструкции пола подвала, кН/м^3 (тс/м^3);
	-	глубина подвала - расстояние от уровня планировки до пола подвала, м (для сооружений с подвалом шириной B £ 20 м и глубиной свыше 2 м принимается = 2 м, при ширине подвала B > 20 м - = 0).

 

Примечания: 1. Формулу (7) допускается применять при любой форме фундаментов в плане. Если подошва фундамента имеет форму круга или правильного многоугольника площадью А, принимается

2. Расчетные значения удельного веса грунтов и материала пола подвала, входящие в формулу (7), допускается принимать равными их нормативным значениям.

3. Расчетное сопротивление грунта при соответствующем обосновании может быть увеличено, если конструкция фундамента улучшает условия его совместной работы с основанием.

4. Для фундаментных плит с угловыми вырезами расчетное сопротивление грунта основания допускается увеличивать на 15 %.

5. Если d ₁ > d (d - глубина заложения фундамента от уровня планировки) в формуле (7) принимается d ₁ = d и = 0.

 

Таблица 3

 

Грунты	Коэффициент	Коэффициент для сооружений с жесткой конструктивной схемой при отношении длины сооружения или его отсека к высоте L / H, равном
		4 и более	1,5 и менее
Крупнообломочные с песчаным заполнителем м песчаные, кроме мелких и пылеватых	1,4	1,2	1,4
Пески мелкие	1,3	1,1	1,3
Пески пылеватые:
маловлажные и влажные	1,25	1,0	1,2
насыщенные водой	1,1	1,0	1,2
Пылевато-глинистые, а также крупнообломочные с пылевато-глинистым заполнителем с показателем текучести грунта или заполнителя £ 0,25	1,25	1,0	1,1
То же, при 0,25 < £ 0,5	1,2	1,0	1,1
То же, при > 0,5	1,0	1,0	1,0
Примечания: 1. К сооружениям с жесткой конструктивной схемой относятся сооружения, конструкции которых специально приспособлены к восприятию усилий от деформации оснований, в том числе за счет мероприятий, указанных в п. 2.70, б. 2. Для зданий с гибкой конструктивной схемой значение коэффициента принимается равным единице. 3. При промежуточных значений L / H коэффициент определяется по интерполяции.

 

Таблица 4

 

Угол	Коэффициенты	Угол	Коэффициенты
Внутреннего трения , град.				внутреннего трения j II, град.
		1,00	3,14		0,69	3,65	6,24
	0,01	1,06	3,23		0,72	3,87	6,45
	0,03	1,12	3,32		0,78	4,11	6,67
	0,04	1,18	3,41		0,84	4,37	6,90
	0,06	1,25	3,51		0,91	4,64	7,14
	0,08	1,32	3,61		0,98	4,93	7,40
	0,10	1,39	3,71		1,06	5,25	7,67
	0,12	1,47	3,82		1,15	5,59	7,95
	0,14	1,55	3,93		1,24	5,95	8,24
	0,16	1,64	4,05		1,34	6,34	8,55
	0,18	1,73	4,17		1,44	6,76	8,88
	0,21	1,83	4,29		1,55	7,22	9,22
	0,23	1,94	4,42		1,68	7,71	9,58
	0,26	2,05	4,55		1,81	8,24	9,97
	0,29	2,17	4,69		1,95	8,81	10,37
	0,32	2,30	4,84		2,11	9,44	10,80
	0,36	2,43	4,99		2,28	10,11	11,25
	0,39	2,57	5,15		2,46	10,85	11,73
	0,43	2,73	5,31		2,66	11,64	12,24
	0,47	2,89	5,48		2,88	12,51	12,79
	0,51	3,06	5,66		3,12	13,46	13,37
	0,56	3,24	5,84		3,38	14,50	13,98
	0,61	3,44	6,04		3,66	15,64	14,64

 

2.42. Предварительные размеры фундаментов назначаются по конструктивным соображениям или исходя из табличных значений расчетного сопротивления грунтов основания R ₀ в соответствии с рекомендуемым приложением 3. Значениями R ₀ допускается также пользоваться для окончательного назначения размеров фундаментов зданий и сооружений III класса, если основание сложено горизонтальными (уклон не более 0,1), выдержанными по толщине слоями грунта, сжимаемость которых не увеличивается в пределах глубины, равной двойной ширине наибольшего фундамента, считая от его подошвы.

2.43. Расчетное сопротивление R основания, сложенного крупнообломочными грунтами, вычисляется по формуле (7) на основе результатов непосредственных определений прочностных характеристик грунтов.

