Проектирование оснований и фундаментов

Работы по проектированию оснований и фундаментов реконструируемых зданий должны выполняться в соответствии с техническим заданием на проектирование и необходимыми исходными данными. Техническое задание включает сведения о целях реконструкции (надстройка существующего здания, пристройка к нему новой части и т.п.), характеристику здания, уровень ответственности, нагрузки и другие данные, необходимые для проектирования.

Общие требования по проектированию оснований и фундаментов реконструируемых зданий

Проектирование оснований и фундаментов реконструируемых сооружений следует выполнять в соответствии с требованиями глав СНиП 2.02.61-83*, 2.02.03-85, МГСН 2.07-97, Рекомендаций (1997), СНиП 3.02.01-87 и других нормативных документов. Допускается одностадийное проектирование, т.е. разработка непосредственно рабочих чертежей. Работы по проектированию оснований и фундаментов реконструируемых зданий должны выполняться в соответствии с техническим заданием на проектирование и необходимыми исходными данными. Техническое задание включает сведения о целях реконструкции (надстройка существующего здания, пристройка к нему новой части и т.п.), характеристику здания, уровень ответственности, нагрузки и другие данные, необходимые для проектирования.

Исходные данные должны содержать отчеты об инженерных изысканиях по площадке строительства с прочностными, деформационными и физическими характеристиками грунтов основания на момент реконструкции и обследовании оснований, фундаментов и конструкций здания, включая обмеро-обследовательские работы. Особое внимание должно уделяться прочностным характеристикам материалов, наличию в конструкциях разрушений, деформаций, трещин. По полученным данным проверяются фактические давления на грунты основания под подошвой существующих фундаментов и устанавливается необходимость усиления основания - pppa.ru. Выбранные способы укрепления грунтов основания и усиления конструкций фундаментов и подземной части здания должны быть рассчитаны на фактические нагрузки и воздействия, возникающие в результате реконструкции, а также в процессе строительства.

Проектирование оснований и фундаментов должно производиться с использованием расчетных значений физико-механических характеристик грунтов оснований и характеристик материала существующих и возводимых фундаментов. При этом должны учитываться состояние конструкций подземной и надземной частей, а также особенности производства работ по усилению оснований, фундаментов, подземной и надземной частей сооружения. В проектах реконструируемых зданий должны приниматься такие решения по устройству оснований и фундаментов, при которых максимально используются существующие конструкции фундаментов и резервы несущей способности оснований. Производство работ при реконструкции не должно приводить к возникновению дополнительных недопустимых осадок сооружения.

При расчете оснований и фундаментов значения нагрузок и воздействий, коэффициентов надежности по нагрузке, коэффициентов сочетаний, а также подразделение нагрузок на постоянные и временные должны приниматься в соответствии с требованиями СНиП по нагрузкам и воздействиям (СНиП 2.01.07-85 "Нагрузки и воздействия", БСТ № 5-90, №№ 11, 12-93.). При расчете оснований фундаментов нагрузки и воздействия определяются исходя из совместной работы системы "основание - фундамент - подземная - надземная конструкция". Допускается нагрузки на основание определять без учета их перераспределения фундаментом, подземными и надземными конструкциями при расчете:

а) оснований сооружений II и III уровня ответственности;
б) общей устойчивости массива грунта основания совместно с сооружением;
в) средних значений деформаций основания.

Расчет оснований по несущей способности производится на основное сочетание, при наличии особых нагрузок и воздействий - на основное и особое сочетание; расчет по деформациям - на основное сочетание нагрузок.

Нагрузки на перекрытия и снеговые нагрузки при расчете оснований по несущей способности принимаются кратковременными, а при расчете по деформациям - длительными. Нагрузки от подвижного подъемно-транспортного оборудования в обоих случаях принимаются кратковременными, а нагрузки от складируемых материалов - длительными.

Расчет конструкций фундаментов, включая свайные, производятся по двум предельным состояниям:

а) первой группы - расчет по прочности, на продавливание и на выносливость для фундаментов, находящихся под действием повторяющейся нагрузки;
б) второй группы - по образованию и раскрытию трещин.

Расчет кирпичных, каменных, бетонных и железобетонных фундаментов по деформациям не производится.

При проектировании новых зданий рядом с существующим реконструируемым следует производить проверку влияния нового здания на осадку реконструируемого здания путем выполнения расчетов в соответствии со СНиП 2.02.01-83* и 2.02.03-85. Допустимой величиной дополнительной осадки фундамента существующего здания от влияния вновь возводимого здания следует считать осадку не более 20 мм.

