Современные подходы к анализу осадок строительных оснований

Анализ осадок строительных оснований

Передача нагрузок от здания или сооружения к массиву основания вызывает сложные процессы деформации, сопровождающиеся вертикальными и горизонтальными перемещениями почвы вблизи подошвы фундамента. Корректное прогнозирование таких перемещений критически важно для проектирования, долговечности и безопасной эксплуатации объекта.

Разработка проекта фундаментов ведётся только после завершения всех подготовительных изысканий. К тому времени у специалистов должны быть все необходимые сведения, полученные из инженерно-геологических изысканий, а также точные значения нагрузок, которые в дальнейшем будут действовать на основание в течение жизненного цикла конструкции.

Выбор схемы и конструкции фундамента невозможен без учёта полного перечня факторов. Ошибки на этом этапе способны привести к небезопасной эксплуатации или аварийам. К основным факторам относятся: физические и механические характеристики почвы на площадке, требования к ответственности сооружения и элементы его пространственной схемы.

Решения по геометрии и конструктиву будущего фундамента принимаются на основании комплексного анализа следующих факторов:

• результаты лабораторных и опытных испытаний почвы, определяющие деформационные характеристики и несущую способность;
• общая нагрузка (статическая и динамическая), передающаяся грунту через фундаментные элементы;
• расположение других объектов и степень их влияния с учётом расстояния;
• наличие санитарных и экологических ограничений;
• уровень подземных вод и их воздействие на материалы фундамента;
• климатические параметры района строительства, включая глубину промерзания почвы.

Собрав исходные сведения, производят окончательный выбор разновидности основания (естественное или искусственно усиленное) и материалов, уточняют размеры фундамента по техническим и экономическим критериям.

Понятие осадки и описание ключевых терминов

Величина осадки определяется конфигурацией фундамента и свойствами основания. Существует равномерная и неравномерная осадка: последняя опасна повреждениями несущих и ограждающих конструкций. Основной инструмент для проектировщика — расчет осадки фундамента. Обычно применяют послойное суммирование для определения итоговой просадки. Если практические значения превышают нормативные пределы или просадка неравномерна, необходим пересмотр конструктивных решений с привлечением профильных специалистов.

В инженерных расчетах элементарным слоем называют условно выделенный участок основания заданной толщины, равной 0,2–0,4 ширины фундамента. В этом слое напряжения и осадки рассчитываются с использованием допущения о линейности распределения. Объединяя итоги вычислений по всем слоям, получают эпюру напряжений и полный итог осадки.

Этапы и процедуры расчёта деформаций фундаментов

В строительной сфере расчет оснований регламентирован действующими стандартами и направлен на предупреждение предельных состояний двух групп. Первая группа — обеспечение отсутствия разрушений и потери несущей способности системы "фундамент—грунт". Вторая — защита эксплуатации от недопустимых изменений формы, трещин и других дефектов. При расчете осадки фундамента рассматривается особое сечение — то, в котором давление на грунт максимально.

Типовая последовательность расчёта для ленточных фундаментов включает следующие этапы:

1. Первичная аналитика исходных данных. Систематизация информации по инженерно-геологической модели, конфигурации и размерам используемого фундамента: определяется ширина, глубина заложения, среднее давление на основание.
2. Оценка вертикальных напряжений. Здесь проводится определение давления как от собственного веса грунта, так и от внешних нагрузок. Массив под подошвой делится по глубине (до четырёх ширин) на слоя толщиной 0,4 ширины подошвы.
3. Построение эпюр. Для вычисления напряжения на различных глубинах находят расстояния от поверхности подошвы до расчетной точки каждого слоя и рассчитывают влияние собственного веса. Создаются эпюры напряжений как от собственного веса, так и дополнительно от внешних нагрузок.
4. Установление границ зоны сжатия. По результатам анализа эпюр определяется нижний уровень зоны, в которой сжатие грунта существенно.
5. Итоговое суммирование. Проводится сложение (интегрирование) всех полученных расчетных осадок слоёв по сжимаемой толще. Итоговое значение сравнивают с максимально допустимой просадкой по требованиям сводов правил.

Особенности вычислений для свайных основ

Выполнение расчета осадки фундамента при свайном варианте заметно отличается от вычислений для плитных и ленточных конструкций. Здесь особое значение имеет выбор расчётной схемы — для отдельной сваи или для кустовой группы свай.

Для одиночной висячей сваи осадка вычисляется как прямо пропорциональная величине приложенной к ней вертикальной нагрузки, с учетом модуля сдвига основания и параметров погружения. К формуле включают коэффициенты, зависящие от геометрии сваи и свойств окружающего почвогрунта.

Если речь идёт о сваях, работающих в группе (куст), необходимо учитывать комплексное влияние всех свай друг на друга через массив основания, поскольку почва между ними дополнительно вовлекается в деформационный процесс. Обычно суммарная осадка группы заметно выше, чем для одиночной сваи по той же нагрузке на элемент.

При обновлении или реконструкции уже эксплуатируемых объектов, либо при планировании увеличения этажности, защита от избыточной осадки приобретает особую значимость. Изменение конфигурации нагрузки поэтапно проверяется — проводят пересчёт с обоснованием безопасности. Дополнительно анализируется состояние несущих элементов и наличие резервов их усиления.