Пособие по проектированию оснований - к СНиП 2.02.01-83 (1986)

Даны рекомендации, детализирующие основные положения по проектированию и расчету оснований и особенности проектирования оснований зданий и сооружений, возводимых в особых условиях. Для инженерно-технических работников проектных, изыскательских и строительных организаций.

 

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящее Пособие разработано к СНиП 2.02.01—83 и детализирует отдельные положения этого документа (за исключением вопросов, связанных с особенностями проектирования оснований опор мостов и труб под насыпями).

В Пособии рассмотрены вопросы номенклатуры грунтов и методов определения расчетных значений их характеристик, принципы проектирования оснований и прогнозирования изменения уровня подземных вед, вопросы глубины заложения фундаментов, методы расчета оснований по деформациям и по несущей способности,  особенности проектирования оснований зданий и сооружений, возводимых на региональных видах грунтов, а также расположенных в сейсмических районах и на подрабатываемых территориях.

Текст СНиП 2.02.01-83 отмечен в Пособии вертикальной чертой слева, в скобках указаны соответствующие номера пунктов, таблиц и формул СНиП.

Пособие разработано НИИОСП им. Герсеванова (д-р техн. наук, проф. Е. А. Сорочан — разд. 1, подраздел «Расчет оснований по деформациям» разд. 2 («Определение расчетного сопротивления грунта основания», «Расчет деформации оснований с учетом  разуплотнения грунта при разработке котлована»), разд. 4; канд. техн. наук А. В. Вронский — подразделы «Общие указания», «Нагрузки», «Расчет оснований по деформациям» («Общие положения», «Расчет деформаций оснований» и «Предельные деформации основания»), «Мероприятия по уменьшению деформаций оснований и влияния их на сооружения» разд. 2; канд. техн. наук О. И. Игнатова — подразделы «Нормативные и расчетные значения характеристик грунтов» и «Классификация грунтов» разд. 2; канд. техн. наук Л. Г. Мариупольский — подраздел «Методы определения деформационных и прочностных характеристик грунтов» разд. 2; д-р техн. наук В. О. Орлов — подраздел «Глубина заложения фундаментов» разд. 2; канд. техн. наук А. С. Снарский — подраздел «Расчет оснований по несущей способности» разд. 2; д-р техн. наук, проф. В. И. Кругов — разд. 3; д-р техн наук П. А. Коновалов — разд. 5; канд. техн. наук В. П. Петрухин — разд. 7; канд. _техн. наук Ю. М. Лычко — разд. 8; канд. техн. наук. А. И. Юшин — разд. 9; д-р техн. наук, проф. В. А. Ильичев и канд. техн. наук Л. Р. Ставницер — разд. 10 при участии института «Фундамент-проект» Минмонтажспецстроя СССР (инж. М. Л. Моргулис — подраздел «Расчет оснований по несущей  способности» разд. 2), ПНИИИС Госстроя СССР (канд. техн. наук. Е. С. Дзекцер—подраздел «Подземные воды» разд. 2), МИСИ им. Куйбышева (д-р техн. наук, проф. М. В. Малышев и инж. Н. С. Никитина — подраздел «Определение осадки за пределами линейной зависимости между напряжениями и деформациями» разд. 2; д-р техн. наук, проф. Э. Г. Тер-Мартиросян, канд. техн. наук Д. М. Ахпателов и инж. И. М. Юдина — подраздел «Расчет деформаций  оснований с учетом разуплотнения грунта при разработке  котлована» разд. 2), Днепропетровского инженерно-строительного института Минвуза УССР (д-р техн. наук, проф. В. Б. Швец — разд. 6) и  института «Энергосетьпроект» Минэнерго СССР (инженеры Н. И. Швецова и Ф. П. Лобаторин—разд. 11). Пособие разработано под общей редакцией д-ра техн. наук, проф. Е. А. Сорочана.

 

I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящее Пособие рекомендуется использовать при  проектировании оснований промышленных, жилых и общественных зданий и сооружений всех областей строительства, в том числе  городского и сельскохозяйственного, промышленного и транспортного. В Пособии не рассматриваются вопросы проектирования оснований мостов и водопропускных труб.

1.2. Настоящие нормы должны соблюдаться при проектировании зданий и сооружений.

