Nosnost půdy: výpočetní metody pro pokládání základů, SNiP
Stanovení únosnosti zeminy (tabulkové hodnoty) umístěné pod navrženým nebo rekonstruovaným základem začíná geologickým průzkumem. K tomu se na staveništi odebírají vzorky půdy ze studní nebo jam a zkoumají se.
Nejprve je klasifikována půda. Ke stanovení složení půdy a určení jejího názvu se používá granulometrická a/nebo elutriční metoda.
Poté se zkoumají fyzikální vlastnosti půdy. Pro stanovení hustoty půdy se používá metoda řezného prstence, pro stanovení vlhkosti se používá metoda sušení a vážení a konzistence půdy se zjišťuje stočením zeminy do svazku a testováním vyvažovacím kuželem.
Provádějí se další laboratorní studie půdy nebo se provádí několik dalších výpočtů pro rozšíření počtu fyzikálních vlastností půdy.
Pokud není možné přesně určit typ půdy nezávisle, pokud jsou na místě organické, zmrzlé, objemné půdy nebo pokud existují jiné pochybnosti o klasifikaci půdy, musí být ke stanovení únosnosti půdy zapojeny licencované geologické organizace.
- Úroveň stavební odpovědnosti
- Stanovení výpočtové únosnosti základu R dle tabulek
- Příklad stanovení výpočtového odporu základové půdy pomocí tabulek
- Stanovení výpočtové únosnosti základu R na základě fyzikálních vlastností zeminy
- Příklad stanovení výpočtového odporu základové půdy na základě fyzikálních vlastností zeminy
Úroveň stavební odpovědnosti
Budově nebo stavbě musí být přiřazena jedna z následujících úrovní odpovědnosti: vysoká, normální a nízká (článek 4, odstavce 7–10 současných technických předpisů o bezpečnosti budov a staveb federálního zákona č. 384-FZ).
К zvýšené Míra odpovědnosti zahrnuje: zvláště nebezpečné, technicky složité nebo unikátní předměty.
К snížena — budovy a stavby pro dočasné (sezónní) účely, jakož i budovy a stavby pro pomocné využití, spojené s realizací výstavby nebo rekonstrukce nebo umístěné na pozemcích určených pro individuální bytovou výstavbu.
Všechny ostatní budovy a stavby jsou klasifikovány jako normální úroveň odpovědnosti.
Formulace pro označení budov, které patří do třetího (nižšího) stupně odpovědnosti, je vágní. Není jasné, zda jsou popsány dvě skupiny budov a staveb: dočasné a pomocné, nebo tři skupiny – dočasné, pomocné a individuální? V Bělorusku jsou do třetí skupiny odpovědnosti klasifikovány obytné individuální domy o výšce nejvýše 2 podlaží a v Rusku byly dříve do této skupiny klasifikovány i obytné budovy do výšky 10 m. Nové technické předpisy nejsou v této otázce jasné. Zřejmě si to bude muset každý rozhodnout sám. Objem geologických průzkumů a metodika výpočtu základů závisí na volbě míry odpovědnosti.
Stanovení výpočtové únosnosti základu R dle tabulek
Tato metoda se používá pro předběžný a konečný výpočet základů pro budovy třetího stupně odpovědnosti umístěné v příznivých podmínkách. Nebo pro předběžný výpočet základů pro budovy druhého stupně odpovědnosti umístěné v jakýchkoliv, včetně nepříznivých inženýrských a geologických podmínek.
„Příznivé“ podmínky jsou takové, kdy vrstvy zeminy v základu leží vodorovně (sklon vrstev nepřesahuje 0,1) a stlačitelnost zeminy se nezvýší alespoň do hloubky rovné dvojnásobku šířky největšího jednotlivého základu a čtyř šířek pásového základu (počítáno od úrovně jeho základny).