Если содержание заполнителя превышает 40%, значение R для крупнообломочных грунтов допускается определять по характеристикам заполнителя.

2.44. Расчетное сопротивление грунтов основания R в случае их уплотнения или устройства подушек должно определяться исходя из задаваемых проектом расчетных значений физико-механических характеристик уплотненных грунтов.

2.45. Расчетное сопротивление грунтов основания R при прерывистых фундаментах определяется как для ленточных фундаментов по указаниям пп. 2.41-2.44 с повышением значения R коэффициентом , принимаем по табл. 5.

 

Таблица 5

 

Вид фундаментных плит	Значение коэффициента для песков (кроме рыхлых) и пылевато-глинистых грунтов соответственно при коэффициенте пористости е и показателе текучести
	e £ 0,5 £ 0	e = 0,6 = 0,25	e ³ 0,7 ³ 0,5
Прямоугольные	1,3	1,15	1,0
С угловыми вырезками	1,3	1,15	1,15
Примечания: 1. При промежуточных значениях е и коэффициент принимается по интерполяции. 2. Для плит с угловыми вырезами коэффициент учитывает повышение R в соответствии с прим. 4 к п. 2.41.

 

2.46. При увеличении нагрузок на основании существующих сооружений (например, при реконструкции) расчетное сопротивление грунтов основания должно приниматься в соответствии с данными об их физико-механических свойствах с учетом типа и состояния фундаментов и надфундаментных конструкций сооружения, продолжительностью его эксплуатации, ожидаемых дополнительных нагрузок на фундаменты и их влияния на примыкающие сооружения.

2.47. Расчетное сопротивление грунта основания R, вычисленное по формуле (7), может быть повышено в 1,2 раза, если расчетные деформации основания (при давлении, равном R) не превосходят 40% предельных значений (пп. 2.51-2.55). При этом повышенное давление не должно вызывать деформации основания свыше 50% предельных и превышать значения давления из условия расчета оснований по несущей способности в соответствии с требованиями пп. 2.57-2.65.

2.48. При наличии в пределах сжимаемой толщи основания на глубине z от подошвы фундамента слоя грунта меньшей прочности, чем прочность грунта вышележащих слоев, размеры фундамента должны назначаться такими, чтобы обеспечить условие

 

(9)

 

где и	-	вертикальные напряжения в грунте на глубине z от подошвы фундамента соответственно дополнительное от нагрузки на фундамент и от собственного веса грунта, кПа (тс/м^2);
	-	расчетное сопротивление грунта пониженной прочности на глубине z, кНа (тс/м^2), вычисленное по формуле (7) для условного фундамента шириной bz, м, равной:

 

(10)

 

где

; ,

 

здесь N	-	вертикальная нагрузка на основание от фундамента;
l и b	-	соответственно длина и ширина фундамента.

2.49. Давление на грунт у края подошвы внецентренно нагруженного фундамента (вычисленное в предположении линейного распределения давления под подошвой фундамента при нагрузках, принимаемых для расчета оснований по деформациям), как правило, должно определяться с учетом заглубления фундамента в грунт заглубления фундамента в грунт и жесткости надфундаментных конструкций. Краевое давление при действии изгибающего момента вдоль каждой оси фундамента не должно превышать 1,2 R и в угловой точке - 1,5 R (здесь R - расчетное сопротивление грунта основания, определяемое в соответствии с требованиями пп. 2.41-2.48).

 

Примечание: При расчете оснований фундаментов мостов на внецентренную нагрузку следует руководствоваться требованиями СНиП по проектированию мостов и труб.

 

2.50. Крен отдельных фундаментов или сооружений в целом должен вычисляться с учетом момента в уровне подошвы фундамента, влияния соседних фундаментов, нагрузок на прилегающие площади и неравномерности сжимаемого основания.

При определении кренов фундаментов, кроме того, как правило, необходимо учитывать заглубление фундамента, жесткость надфундаментной конструкции, а также возможность увеличения эксцентриситета нагрузки из-за наклона фундамента (сооружения).

2.51. Предельные значения совместной деформации основания и сооружения устанавливаются исходя из необходимости соблюдения:

а) технологических или архитектурных требований к деформации сооружения (изменение проектных уровней и положений сооружения в целом, отдельных его элементов и оборудования, включая требования к нормальной работе лифтов, кранового оборудования, подъемных устройств элеваторов и т.п.) - ;

б) требований к прочности, устойчивости и трещиностойкости конструкций, включая общую устойчивость сооружения - .