Настоящие нормы не распространяются на проектирование оснований гидротехнических сооружений, дорог, аэродромных покрытий, зданий и сооружений, возводимых на вечномерзлых грунтах, а также оснований свайных фундаментов, глубоких опор и фундаментов под машины с динамическими нагрузками.

1.3. A.1). Основания сооружений должны проектироваться на основе:

а) результатов инженерно-геодезических, инженерно-геологических и инженерно-гидрометеорологических изысканий для строительства;

б) данных, характеризующих назначение, конструктивные и технологические особенности сооружения, нагрузки, действующие на фундаменты, и условия его эксплуатации;

в) технико-экономического сравнения возможных вариантов проектных решений (с оценкой по приведенным затратам) для принятия варианта, обеспечивающего наиболее полное использование прочностных и деформационных характеристик грунтов и физико-механических свойств материалов фундаментов или других подземных конструкций.

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

1.4A.2). Инженерные изыскания для строительства должны проводиться в соответствии с требованиями СНиП, государственных стандартов и других нормативных документов по инженерным изысканиям и исследованиям грунтов для строительства, В районах со сложными инженерно-геологическими условиями: при наличии грунтов с особыми свойствами (просадочные, набухающие и др.) или возможности развития опасных  геологических процессов (карст, оползни и т.п.), а также на  подрабатываемых территориях инженерные изыскания должны  выполняться специализированными организациями.

1.5. Инженерно-геологические и гидрогеологические изыскания должны выполняться согласно требованиям:

а) главы СНиП по инженерным изысканиям для  строительства:

б) ГОСТов на испытание грунтов (принимаются по прил. 2).

1.6A.8). Грунты оснований должны именоваться в описаниях результатов изысканий, проектах оснований, фундаментов и  других подземных конструкций сооружений согласно ГОСТ 25100— 82.

1.7A.4). Результаты инженерных изысканий должны  содержать данные, необходимые для выбора типа оснований и  фундаментов, определения глубины заложения и размеров  фундаментов с учетом прогноза возможных изменений (в процессе строительства и эксплуатации) инженерно-геологических и  гидрогеологических условий площадки строительства, а также вида и  объема инженерных мероприятий по ее освоению.

Проектирование оснований без соответствующего  инженерно-геологического обоснования или при его недостаточности не допускается.

1.8. Результаты инженерно-геологических и гидрогеологических исследований, излагаемые в отчете об изысканиях, должны содержать сведения: 

о местоположении территории предполагаемого строительства, о ее климатических и сейсмических условиях и о ранее выполненных исследованиях грунтов и подземных вод;

об инженерно-геологическом строении и литологическом составе толщи грунтов и о наблюдаемых неблагоприятных физико-геологических и других явлениях (карст, оползни, просадки и набухание грунтов, горные выработки и т. п.);

о гидрогеологических условиях с указанием высотных отметок появившихся и установившихся уровней подземных вод,  амплитуды их колебаний и величин расходов воды; о наличии гидравлических связей горизонтов вод между собой и ближайшими открытыми водоемами, а также сведения об агрессивности вод в отношении материалов конструкций фундаментов;

о грунтах строительной площадки, в том числе описание в  стратиграфической последовательности напластований грунтов основания, форма залегания грунтовых образований, их размеры в плане и по глубине, возраст, происхождение и классификационные наименования, состав и состояние грунтов.

Для выделенных слоев грунта должны быть приведены физико-механические характеристики, к числу которых относятся:

плотность и влажность грунтов;

коэффициент пористости грунтов;

гранулометрический состав для крупнообломочных и песчаных грунтов;

число пластичности и показатель текучести грунтов;

угол внутреннего трения, удельное сцепление и модуль деформации грунтов;

коэффициент фильтрации;

коэффициент консолидации для водонасыщенных пылевато-глинистых грунтов при показателе текучести, биогенных грунтов и илов;

временное сопротивление на одноосное сжатие, коэффициент размягчаемости, степень засоленности и растворимости для скальных грунтов;

относительная просадочность, а также величина начального давления и начальной критической влажности для просадочных грунтов;

относительное набухание, давление набухания и линейная усадка для набухающих грунтов;

коэффициент выветрелости для элювиальных грунтов;

количественный и качественный состав засоления для  засоленных грунтов;

содержание органического вещества для биогенных грунтов и степень разложения для торфов.