Проектирование оснований и фундаментов при реконструкции должно вестись с учетом динамических воздействий от:

- оборудования, установленного в зданиях;
- наземного и подземного транспорта;
- производства строительных работ;
- других источников.

Проектирование оснований и фундаментов в условиях динамических воздействий необходимо вести на основе данных инструментальных обследований вибраций.

Снижение параметров вибрации воздействием на источник возбуждения может производиться:

- заменой технологического процесса (с уменьшением или исключением динамических воздействий);
- перемещением источника;
- регулированием в источнике (например, уравновешиванием, балансировкой или центровкой машин);
- активной виброизоляцией;
- изменением рабочей частоты машин и механизмов.

При изменении конструкции фундаментов с целью снижения вибраций в условиях реконструкции во всех случаях необходимо проводить расчет колебаний с целью обеспечения желаемого эффекта и предотвратить неправильные технические решения, которые могут ухудшить вибрационную обстановку. Расчет колебаний должен производиться для двух состояний сооружения - до реконструкции и после нее. Расчет колебаний до реконструкции должен давать результаты, согласующиеся с полученными в ходе вибрационного обследования экспериментальными данными - pppa.ru. При необходимости осуществляется уточнение отдельных параметров или всей расчетной схемы. Если преобладающие частоты динамических воздействий ниже частоты первого тона собственных колебаний сооружения, то эффективными могут являться методы, связанные с увеличением жесткости основания.

Для увеличения жесткости основания применяются следующие подходы:

- увеличение площади подошвы фундамента;
- введение дополнительных элементов, заглубленных ниже отметки подошвы фундамента;
- повышение жесткости грунтовой среды.

В ряде случаев (при наличии высокочастотных или импульсных динамических воздействий) для снижения вибраций целесообразно применение пассивной виброизоляции на основе пружинных, резиновых или комбинированных виброизоляторов. При реконструкции оснований и фундаментов возможно использование динамических гасителей колебаний разных конструктивных схем. При частоте воздействия близкой или превосходящей собственную частоту возможно снижение уровня колебаний за счет увеличения массы фундамента. К ослаблению динамического воздействия устройством дополнительных строительных конструкций (экранов) на путях распространения вибраций в грунте до контакта с фундаментом (экранированию) целесообразно прибегать при высоких частотах динамического воздействия.

Фундаменты мелкого заложения

Расчет давления на основание существующего здания при его предстоящей надстройке проводится по формулам 2.46 и 2.47 СНиП 2.02.01-83*.

Расчеты бетонных и железобетонных фундаментов по прочности и продавливанию, по образованию и раскрытию трещин производится при совместном действии постоянных, длительных и кратковременных нагрузок - pppa.ru. При расчете по образованию и раскрытию трещин нагрузки от подвижного подъемно-транспортного оборудования и от складируемых материалов следует принимать длительными.

Расчеты каменных фундаментов производятся по прочности на действие постоянных и длительных нагрузок.

При устройстве в реконструируемых зданиях подземных сооружений (подвалов, тоннелей и т.п.) должно учитываться:

а) дополнительное активное горизонтальное давление на фундаменты и сваи;

б) уменьшение несущей способности фундаментов и свай.

Расчет оснований реконструируемых сооружений производится по деформациям во всех случаях, а по несущей способности, если:

а) на основание передаются горизонтальные нагрузки;

б) сооружение расположено на откосе, вблизи откоса или котлована;

в) основание сложено водонасыщенными ( >0,85) глинистыми, органоминеральными грунтами или пылеватыми песками, имеющими модуль деформации менее 5 МПа;

г) производится отрывка грунта до отметки заложения подошвы фундамента.

Целью расчета оснований по деформациям реконструируемых зданий является ограничение дополнительных перемещений их фундаментов и надземных конструкций такими пределами, при которых гарантируется нормальная эксплуатация сооружения.

Расчет оснований по деформациям производится исходя из условия

где - совместная деформация основания и сооружения, определяемая расчетом до начала реконструкции сооружения;

- деформация, вызванная реконструкцией здания;

- предельное значение совместной деформации реконструируемого здания, устанавливаемое расчетом.

Допускается принимать предельное значение средней осадки по таблицам приложения 4 СНиП 2.02.01-83*.

При расчете по деформациям основания реконструируемого здания расчетное сопротивление грунта основания определяется по СНиП 2.02.01-83*.

При усилении конструкции фундаментов железобетонной рубашкой толщиной до 15 см площадь подошвы рубашки при растете основания не учитывается.

При уширении фундаментов и подводке под здание железобетонного фундамента расчет последнего по прочности производится как для случая вновь возводимого здания согласно СНиП 2.03.01-84*.