Pro základy šířky bo = 1 m a hloubka založení do = 2 m vypočtené hodnoty odporu základu (Ro ) jsou uvedeny v tabulkách 11–15. Se zvětšováním nebo snižováním hloubky založení se mění únosnost základové půdy. V tomto případě by měly být vypočtené základové odpory (R) v různých hloubkách určeny pomocí vzorců:
kde b je šířka základu, m; d – hloubka základny, m; γ’— vypočítaná hodnota měrné hmotnosti zeminy ležící nad základovou základnou, kN/m³; k1 — koeficient přijatý pro základy složené z hrubozrnných zemin a písků, k1 = 0,125; pro základy složené z prašných písků, písčitých hlín, hlín a jílů, k1 = 0,05; k2 — koeficient přijatý pro základy složené z hrubozrnných písčitých zemin — k2 = 0,25, složený z písčitých hlín a hlín -k2 = 0,2; jíly – k2 = 0,15.
Vypočtené odpory Ro písky
| Sands | R hodnotyo, kPa (kg/cm²), v závislosti na hustotě písku | |
|---|---|---|
| hustý | střední hustota | |
| Velký | 600 (6) | 500 (5) |
| Střední velikost | 500 (5) | 400 |
| Malý: nízká vlhkost vlhké a nasycené vodou | 400 (4) 300 (3) | 300 (3) 200 (2) |
| Zaprášený: nízká vlhkost mokré nasycený vodou | 300 (3) 200 (2) 150 (1,5) | 250 (2,5) 150 (1,5) 100 (1) |
Vypočtené odpory Ro jílovité nesesedající půdy
| Jílovité půdy | koeficient pórovitosti, е | R hodnotyo, kPa (kg/cm²), s indexem tekutosti půdy | |
|---|---|---|---|
| I L = 0 | I L = 1 | ||
| Písčitá hlína | 0,5 | 300 (3) | 300 (3) |
| 0,7 | 250 (2,5) | 200 (2) | |
| Hlíny | 0,5 | 300 (3) | 250 (2,5) |
| 0,7 | 250 (2,5) | 180 (1,8) | |
| 1 | 200 (2) | 100 (1) | |
| Jíly | 0,5 | 600 (6) | 400 (4) |
| 0,6 | 500 (5) | 300 (3) | |
| 0,8 | 300 (3) | 200 (2) | |
| 1,1 | 250 (2,5) | 100 (1) | |
Vypočtené odpory Ro jílovité pokleslé půdy
| Jílovité půdy | R hodnotyo, kPa (kg/cm²), jílovité pokleslé půdy | |||
|---|---|---|---|---|
| přírodní složení se suchou hustotou ρd, t/m³ | zhutněné se suchou hustotou ρd, t/m³ | |||
| 1,35 | 1,55 | 1,60 | 1,70 | |
| Písčitá hlína | 300 (3) / 150 (1,5) | 350 (3,5) / 180 (1,8) | 200 (2) | 200 (2) |
| Hlíny | 350 (3,5) / 180 (1,8) | 400 (4) / 200 (2) | 250 (2,5) | 300 (3) |
Čitatel obsahuje hodnoty R.o, týkající se nezamokřených pokleslých půd s obsahem vlhkosti Sr < 0,5; ve jmenovateli jsou hodnoty Ro, související se stejnými půdami se Sr ≥ 0,8, stejně jako do vlhkých půd.
1. Ro patří k objemným půdám obsahujícím organickou hmotu Iom ≤ 0,1.
2. Pro nezhutněné haldy a výsypky zemin a průmyslového odpadu Ro přijato s koeficientem 0,8.
Výpočtový odpor základové půdy Ro — jedná se o bezpečný tlak, při kterém je zachována lineární závislost sedání základu a hloubka rozvoje zón lokálního porušení pevnosti pod jeho okraji nepřesahuje velikost 1/4 šířky základové paty.
Příklad stanovení výpočtového odporu základové půdy pomocí tabulek
Stanovte návrhovou únosnost základové základny o rozměrech základu 2,5×2,5 m a hloubce základu 1 m; objekt je nepodsklepený, třída III. Základ tvoří středně velký písek středního zhutnění (γ‘ = 20 kN/m³) v celé zkoumané hloubce. Nebyla zjištěna žádná podzemní voda. Pro určení vypočteného odporu základu je legitimní použít tabulkové hodnoty Ro. Podle tabulky. 2 Ro = 400 kPa. Podle vzorce dostaneme: R = Ro [1+k1(b — bo) / bo] (d + do) /2do = 400 [1 + 0,125(2,5 – 1)/ 1 ](1 + 2)/2×2 = 356 kPa.