В отчете обязательно указываются применяемые методы  лабораторных и полевых определений характеристик грунтов. К отчету прилагаются таблицы и ведомости показателей физико-механических характеристик грунтов, схемы установок,  примененных при полевых испытаниях, а также колонки грунтовых выработок и инженерно-геологические разрезы. На последних должны быть отмечены все места отбора проб грунтов и пункты полевых испытаний грунтов.

Характеристики грунтов должны быть представлены их  нормативными значениями, а удельное сцепление, угол внутреннего трения, плотность и предел прочности на одноосное сжатие скальных грунтов также и расчетными значениями.

В отчете, должен быть также прогноз изменения инженерных условий территории (площадки) строительства при возведении и эксплуатации зданий и сооружений.

1.9. Данные о климатических условиях района строительства должны приниматься по указаниям главы СНиП по строительной климатологии и геофизике.

1.10. Для учета при проектировании оснований опыта  строительства необходимо иметь данные об инженерно-геологических условиях этого района, о конструкциях возводимых зданий и сооружений, нагрузках, типах и размерах фундаментов, давлениях на грунты основания и о наблюдавшихся деформациях сооружений.

Наличие таких данных позволит лучше оценить инженерно-геологические условия площадки, а также возможность проявления неблагоприятных физико-геологических процессов и явлений (развитие карста, оползней и т. д.), характеристики грунтов, выбрать наиболее рациональные типы и размеры фундаментов, глубину их заложения и т. д.

1.11. Необходимо учитывать местные условия строительства, для чего должны быть выявлены данные о производственных  возможностях строительной организации, ее парке оборудования, ожидаемых климатических условиях на весь период устройства оснований и фундаментов, а также всего нулевого цикла. Эти данные могут оказаться решающими при выборе типов фундаментов (например, на естественном основании или свайного), глубины их заложения, метода подготовки основания и пр.

1.12. Конструктивное решение проектируемого здания или  сооружения и условий последующей эксплуатации необходимо с целью прогнозирования изменения инженерно-геологических и гидрогеологических условий, в том числе и свойств грунтов, для выбора типа фундамента, учета влияния верхних конструкций на работу  оснований, для уточнения требований к допустимой величине деформации и т. д.

1.13. Технико-экономическое сравнение возможных вариантов проектных решений по основаниям и фундаментам необходимо для выбора наиболее экономичного и надежного проектного решения, которое исключит необходимость его последующей корректировки в процессе строительства и позволит избежать дополнительных затрат материальных средств и времени.

1.14A.5). Проектом оснований и фундаментов должна быть предусмотрена срезка плодородного слоя почвы для  последующего использования в целях восстановления (рекультивации) нарушенных или малопродуктивных сельскохозяйственных земель, озеленения района застройки и т. п.

1.15A.6). В проектах оснований и фундаментов  ответственных сооружений, возводимых в сложных инженерно-геологических условиях, следует предусматривать проведение натурных измерений деформаций основания,

Натурные измерения деформаций основания должны также предусматриваться в случае применения новых или недостаточно изученных конструкций сооружений или их фундаментов, а также если в задании на проектирование имеются специальные  требования по измерению деформаций основания.

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОСНОВАНИЙ

Общие указания

2.1. Проектирование оснований является неотъемлемой  составной частью проектирования сооружения в целом. Статическая  схема сооружения, конструктивное и объемно-планировочное решение, плановая и высотная привязки должны приниматься с учетом  результатов инженерных изысканий на площадке строительства и  технически возможных решений фундаментов.

2.2.B.1). 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.); мероприятий, указанных в пп. 2.290—2.295B.67—2.71), применяемых при необходимости уменьшения влияния деформаций основания на эксплуатационную пригодность сооружений.

2.3B.2). Основания должны рассчитываться по двум группам предельных состояний: по первой — по несущей способности; по второй — по деформациям.

В расчетах оснований следует учитывать совместное действие силовых факторов и неблагоприятных влияний внешней среды (например, влияние поверхностных или подземных вод на физико-механические свойства грунтов).

2.4. К первой группе предельных состояний оснований  относятся: потеря устойчивости формы и положения; хрупкое, вязкое или иного характера разрушение; резонансные колебания; чрезмерные пластические деформации или деформации неустановившейся ползучести.

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

2.5. Сооружение и его основание должны рассматриваться в единстве, т. е. должно учитываться взаимодействие сооружения со сжимаемым основанием. Поскольку основание лишь косвенно влияет на условия эксплуатации сооружения, состояние основания можно считать предельным лишь в случае, если оно влечет за собой одно из предельных состояний сооружения.

