§ 36. Определение глубины заложения и размеров фундамента

Фундаменты во всех случаях закладывают на грунтах, обладающих достаточной несущей способностью. Фундаменты мостов не следует опирать на просадочные и заторфованные грунты, а также на глины и суглинки с показателем текучести IL> 0,6. Такие грунты необходимо проходить, опирая подошву фундаментов на нижерасположенные более прочные грунты с заглублением в них низа фундамента, так как поверхность несущего слоя может быть не горизонтальной, а данные геологической разведки неточными.

При отсутствии размыва грунта у опоры моста фундамент заглубляют в грунт не менее чем на 1 м, а при возможности размыва — не менее чем на 2,5 м (считая от отметки поверхности грунта после размыва). Необходимость в увеличении заглубления фундамента в случаях, когда возможен размыв грунта, связана с тем, что расчетные глубины размыва определяют приближенно, а потому фактически грунт может оказаться размытым на большую (чем по расчету)  глубину. Именно несоответствием фактической глубины размыва расчетной объясняются аварии ряда сооружений.

В пучинистых грунтах подошву фундаментов располагают ниже расчетного уровня промерзания не менее чем на 0,25 м. В непучинистых грунтах отметку подошвы фундамента назначают независимо от глубины промерзания. По нормам проектирования мостов к непучинистым относят скальные, крупнообломочные, гравелистые и крупнопесчаные грунты; остальные грунты считают пучинистыми. Нормы проектирования гражданских и промышленных зданий относят к непучинистым грунтам также пески средней крупности. Эти нормы допускают при некоторых пучинистых грунтах (например, суглинках и глинах с показателем текучести IL ≤0,5) назначать заглубление фундамента в грунт независимо от глубины его промерзания, если при этом уровень подземных вод по крайней мере на 2 м ниже уровня промерзания грунта.

Фундаменты мелкого заложения для одного и того же сооружения (например, опоры моста) можно запроектировать разной глубины заложения и разных размеров в плане. Увеличение заглубления подошвы фундамента позволяет опереть его на более прочный грунт и благодаря этому уменьшить его размеры в плане. Наоборот, уменьшение глубины заложения подошвы приводит к увеличению размеров фундамента в плане. Оптимальное решение принимают в результате сопоставления объемов и стоимости работ нескольких вариантов фундамента, различающихся глубиной заложения и размерами в плане.

Фундаменты из бетона проектируют массивными, что иногда приводит к необходимости увеличивать глубину заложения фундамента — чтобы угол а (см. рис. 7.2) не превышал предельно допустимого значения.

Размеры подошвы фундамента определяют по расчетным нагрузкам (т. е. по нормативным нагрузкам, умноженным на коэффициенты надежности по нагрузке), действующим на уровне подошвы, и по расчетному сопротивлению грунта, расположенного непосредственно под фундаментом. При этом учитывают собственный вес фундамента, вес грунта, расположенного на его уступах, и давление воды на уступы. Эти нагрузки (а также расчетное сопротивление грунта) зависят от размеров фундамента, а потому в начале расчета еще неизвестны. Положение дополнительно осложняется тем, что расчет приходится вести на ряд комбинаций действующих нагрузок. В связи с этим размеры подошвы фундамента определяют путем последовательного приближения. В первом приближении можно определить площадь А, м², подошвы фундамента по формуле
A =k3N/Ro, (7.1)
где k3 — коэффициент, приближенно учитывающий собственный вес фундамента, вес грунта на его уступах и давление воды на уступы, а также возможность нецентрального приложения силы N; при внецентренном действии силы N значение k3 принимают равным 1,2— 1,6 (причем тем большим, чем больше эксцентриситет силы N), а при центральном — 1,2—1,3; N — расчетная вертикальная сила, кН, действующая в сечении по обрезу фундамента (наибольшая из входящих в различные сочетания нагрузок); Ro— приближенное значение сопротивления грунта, кПа, без учета коэффициента надежности по грунту γg=l,4.

По найденному значению А устанавливают размеры подошвы фундамента, намечают число и размеры его ступеней. При этом учитывают форму и размеры площадки, по которой фундаменту передается (на уровне обреза) нагрузка от сооружения, и необходимость устройства выступов на уровне обреза (за пределы указанной площадки) .

Затем с учетом принятых (в первом приближении) размеров фундамента определяют нагрузки в различных сочетаниях, действующие по его подошве, и расчетное сопротивление грунта. По формулам (2.1) и (2.2) для каждого сочетания нагрузок определяют среднее рт, кПа, и наибольшее ртах, кПа, давления (напряжения) по подошве фундамента.

Несущая способность основания под подошвой фундаментов мелкого заложения или фундаментов из опускного колодца должна удовлетворять условиям
Pm≤R/γn и Pmax≤γcR/γn, (7.2)
где Pm и Pmax — соответственно среднее и максимальное давление по подошве фундамента, кПа; R — расчетное сопротивление, кПа, осевому сжатию основания из нескальных или скальных грунтов, определяемое согласно формулам (3.4) или (3.6); уn— коэффициент надежности по назначению сооружения, принимаемый равным 1,4; γс— коэффициент условий работы, принимаемый равным 1,0, кроме следующих случаев, в которых надлежит принимать γс=1,2: фундамент опирается на скальный грунт; фундамент опирается на нескальный грунт и его расчет производится с учетом одной или нескольких нагрузок и воздействий от торможения, горизонтальных ударов подвижного состава, давлений ветра и льда, навала судов, изменения температуры.

Если какое-либо из значений Pm и Pmax не удовлетворяет условиям прочности (7.2), то это означает, что принятые размеры подошвы фундамента недостаточны. В этом случае принимают новые (увеличенные) размеры подошвы фундамента и снова проверяют выполнение условий прочности (7.2).

Если значения Pm и Pmax удовлетворяют условиям прочности (7.2), но значительно меньше их правой части, то это означает, что принятые размеры подошвы фундамента завышены. В этом случае задаются новыми (уменьшенными) размерами подошвы фундамента и снова проверяют выполнение условий (7.2).

Расчет можно считать законченным, когда значения Pm и Pmax удовлетворяют условиям прочности (7.2) и при этом хотя бы одно из них мало отличается от соответствующего  значения  правой  части  выражения   (7.2).