Stanovení výpočtové únosnosti základu R na základě fyzikálních vlastností zeminy
Tato metoda se používá pro konečný výpočet základů pro budovy druhého stupně odpovědnosti.
Vypočítaný odpor základové půdy je určen vzorcem:
kde m1 a m2 — koeficienty pracovních podmínek převzaté z tabulky. 16; k je koeficient, k = 1, pokud jsou charakteristiky vlastností zeminy určeny empiricky, k = 1,1, pokud jsou charakteristiky převzaty z referenčních tabulek; M1, M2, M3 — koeficienty převzaté z tabulky. 17; kz — koeficient, pro b < 10 m — kz =1 pro b > 10 m — kz = z/b + 0,2 (zde z = 8 m); b — šířka základové základny, m; γ je průměrná hodnota měrné hmotnosti zemin ležících pod základovou patou (v přítomnosti podzemní vody se stanoví s přihlédnutím k vážení vody), kN/m³; γ‘ — totéž pro půdy ležící nad základnou; c — vypočtená hodnota měrné adheze zeminy ležící přímo pod základovou podešví, kPa; db — hloubka suterénu, tj. vzdálenost od plánovací úrovně k podlaze suterénu, m. U budov se suterénem o šířce menší než 20 m a hloubce větší než 2 m se bere db = 2 m, je-li šířka suterénu větší než 20, db = 0; d1 — hloubka založení nepodsklepených staveb od úrovně plánování (m) nebo snížená hloubka založení od úrovně podlahy suterénu, určená podle vzorce: d1 =hs +hcfγcf / γ‘, zde hs — tloušťka vrstvy zeminy nad základovou podrážkou pod suterénem: hcf — tloušťka podlahy suterénu; γcf — vypočtená hodnota měrné hmotnosti materiálu podlahy suterénu, kN/m³.
Hodnoty koeficientů m1 a m2
| Půdy | Koeficient m1 | Koeficient m2 pro konstrukce s tuhou konstrukcí, přičemž poměr délky konstrukce nebo jejího průřezu k výšce L/H je roven | |
|---|---|---|---|
| 4 nebo více | 1,5 a méně | ||
| Hrubozrnný s pískovým plnivem a písčitý, kromě jemných a prašných | 1,4 | 1,2 | 1.4 |
| Písky jsou jemné | 1,3 | 1,1 | 1,3 |
| Prašné písky, mírně vlhké a mokré | 1,25 | 1,0 | 1,2 |
| Písky nasycené vodou | 1,1 | 1,0 | 1,2 |
| Prachovo-jílovité, stejně jako hrubozrnné s hlinitým jílovitým plnivem s indexem tekutosti zeminy nebo plniva I L ≤ 0,25 | 1,25 | 1,0 | 1,1 |
| Totéž při 0,25 < I L ≤ 0,5 | 1,2 | 1,0 | 1,1 |
| To samé pro mě L > 0,5 | 1,1 | 1,0 | 1,0 |
1. Konstrukce s tuhou konstrukcí zahrnují konstrukce, jejichž konstrukce jsou speciálně upraveny tak, aby odolávaly silám z deformace základů (pododdíl 5.9 SP 22.13330.2011).