Площади сечения рабочей арматуры столбчатого фундамента в обоих направлениях определяются из расчета на изгиб консольного выступа плитной части в сечениях по грани колонны (подколонника) и по граням ступеней от действия давления на грунт.

Изгибающие моменты в расчетных сечениях определяются по давлению грунта , вычисленному от расчетных значений нормальной силы , приложенной по обрезу фундамента, и изгибающего момента в уровне подошвы, действующего в плоскости определяемого момента.

Расчет на продавливание столбчатого фундамента производится при условии, чтобы действующие усилия были восприняты бетонным сечением фундамента без установки поперечной арматуры.

Для центрально нагруженных прямоугольных и внецентренно нагруженных фундаментов принимают схему, в которой рассматривается условие прочности сечения одной грани, параллельной меньшей стороне основания фундамента - pppa.ru. Расчет производится на действие вертикальной силы , приложенной по обрезу фундамента, и момента на уровне подошвы.

Расчет ленточного фундамента производится по сечениям, проходящим по краю фундаментной стены и по грани ступени.

Предельно допускаемая ширина раскрытия трещин, обеспечивающая сохранность арматуры всех фундаментов, не должна превышать 0,2 мм.

Толщина защитного слоя бетона фундаментов должна быть не менее: в сборных 30 мм, в монолитных при наличии бетонной подготовки 35 мм, а при ее отсутствии - 70 мм. В случае бетонной подготовки, при соответствующем обосновании, допустимо принимать расчетные габариты фундамента с учетом размеров этой подготовки.

Армирование фундаментов осуществляется с применением армокаркасов, сеток и отдельных стержней. Расстояние в свету между поперечными (рабочими) стержнями во всех случаях должно быть не менее 50 мм. Расстояние между продольными (конструктивными) стержнями должно быть не больше 300 мм.

При закладке нового фундамента ниже существующего разработку котлована и устройство фундамента производят захватками длиной не более 2 м.

Допустимая разность отметок заложения соседних одиночных или ленточных фундаментов должна быть меньше

,

где - расстояние между ближайшими сторонами фундаментов;

и - расчетные значения угла внутреннего трения и удельного сцепления грунта;

- среднее давление от расчетных нагрузок под подошвой расположенного выше фундамента.

При проектировании под реконструируемым зданием сплошной плиты рекомендуется расчет плиты выполнять на ЭВМ по программам, прошедшим сертификацию.

Толщина фундаментной плиты принимается не менее 40 см.

Свайные фундаментыФундаменты из забивных свай, проектируемые для реконструируемых зданий, а также вблизи существующих подземных сооружений и коммуникаций, должны располагаться на расстояниях, безопасных по условию динамических воздействий на конструкции этих зданий, а также безопасных по условию смещения грунта вокруг погружаемых свай.

Перед забивкой свай все здания и сооружения, расположенные на удалении менее 25 м должны быть обследованы с составлением актов на имеющиеся дефекты их конструкций.

По условию динамических воздействий от забивки свай расстояние между ними и существующими конструкциями зданий и сооружений, как правило, должно назначаться не менее 20 м. Размещение забивных свай на меньшем расстоянии допускается принимать только по результатам пробной забивки свай с измерением фактических скоростей колебаний и проверки их допустимости.

Безопасные значения скорости колебаний [ ] зданий и сооружений могут приниматься в соответствии с таблицей (см. ниже), а их величины при пробной забивке свай определяться по формуле

,

где: и - соответственно амплитуда и частота колебаний, определяемые экспериментально при пробной забивке свай.

В случае, если соблюдено требование по условию развития горизонтальных смещений грунта, забивные сваи проектируемых фундаментов возводимых зданий должны располагаться от конструкций существующих зданий не менее чем на расстоянии 12 значении наибольшего размера поперечного сечения свайного ствола, если в фундаментах применяется однорядное или двухрядное расположение свай.

Примечания:

1) При забивке свай в лидерные скважины диаметром, равным стороне поперечного сечения сваи, это расстояние допускается сокращать до 6-ти диаметров лидера.

2) При многорядном расположении свай в фундаменте безопасное расстояние по условию смещения грунта при забивке свай определяется по результатам специальных исследований.

3) Лидерные скважины допускается в рассматриваемом случае применять только в глинистых грунтах.