2.52. Предельные значения совместной деформации основания и сооружения по технологическим или архитектурным требованиям должны устанавливаться соответствующими нормами проектирования зданий и сооружений, правилами технической эксплуатации оборудования или заданием на проектирование с учетом в необходимых случаях рихтовки оборудования в процессе эксплуатации.

Проверка соблюдения условия s £ производится при разработке типовых и индивидуальных проектов в составе расчетов сооружения во взаимодействии с основанием после соответствующих расчетов конструкций сооружения по прочности, устойчивости и трещиностойкости.

2.53. Предельные значения совместной деформации основания и сооружения по условиям прочности, устойчивости и трещиностойкости конструкций должны устанавливаться при проектировании на основе расчета сооружения во взаимодействии с основанием.

Значение допускается не устанавливать для сооружений значительной жесткости и прочности (например, зданий башенного типа домен), а также для сооружений, в конструкциях которых не возникают усилия от неравномерных осадок основания (например, различного рода шарнирных систем).

2.54. При разработке типовых проектов сооружений на основе значений и следует, как правило, устанавливать следующие критерии допустимости применения этих проектов, упрощающие расчет оснований по деформациям при их привязке к местным грунтовым условиям:

а) предельные значения изменчивости сжимаемости грунтов основания a _Е, соответствующие различным значениям среднего модуля деформации грунтов в пределах плана сооружения или средней осадки основания ;

б) предельную неравномерность деформаций основания соответствующую нулевой жесткости сооружения;

в) перечень грунтов с указанием их простейших характеристик свойств, а также характера напластований, при наличии которых не требуется выполнять расчет оснований по деформациям.

 

Примечания: 1. Степень изменчивости сжимаемости основания определяется отношением наибольшего значения приведенного по глубине модуля деформации грунтов основания в пределах плана сооружения к наименьшему значению.

2.Среднее значение модуля деформации грунтов основания в пределах плана сооружения определяется как средневзвешенное (с учетом изменения сжимаемости грунтов по глубине и в плане сооружения).

 

2.55. Предельные значения деформаций оснований допускается принимать согласно рекомендуемому приложению 4, если конструкции сооружения не рассчитаны на усилия, возникающие в них при взаимодействии с основанием, и в задании на проектирование не установлены значения (пп. 2.51, 2.52).

2.56. Расчет деформаций основания допускается не выполнять, если среднее давление под фундаментами проектируемого сооружения не превышает расчетного сопротивления грунтов основания (пп. 2.41-2.48) и выполняется одно из следующих условий:

а) степень изменчивости сжимаемости основания меньше предельной по п. 2.54, а;

б) инженерно-геологические условия площадки строительства соответствуют области применения типового проекта (см. п. 2.54, в);

в) грунтовые условия площадки строительства сооружений, перечисленных в табл. 6, относятся к одному из вариантов, указанных в этой таблице.

 

Таблица 6

 

Сооружения	Варианты грунтовых условий
1. Производственные здания Одноэтажные с несущими конструкциями, малочувствительными к неравномерным осадкам (например, стальной или железобетонный каркас на отдельных фундаментах при шарнирном опирании ферм, ригелей), и с мостовыми кранами грузоподъемностью до 50 т включительно Многоэтажные до 6 этажей включительно с сеткой колонн не более 6´9 м 2. Жилые и общественные здания Прямоугольной формы в плане без перепадов по высоте с полным каркасом и бескаркасные с несущими стенами из кирпича, крупных блоков или панелей: а) протяженные многосекционные высотой до 9 этажей включительно; б) несблокированные башенного типа высотой до 14 этажей включительно	1. Крупнообломочные грунты при содержании заполнителя менее 40 % 2. Пески любой крупности, кроме пылеватых, плотные и средней плотности 3. Пески любой крупности, только плотные 4. Пески любой крупности, только средней плотности при коэффициенте пористости е £ 0,65 5. Супеси при е £ 0,65, суглинки при е £ 0,85 и глины при е £ 0,95, если диапазон изменения коэффициента пористости этих грунтов на площадке не превышает 0,2 6. Пески, кроме пылеватых при е £ 0,7 в сочетании с пылевато-глинистыми грунтами моренного происхождения при е < 0,5 и IL < 0,5 независимо от порядка их залегания
Примечания: 1. Табл. 6 допускается пользоваться для сооружений, в которых площадь отдельных фундаментов под несущие конструкции отличается не более чем в два раза, а также для сооружений иного назначения при аналогичных конструкциях и нагрузках. Табл. 6 не распространяется на производственные здания с нагрузками на полы свыше 20 кПа (2 тс/м^2).