Фундаменту возводимый по технологии ТИСЭ, дает возможность просесть дому на 8… 10 см. В реальной жизни просадка фундамента — не более 1 см. Если это учитывать, то величину расчетного сопротивления грунта можно несколько увеличить (предположительно в 1,5 раза) или использовать этот довод для создания определенного запаса по несущей способности основания.
Расчет фундамента по допустимым деформациям сооружения
Целью расчета фундамента по этой методике является оценка соответствия действующего и допустимого уровней деформаций сооружения от воздействия эксплуатационных нагрузок.
В гибких и жестких конструкциях неравномерность осадки вызывает деформации строений или ведет к изменению их положения (рис. 17), что может вызвать ухудшение условий эксплуатации здания или его оборудования. Кроме этого, при больших деформациях конструкция сооружения может испытывать закритические напряжения, ведущие к его разрушению.
Рис. 17. Формы деформаций сооружений: А — прогиб; Б — выгиб; В — сдвиг; Г — крен; Д — перекос; Е — горизонтальное смещение
Правильно спроектированный фундамент предполагает осадки и деформации строения, но величина их не должна превышать строительные нормы, гарантирующие полноценную эксплуатацию здания.
Виды деформаций сооружений.
Прогиб и выгиб (рис. 17, а, б) зданий возникает из‑за неравномерной осадки основания. Наиболее опасная растянутая зона строений при прогибе находится у фундамента, при выгибе — у кровли.
Сдвиг (рис. 17, в) зданий возникает при увеличенной просадке основания с одной из сторон. Наиболее опасная зона строения — стена в средней зоне, где возникает большой сдвиг.
Крен (рис. 17, г) здания возникает при относительно большой его высоте (многоэтажный дом, башня, дымовая труба…), при высокой изгибной жесткости строения. Опасен дальнейший рост крена и последующее разрушение здания.
Перекос (рис. 17, д) возникает при неравномерных осадках, приходящихся на небольшой участок длинного сооружения.
Горизонтальное смещение (рис. 17, е) возникает в фундаментах, в стенах подвалов или в подпорных стенках, загруженных горизонтальными усилиями.
Допускаемая величина осадки и крена сооружений
Допускаемая величина осадки, неравномерности в осадке и крена зависят от типа здания, его силовой схемы и используемых материалов.
Величина допустимых деформаций приведена в таблице 9.
Таблица 9. Предельные деформации оснований
Относительная неравномерность осадки (σ/L) — максимальное отношение разности в осадке двух участков фундамента к расстоянию между этими участками. По–другому: относительный прогиб (выгиб) характеризуется отношением стрелы прогиба к длине изгибаемого участка.
Из таблицы видно, что допустимые неравномерности в осадке дома тем больше, чем менее жесткий дом. Каркасные или деревянные дома допускают относительно большую неравномерность в осадке фундамента. Каменные, более жесткие дома, — нет.
Пример
Кирпичный двухэтажный дом просел в середине на 1 см (рис. 17, а). Расстояние по длине фундамента между точками замера — 600 см (длина дома — 12 м). Относительная неравномерность осадки — 1/600=0,0017. Допустимая неравномерность осадки для такого дома — 0,002. Поэтому осадка в 1 см для такого дома допускается.
Причины неравномерных осадок:
— неоднородность основания, сложенного из пластов различной толщины или плотности;
— переувлажнение какой‑либо части основания или сложение части основания из насыпного грунта;
— неравномерное давление на основание, вызванное несоответствием площади подошвы с действующей вертикальной нагрузкой (давление на фундамент в средней части здания больше, чем под внешними стенами, т. к. на внутреннюю стену опираются перекрытия с двух сторон);
— неодновременное возведение отдельных частей здания;
— механическая суффозия — перемещение водяными потоками частиц грунта — ведет к увеличению пористости и к уменьшению прочности грунта;
— наличие в толще грунта материалов, подверженных гниению (корни деревьев, отходы древесины…);
— воздействие механизмов — удаление лишнего грунта при рытье котлованов и траншей под фундамент — наиболее распространенная ошибка строителей, т. к. уложенная выравнивающая подсыпка под фундаментом не обладает прочностью нетронутого грунта;
— уплотнение грунта в процессе эксплуатации сооружения, связанное со значительным увеличением веса (складские помещения, элеваторы….);
— изменение уровня подземных вод (грунтовых или производственных);
— подземные выработки (рытье туннелей метро, канализационных коллекторов и др.);
— разрушение подземных магистралей систем водоснабжения, отопления, канализации и отвода дождевой воды часто приводит к вымыванию большого объема грунта из‑под строений.
Прорывы трубы систем водоснабжения, центрального отопления или канализации, разрушенная отмостка вокруг зданий, под которую затекают ливневые осадки, могут привести строения в аварийное состояние и даже к разрушению. Происходит это не только из‑за снижения несущей способности влажного грунта. Иногда возникает ситуация, когда под землей стихийно возникают большие и малые водяные потоки, уносящие грунт в магистральные ливнеотводящие коллекторы или в водоносные слои грунта. Подобные потоки при благоприятных условиях могут образовывать ручейки, способные создать в толще грунта полости достаточно внушительных размеров, способные поглотить не один грузовик или разрушить целое здание (рис. 18).
Рис. 18. Образование полостей в толще грунта из‑за разрушения трубопровода системы центрального отопления и из‑за разрушенной отмостки
Фундамент и стены трехэтажного дома 9 х 12 м возводили по технологии ТИСЭ. В процессе возведения стен первого этажа в одном месте стены возникла трещина. Внизу у ростверка её ширина была около 1 мм. Полностью она исчезала на высоте около 1 м от ростверка. Сам ростверк, имеющий высоту около 20 см, не треснул (рис. 19). Стали разбираться, в чём причина.
Рис. 19. Появление трещины при местном переувлажнении грунта: 1 — опора; 2 — песчаная подсыпка; 3 — ростверк; 4 — стена; 5 — трещина; 6 — переувлажненный грунт
Основная ошибка строителей заключалась в том, что песчаная подсыпка, играющая роль нижней части опалубки, из‑под ленты своевременно не была удалена. По сути стены возводили на ленточном незаглубленном фундаменте, которым являлся ростверк.
Перед тем, как возникла трещина, в этом месте стены был брошен шланг, из которого постоянно текла вода, используемая при возведении стен. От переизбытка влаги несущая способность верхних слоев грунта в этом месте снизилась. Тонкая лента проармированного ростверка просела, не треснув. Бетонный массив в нижней части стены, испытывающий растяжение, лопнул, отчего и появилась эта трещина.
Правильная последовательность удаления песчаной подсыпки из‑под ростверка всего дома и горизонтальное армирование стен позволили решить эту проблему. После нанесения шпаклевки эта трещина больше не проявлялась.