2. U budov s flexibilním konstrukčním řešením hodnota součinitele m2 jsou považovány za rovné jedné.
3. Pro střední hodnoty L/H je koeficient m2 jsou určeny interpolací.
4. Pro sypké písky m1 a m2 jsou považovány za rovné jedné.
Hodnoty koeficientů M
| Úhel vnitřního tření, φ, deg | Součinitel | ||
|---|---|---|---|
| M1 | M2 | M3 | |
| 1,00 | 3,14 | ||
| 1 | 0,01 | 1.06 | 3,23 |
| 2 | 0,03 | 1,12 | 3,32 |
| 3 | 0,04 | 1,18 | 3,41 |
| 4 | 0,06 | 1,25 | 3,51 |
| 5 | 0,08 | 1,32 | 3,61 |
| 6 | 0,10 | 1,39 | 3,71 |
| 7 | 0,12 | 1,47 | 3,82 |
| 8 | 0,14 | 1,55 | 3,93 |
| 9 | 0,16 | 1,64 | 4,05 |
| 10 | 0,18 | 1.73 | 4,17 |
| 11 | 0,21 | 1,83 | 4,29 |
| 12 | 0,23 | 1,94 | 4,42 |
| 13 | 0,26 | 2,05 | 4,55 |
| 14 | 0,29 | 2.17 | 4.69 |
| 15 | 0,32 | 2,30 | 4,84 |
| 16 | 0,36 | 2,43 | 4,99 |
| 17 | 0,39 | 2,57 | 5,15 |
| 18 | 0,43 | 2,73 | 5,31 |
| 19 | 0,47 | 2,89 | 5,48 |
| 20 | 0,51 | 3,06 | 5,66 |
| 21 | 0,56 | 3,24 | 5,84 |
| 22 | 0,61 | 3,44 | 6,04 |
| 23 | 0,69 | 3,65 | 6.24 |
| 24 | 0,72 | 3,87 | 6,45 |
| 25 | 0,78 | 4,11 | 6,67 |
| 26 | 0,84 | 4,37 | 6,90 |
| 27 | 0,91 | 4,64 | 7,14 |
| 28 | 0,98 | 4,93 | 7,40 |
| 29 | 1,06 | 5,25 | 7,67 |
| 30 | 1,15 | 5,59 | 7,95 |
| 31 | 1,24 | 5,95 | 8,24 |
| 32 | 1,34 | 6,34 | 8,55 |
| 33 | 1,44 | 6,76 | 8,88 |
| 34 | 1,55 | 7,22 | 9,22 |
| 35 | 1,68 | 7,71 | 9,58 |
| 36 | 1,81 | 8,24 | 9,97 |
| 37 | 1,95 | 8,81 | 10,37 |
| 38 | 2,11 | 9,44 | 10,80 |
| 39 | 2,28 | 10,11 | 11,25 |
| 40 | 2,46 | 10,85 | 11,73 |
| 41 | 2,66 | 11,64 | 12,24 |
| 42 | 2,88 | 12,51 | 12,79 |
| 43 | 3,12 | 13,46 | 13,37 |
| 44 | 3,38 | 14,50 | 13,98 |
| 45 | 3,66 | 15,64 | 14,64 |
Příklad stanovení výpočtového odporu základové půdy na základě fyzikálních vlastností zeminy
Určete návrhovou únosnost základové paty vnější stěny dvoupodlažní budovy bez podsklepení o délce 10 m. Základ je pásový, jeho rozměry jsou: šířka b = 1,0 m; hloubka uložení d1 = 1,8 m, db = 0.
Charakteristiky půdních vlastností se zjišťují v laboratoři; Množství stanovení umožnilo provést statistické zpracování dat. Od povrchu až po úroveň základové podešve je objemná zemina, její měrná hmotnost γ‘ = 17 kN/m³. Pod základovou podrážkou se do celé prozkoumané hloubky (9 m) nachází měkkoplastická hlína I L = 0,6). Vypočtené hodnoty: měrná hmotnost γ = 20 kN/m³, úhel vnitřního tření φ = 15°; specifická adheze c = 30 kPa.
Podle tabulky. 17 pro hodnotu φ = 15° najdeme hodnoty bezrozměrných koeficientů: M1 = 0,32; M2 = 2,30; M3 = 4,84.
Podle tabulky. 16 koeficient m1 = 1,1 (I L > 0,5); koeficient m2 = 1,0 (poměr L/H budovy je více než 4).
Koeficient kz = 1, protože šířka základu b < 10 m.
Pro uvedené údaje dostáváme: R = (m1m2 / k) [M1kzbγ + M2d1γ‘ + (M2 — 1) dbγ‘ + M3c] = (1,1 x 1/1) [(0,32 x 1 x 1,0 x 20) + (2,30 x 1,8 x 17) + (4,84 x 30)] = 244 kPa.
Stupeň náchylnosti zeminy k zatížení se nazývá únosnost zeminy. Ukazatel charakterizuje maximální průměrný tlak mezi patou základu a terénem, při kterém nedochází k posunům, sesuvům a poruchám v okolní vrstvě. Hodnota je ovlivněna typem zeminy, jejími fyzikálními a mechanickými vlastnostmi.
Co je to únosnost půdy a co to ovlivňuje?
Koncept je považován za tlak vnímaný jednotkovou plochou základny, při které se nedeformuje a nevede ke zničení konstrukce. