— песчаные — сыпучие в сухом состоянии грунты, для которых испытание на пластичность дает число пластичности Wп =< 1 или невыполнимо из-за отсутствия у грунта свойств раскатывания;
— глинистые — связанные грунты, для которых испытание на пластичность Wп> 1 (супесь, суглинок, глина). Если глинистые грунты в природном сложении обладают видимыми невооруженным глазом порами, то такие грунты называются макропористыми.
Удельным весом грунта (γ) называется вес его минеральных частиц (грунтового скелета) в т/м3.
Объемным весом грунта (q∙w) называется вес единицы объема грунта в условиях естественного залегания (без нарушенной структуры).
Весовой влажностью грунта (w) называется отношение (в %) веса воды в порах грунта к весу грунтового скелета.
Вес грунтового скелета в единице объема грунта (gо) в состоянии его естественной влажности (w) и пористости (n) определяется по формуле:
go = q∙w/(1 + 0.01∙w). (1)
Пористость грунта (n), выражающая отношение объема пор в образце к объему всего образца, определяется по формуле:
n = 100∙(1 — (go/γ)). (2)
Коэффициент пористости (ε), представляющий собой отношение объема пор к объему грунтового скелета, определяется по формуле:
ε = n/(100 — n). (3)
Степень влажности грунта (G), выражающая отношение объема воды в порах грунта к объему всех пор, определяется по формуле:
G = w∙γ/ε. (4)
В зависимости от влажности песчаные грунты различаются:
— маловлажные — при 0,0 <G =< 0,5;
— очень влажные — при 0,5 <G =< 0,8;
— насыщенные водой — при 0,8 < G =< 1,0.
Степень плотности (D) сыпучих грунтов определяется по формуле:
D = εмкс — ε/(εмкс — εмин), (5)
где:
ε — коэффициент пористости песка в природном сложении;
εмкс — то же, высушенного и приведенного в предельно рыхлое сложение;
εмин — то же, в предельно уплотненном состоянии.
Песчаные грунты в зависимости от степени плотности подразделяются на:
— плотные — при 1,00 >= D> 0,67;
— средней плотности — при 0,67 >= D> 0,33;
— рыхлые — при 0,33 >= D> 0,00.
Глинистые грунты в зависимости от содержания влаги могут находиться в твердом, жидком (текучем) и промежуточном состоянии — пластичном. Пластичная консистенция определяется таким состоянием грунта, когда при изменении его формы под влиянием внешних сил не происходит поверхностных трещин.
Весовая влажность, отвечающая переходу грунта из твердого состояния в пластичное, называется границей раскатывания (WР), а влажность, отвечающая переходу из пластичного в жидкое состояние (WT) — границей текучести.
В зависимости от числа пластичности (WП), представляющего собой разность WП= WT — WР (измеряется в %), различаются:
— супеси — при 1 <WР =< 7;
— суглинки — при 7 <WР =< 17;
— глины — при WР> 17.
Консистенция (В) глинистого не макропористого грунта природной влажности определяется по формуле:
В = (W — WР)/WП, (6)
При В< 0 грунты называются твердыми, при 0 =<В =< 1,0 — пластичными, при В> 0 — текучими.
Глубина заложения фундаментов назначается в зависимости от характера грунтов, уровня грунтовых вод, глубины промерзания, капитальности здания и его конструктивных особенностей (наличия подвалов, примыкающих зданий и др.).
Наименьшая (конструктивная) глубина заложения фундаментов принимается 0,5 м от поверхности планировки.
Если глубина заложения фундаментов определяется только из учета возможности пучения грунтов, то она назначается по табл. 5.
Расчетная глубина промерзания исчисляется от поверхности планировки и определяется по формуле:
Н = mt∙Нн, (7)
где:
Нн — нормальная глубина промерзания (рис. 3);
Рис. 3.Карта нормативных глубин промерзания
mt — коэффициент влияния теплового режима здания на промерзание грунта у наружных стен принимается равным (для отапливаемых зданий с расчетной температурой воздуха внутри помещений не ниже 10 °C):
а) при полах на грунте mt = 0,7;
б) при полах на лагах по грунту mt = 0,8;
в) при полах на балках mt = 0,9.
Если подошву фундамента закладывают на мелком или пылеватом песке, на супеси, суглинке или глине, причем глубина заложения выше расчетной глубины промерзания, грунты основания в этом случае должны быть обязательно защищены от попадания поверхностных вод устройством отмостки вокруг здания, водоотводных лотков и т. п.
Нижняя часть каменных фундаментов при заложении фундаментов из условий промерзания грунта на 0,7 м и более может быть заменена подушкой из гравия, щебня, крупного или среднезернистого песка, причем верхняя каменная часть фундамента должна быть высотой не менее 50 см, а основание подушки должно быть выше уровня грунтовых вод.
Расчетное сопротивление для основания определяется с учетом видов грунтов в несущем и подстилающем слоях основания, глубины заложения фундаментов и ширины их подошвы.
Распределение давления на грунт ниже подошвы фундамента принимается по схеме, представленной на рис. 4, где:
b — ширина подошвы, см;
Н — глубина заложения фундамента относительно планировочной отметки, см;
h — глубина заложения фундамента относительно отметки природного рельефа;
р — расчетное давление на грунт на уровне подошвы фундамента, кг/см2.
Рис. 4. Схема распределения давления на грунт ниже подошвы фундамента
На любой глубине грунт испытывает так называемое бытовое давление, т. е. давление от веса грунтов, лежащих между отметкой природного рельефа и рассматриваемой глубиной.
Кроме того, на грунт действует дополнительное давление (к бытовому) от фундамента, которое по мере удаления от подошвы фундамента падает. Дополнительное давление определяется по формуле:
Pz = α∙(P — Pб), (8)
где:
Pб — бытовое давление на уровне подошвы фундамента;
α — коэффициент изменения дополнительного давления, принимается для ленточных фундаментов в зависимости от соотношения z: в, а: в, где в — ширина фундамента.
Значения коэффициента изменения дополнительного давления при соотношении сторон фундаментов как 10: 1 и более (ленточные фундаменты) приведены в табл. 6.
Сжимаемой толщей грунтов основания для данного фундамента принимается такая глубина z’ от подошвы фундамента, для которого дополнительное давление, вычисленное по формуле 8, составляет 20 % от бытового на той же глубине, т. е. Pz’ = 0,2∙Pбz’.
Полное давление на кровлю любого подстилающего слоя в пределах сжимаемой толщи грунта определяется по формуле:
Ph = Phб + α∙(P — Pб), (9)
где:
Ph — полное давление на кровле подстилающего слоя на глубине h ниже природного рельефа;
Phб — бытовое давление на той же глубине;
α∙(P — Pб) — дополнительное давление на той же глубине.
Расчетное сопоставление R для грунта с ненарушенной структурой при ширине подошвы фундаментов 0,6–1,0 и глубине заложения h = до 2 м принимается по табл. 7 и 8.
Расчетное сопротивление для фунтов однородных в пределах сжимаемой толщи при заложении подошвы фундамента ниже поверхности окружающего его со всех сторон грунта на глубину h> 2 м определяется по формуле:
Rh = R + kgw∙(h — 200), (10)
где:
h — глубина заложения фундамента, см, относительно природного рельефа, а при планировке поверхности срезкой — относительно планировочной отметки;
R — расчетное сопротивление для данного грунта на глубине 1,5–2,0 м (см. табл. 7 и 8);
gw — усредненный объемный вес, кг/см2, толщи грунта, лежащего выше подошвы фундамента;
k — коэффициент, принимаемый по табл. 9
Таблица 9. Значение коэффициента k
Название грунта∙ Коэффициент k
Крупнообломочные и песчаные ∙ 2,5
Супеси и суглинки ∙ 2,0
Глины ∙ 1,5
При глубине заложения фундамента h< 1,5 м расчетное сопротивление принимается по формуле:
Rh = 0,005∙R∙(100 + (h/3)). (11)
Определение размеров подошвы фундаментов при их центральном загружении производится по формуле:
b = N/(a∙R), (12)
где:
N — нормативная нагрузка на фундамент, включая собственный вес фундамента;
а — длина фундамента, если он ленточный.
Пример.
Требуется определить глубину заложения и размеры фундамента под стену жилого дома при геологических данных согласно рис. 5 и глубине промерзания 1,5 м. Грунтовые воды обнаружены на глубине 3,8 м. Нагрузка от стены на 1 пог. м фундамента от постоянных нагрузок N