Расчет и проектирование фундаментов

Строительство любого здания и сооружения начинается с закладки надежного, прочного фундамента. Это один из важнейших этапов возведения долговечного строения.

Строить можно везде, важно знать, какое техническое решение необходимо для возведения устойчивого фундамента и, какие средства придется затратить на строительство.

Проектируя надземные конструкции, инженер сам решает вопрос выбора строительных материалов, а при проектировании оснований и фундаментов он должен считаться с напластованиями грунтов на площадке строительства и использовать их строительные качества для принятия наиболее рациональных решений.

В соответствии с положениями СНиП 2.02.01-83 «Основания зданий и сооружений» проектирование фундаментов включает в себя выбор типа основания (естественное или искусственное), типа и конструкции фундамента (ленточный, столбчатый, плитный, свайный, сборный или монолитный), а также мероприятий, необходимых для обеспечения эксплуатационной надежности оснований и фундаментов.

Часто приходится проектировать фундамент под уже выбранный тип сооружения. В этом случае задача инженера ограничивается, а получаемое решение не всегда оказывается рациональным и экономичным. Вопросами проектирования фундаментов, в том числе оценкой грунтов как оснований сооружений и зданий, следует заниматься при выборе площадки строительства, размещении на ней объектов строительства с учетом их конфигурации, этажности и основных несущих конструкций. В процессе проектирования выбирается метод выполнения земляных работ и устройства фундаментов. Необходимо понимать, что неправильный метод производства этих работ может вызвать значительные разрушение естественной структуры грунтов.

Для двух, трехэтажного коттеджа стоимость нулевого цикла, как правило, составляет 15-20% от стоимости каркаса всей постройки, а при наличии подвала или цокольного этажа - до 30%. Дороже может обойтись фундамент для коттеджа, примыкающего к крутому склону или установленного в болотистой местности.

Для принятия экономичного решения при проектировании фундаментов необходимо одновременно оценивать вопросы:

выбора несущих конструкций сооружений, удовлетворительно работающих в данных грунтовых условиях;
возможные деформации грунтов основания сооружения;
выбора способа производства земляных работ и работ по возведению фундаментов, обеспечивающих необходимость сохранения естественной структуры грунтов.

Основными принципами проектирования основания являются:

проектирование оснований по предельным состояниям;
учет совместной работы основания, фундаментов и надземных несущих конструкций.

Основания сооружений должны проектироваться на основе комплексного рассмотрения:

результатов инженерно-геологических и гидрогеологических изысканий на площадке строительства;
сведений о сейсмичности района строительства;
данных, характеризующих назначение, конструктивные и технологические особенности сооружения и условия его эксплуатации;
нагрузок, действующих на фундаменты;
окружающей застройки и влияния на нее строящихся сооружений.

Рекомендуется рассматривать несколько вариантов фундаментов и на основе технико-экономического сравнения осуществлять выбор проектного решения, обеспечивающего наиболее полное использование прочностных и деформационных характеристик грунтов и физико-механических свойств материалов фундаментов.

Обычно решение принимают после проектирования наиболее загруженных фундаментов. По выбранному варианту рассчитывают основания остальных фундаментов. Осадки и их неравномерность должны быть меньше допустимых величин для проектируемого сооружения, грунты в основании и фундамент - устойчивыми, а фундамент иметь требуемую прочность.

При проектировании следует учитывать местные условия строительства, а также опыт проектирования, строительства и эксплуатации сооружений в аналогичных инженерно-геологических и гидрологических условиях.

Основными нормативными документами, регламентирующими вопросы проектирования и устройства фундаментов являются: СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений», СП 50-101-2004 «Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений», СП 50-102-2003 «Проектирование и устройство свайных фундаментов». К региональным нормам относятся ТСН 50-302-2004 Санкт-Петербург «Проектирование фундаментов зданий и сооружений в Санкт-Петербурге», ТСН МФ-97 МО «Проектирование, расчет и устройство мелкозаглубленных фундаментов малоэтажных жилых зданий в Московской области», ведомственные строительные нормы ВСН 29-85 «Проектирование мелкозаглубленных фундаментов малоэтажных сельских зданий на пучинистых грунтах».

Проектирование оснований включает обоснованный расчетом выбор:

типа основания (естественное или искусственное);
типа, конструкции, материала и размеров фундаментов (мелкого или глубокого заложения; ленточные, столбчатые, плитные и др.; железобетонные, бетонные, бутобетонные и др.).

Основания должны рассчитываться по двум группам предельных состояний: I - по несущей способности и II - по деформациям.

К первой группе относятся состояния, приводящие сооружение и основание к полной непригодности к эксплуатации (потеря устойчивости; разрушение; пластические деформации и т.п.).

Ко второй группе относятся состояния, затрудняющие нормальную эксплуатацию сооружения или снижающие его долговечность вследствие недопустимых перемещений (осадок, подъемов, прогибов, кренов, углов поворота, колебаний, трещин и т.п.).

Поскольку неравномерные осадки приводят к искривлению надземных конструкций, основным расчетом оснований является расчет по II - предельному состоянию.

По I - предельному состоянию основания рассчитывают в следующих случаях:

на основание передаются значительные горизонтальные нагрузки (подпорные стены и т.п.);
сооружение расположено на откосе или вблизи откоса;
основание сложено водонасыщенными пылевато-глинистыми грунтами;
основание сложено скальными грунтами;
фундамент работает на выдергивание.

Расчеты оснований и фундаментов проводятся в такой последовательности:

1. Сбор нагрузок, действующих на фундамент.

2. Оценка инженерно-геологических условий площадки строительства и определение расчетных характеристик грунта для расчета по второй или первой группам предельных состояний.

3. Выбор глубины заложения фундамента.

4. Вычисление величины расчетного сопротивления грунта основания с уточнением ширины подошвы фундамента и проверкой давления, передаваемого подошвой.

5. Проверка давления по подошве внутренних, более нагруженных фундаментов.

6. Расчет осадки фундамента и неравномерности осадки и сравнение полученных деформаций с предельно допустимыми значениями.

7. Изменение основных размеров фундамента (глубины заложения, соотношения сторон, ширины подошвы), если полученное значение осадки больше предельно допустимого.

8. Расчет при необходимости устойчивости основания.

9. Расчет элементов фундамента на прочность.