2.6. Целью расчета оснований по предельным состояниям является выбор технического решения фундаментов, обеспечивающего невозможность достижения основанием предельных состояний, указанных в п. 2.4. При этом должны учитываться не только нагрузки от проектируемого сооружения, но также возможное изменение физико-механических свойств грунтов под влиянием поверхностных или подземных вод, климатических факторов, различного вида тепловых источников и т. д. К изменению влажности особенно чувствительны просадочные, набухающие и засоленные грунты, к изменению температурного режима — набухающие и пучинистые грунты.

2.7. При проектировании необходимо учитывать, что потеря несущей способности основания, как правило, приводит конструкции сооружения в предельное состояние первой группы. При этом предельные состояния основания и конструкций сооружения совпадают. Деформации же основания могут привести конструкции  сооружения в предельные состояния как второй, так и первой группы, поэтому предельные деформации основания могут лимитироваться как прочностью, устойчивостью и трещиностойкостью конструкций, так и архитектурными, эксплуатационно-бытовыми и технологическими требованиями, предъявляемыми к сооружению или размещенному в нем оборудованию.

2.8B.4). Расчетная схема системы сооружение — основание или фундамент — основание должна выбираться с учетом наиболее существенных факторов, определяющих напряженное состояние и деформации основания и конструкций сооружения (статической схемы сооружения, особенностей его возведения, характера грунтовых напластований, свойств грунтов основания, возможности их применения в процессе строительства и  эксплуатации сооружения и т.д.). Рекомендуется учитывать пространственную работу конструкций, геометрическую и физическую нелинейность, анизотропность, пластические и реологические свойства материала и грунтов.

Допускается использовать вероятностные методы расчета, учитывающие статистическую неоднородность оснований, случайную природу нагрузок, воздействий и свойств материалов конструкций.

2.9. Расчетная схема системы сооружение — основание или фундамент — основание представляет собой совокупность упрощающих предположений относительно геометрической схемы конструкции, свойств материалов и грунтов, характера взаимодействия конструкции с основанием и схематизации возможных предельных  состояний.

Одно и то же сооружение может иметь разную расчетную  схему в зависимости от вида предельного состояния, цели расчета,  вида учитываемых воздействий и разработанности методов расчета.

2.10. Для расчета деформаций оснований используется  преимущественно расчетная схема основания в виде линейно-деформируемой среды: полупространства с условным ограничением глубины сжимаемой толщи или слоя конечной толщины [см. п. 2.173 B.40)].

Развитие деформаций основания во времени (консолидационное уплотнение, ползучесть), а также анизотропию прочностных и деформационных характеристик следует, как правило, учитывать при расчете оснований, сложенных водонасыщенными пылевато-глинистыми грунтами и илами.

2.11. Для расчета конструкций сооружений на сжимаемом основании помимо упомянутых схем могут применяться расчетные схемы, характеризуемые коэффициентом постели или коэффициентом жесткости, в качестве которых принимается отношение давления (нагрузки) на основание к его расчетной осадке. Такие характеристики удобны при необходимости учета неоднородности грунтов  основания, в том числе вызванной неравномерным замачиванием просадочных грунтов, при расчете сооружений на подрабатываемых территориях и т. д.

При расчете несущих конструкций здания на ветровые нагрузки в качестве расчетной схемы в данном случае принимается многоэтажная рама с жесткой заделкой стоек в уровне верха фундаментной плиты. Для определения усилий в фундаментной конструкции расчетная схема принимается в виде плиты конечной жесткости на линейно-деформируемом слое. При вычислении крена плиты ее жесткость можно принять бесконечно большой. При определении средней осадки плиты, а также при расчете несущей способности основания допускается пренебречь жесткостью плиты и считать давление на основание распределенным по линейному закону.

Для расчета конструкций протяженного крупнопанельного  жилого дома, имеющего в основании напластование грунтов с ярко выраженной неравномерной сжимаемостью (рис. 1,6), целесообразно принять расчетную схему в виде равномерно загруженной балки конечной жесткости на основании с переменным коэффициентом жесткости.