Таблица

Конструкции зданий и сооружений	Допустимые скорости колебаний, см/с, при грунтах основания
	песчаные грунты
	плотные	средней плотности	рыхлые
	глинистые грунты при показателе текучести
	0,5	0,5 0,75	0,75
Монолитные железобетонные и каркасные со стальным каркасом	6,0	4,5	1,5
Каркасные с рамным каркасом из монолитного железобетона	4,0	2,0	0,7
Кирпичные блочные и панельные	3,0	1,5	0,5

Уменьшение негативного динамического воздействия от забивки свай на существующие здания и сооружения возможно путем погружения свай в лидерные скважины, пробуренные в глинистых грунтах, или в предварительно разрыхляемые бурением песчаные грунты - pppa.ru. Существенного уменьшения динамического воздействия на окружающие здания можно достичь, кроме того, за счет применения гидромолотов с большой массой их ударной части при малой высоте ее подъема.

Примечание: При забивке свай вблизи зданий и сооружений одновременное использование нескольких сваепогружающих агрегатов не рекомендуется.

В случаях, когда применение забивных свай вблизи существующих зданий и сооружений оказывается невозможным по условию динамических воздействий, они могут быть заменены на вдавливаемые сваи, погружаемые специальными сваевдавливающими установками.

Минимально необходимое усилие для вдавливания свай допускается определять по формуле

,

где - скоростной коэффициент условий работы, принимаемый при скорости погружения сваи до 3 м/мин равным = 1,2;

- несущая способность сваи при различных глубинах ее погружения, в том числе при погружении на проектную отметку.

При вдавливании свай для усиления оснований реконструируемых зданий их фундаменты и подземные конструкции должны быть проверены на возможность восприятия усилия вдавливания и в случае необходимости соответствующим образом усилены. Ленточные фундаменты при этом следует усилить путем устройства сплошных непрерывных железобетонных рубашек или поясов из стальных балок, устанавливаемых в специально выполненных штрабах, с последующим их обетонированием.

В случае глубокого залегания подземных вод усиление основания зданий вдавливаемыми сваями может осуществляться путем непосредственного вдавливания их секций домкратами под подошвой фундаментов в вырытых шурфах, а при высоком уровне подземных вод - с применением подведенных под фундаменты сталебетонных балок, оснащенных анкерами, обеспечивающими возможность погружения секций свай рядом с существующими фундаментными конструкциями.

Для усиления оснований зданий при реконструкции в сложных инженерно-геологических условиях (СНиП 11-02-96), а также в случае необходимости углубления подземной части здания или устройства вблизи него подземных сооружений следует применять буроинъекционные сваи диаметром 100-250 мм. Расчеты и конструирование таких свай должны выполняться специализированными проектными организациями.

При применении фундаментов из буронабивных свай для реконструируемых зданий необходимо провести оценку величины возможной технологической осадки при разбуривании свайных скважин, а также предусмотреть мероприятия по уменьшению величины технологической осадки.

Примечание. Требования настоящего пункта распространяются не только на одиночные сваи, но и на буросоприкасающиеся и буросекущиеся сваи, используемые для устройства подземных частей здания и сооружения.

В проекте фундаментов бурение скважин для устройства буронабивных свай должно быть предусмотрено использование станков, оснащенных инвентарными обсадными трубами. При этом в любых грунтах (кроме скальных) должно быть указано на недопустимость в процессе бурения опережения буровым органом станка низа башмака обсадной трубы.

Для усиления или устройства фундаментов реконструируемых зданий вместо буронабивных свай могут применяться сваи из завинчиваемых стальных труб. В этом случае исключается разгрузка и разрыхление грунтов, происходящие при проходке буронабивных свай, которые могут вызвать осадку близко расположенных фундаментов - pppa.ru. Ствол таких свай выполняется в виде трубы диаметром 200-400 мм, на боковой поверхности которой приварена арматурная спираль с шагом, равным диаметру трубы. Нижний конец трубы имеет плоскую заглушку с крестообразными плашками. Завинчивание такой сваи должно быть предусмотрено с помощью буровых станков. Полость завинчиваемых свай после их погружения заполняется бетоном с установкой арматурного каркаса.

При усилении свайных оснований реконструируемых зданий путем подведения дополнительных свай под их существующие ростверки последние всегда должны проверяться на прочность в связи с изменением величин нагрузок и мест их приложения. Усиление существующих ростверков, не имеющих достаточной прочности по расчету на новые нагрузки, может осуществляться путем их обетонировки или путем устройства над ними железобетонных рубашек, обрамляющих надростверковые конструкции подвальных стен, панелей или фундаментных блоков. Железобетонные рубашки должны соединяться с существующими конструкциями, в том числе анкерными стержнями, устанавливаемыми в шпурах на цементном растворе. Площадь поперечного сечения анкерных стержней определяется из условия достаточности восприятия ими дополнительных нагрузок, передаваемых на существующий ростверк.

При неравномерных осадках фундаментов реконструируемого здания может оказаться эффективным усиление основания щебеночными сваями.