Нагрузки и воздействия, учитываемые в расчетах оснований

2.13B.5). Нагрузки и воздействия на основания, передаваемые фундаментами сооружений, должны устанавливаться расчетом, как правило, исходя из рассмотрения совместной работы сооружения и основания.

Учитываемые при этом нагрузки и воздействия на сооружение или отдельные его элементы, коэффициенты надежности по нагрузке, а также возможные сочетания нагрузок, должны пониматься согласно требованиям СНиП по нагрузкам и  воздействиям.

Нагрузки на основание допускается определять без учета их перераспределения надфундаментной конструкцией при расчете:

а) оснований зданий и сооружений III класса;1

б) общей устойчивости массива грунта основания совместно с сооружением;

в) средних значений деформаций основания;

г) деформаций оснований в стадии привязки типового проекта к местным грунтовым условиям.

2.14. При проектировании оснований следует учитывать, что сооружение и основание находятся в тесном взаимодействии. Под влиянием нагрузок от фундаментов основание деформируется, а это в свою очередь вызывает перераспределение нагрузок за счет  включения в работу надфундаментных конструкций. Характер и степень перераспределения нагрузок на основание, а следовательно, и  дополнительные усилия в конструкциях сооружения зависят от вида, состояния и свойств грунтов, характера их напластования, статической схемы сооружения, его пространственной жесткости и  многих других факторов.

2.15. Основными характеристиками нагрузок являются их  нормативные значения, устанавливаемые СНиП по нагрузкам и  воздействиям. Все расчеты оснований должны производиться на  расчетные значения нагрузок, которые определяются как произведение нормативных нагрузок на коэффициент надежности по нагрузке - учитывающий возможное отклонение нагрузок в  неблагоприятную сторону от нормативных значений и устанавливаемый в  зависимости от группы предельного состояния.

Коэффициент надежности по нагрузке  принимается при расчете оснований:

по первой группе предельных состояний (по несущей способности) — по указаниям СНиП по нагрузкам и воздействиям;

по второй группе предельных состояний (по деформациям) — равным единице.

2.16. В зависимости от продолжительности действия нагрузки подразделяются на постоянные и временные. Постоянными  считаются нагрузки, которые при строительстве и эксплуатации  сооружения действуют постоянно (собственный вес конструкций и  грунтов, горное давление и т. п.). Временными считаются нагрузки, которые в отдельные периоды строительства и эксплуатации могут отсутствовать.

2.17. Временные нагрузки в свою очередь подразделяются на:

длительные (например, вес стационарного оборудования, нагрузки на перекрытиях в складских помещениях, зернохранилищах, библиотеках и т. п.);

кратковременные, которые могут действовать лишь в отдельные периоды времени (вес людей и ремонтных материалов в зонах обслуживания и ремонта; нагрузки, возникающие при изготовлении, перевозке и возведении конструкций; снеговые, ветровые и гололедные нагрузки и т. п.);

особые, возникновение которых возможно лишь в исключительных случаях (сейсмические, аварийные и т. п.).

2.18. В зависимости от состава различаются сочетания 

нагрузок:

основные, состоящие из постоянных, длительных и  кратковременных нагрузок;

особые, состоящие из постоянных, длительных, возможных кратковременных и одной из особых нагрузок.

2.19B.6). Расчет оснований по деформациям должен производиться на основное сочетание нагрузок; по несущей способности на основное сочетание, а при наличии особых нагрузок и воздействий — на основное и особое сочетание. При этом нагрузки на перекрытия и снеговые нагрузки, которые согласно СНиП по нагрузкам и воздействиям могут относиться как к длительным, так и к кратковременным, при расчете оснований по несущей способности считаются кратковременными, а при расчете по. деформациям — длительными. Нагрузки от подвижного подъемно-транспортного оборудования в обоих  случаях считаются кратковременными.

2.20B.7). В расчетах оснований необходимо учитывать  нагрузки от складируемого материала и оборудования, размещаемых вблизи фундаментов.

2.21B.8). Усилия в конструкциях, вызываемые климатическими температурными воздействиями, при расчете оснований по деформациям не должны учитываться, если расстояние между температурно-усадочными швами не превышает значений,  указанных в СНиП по проектированию соответствующих конструкций.

2.22B.9). Нагрузки, воздействия, их сочетания и коэффициенты надежности по нагрузке при расчете оснований опор мостов и труб под насыпями должны приниматься в соответствии с требованиями СНиП по проектированию мостов и труб.

...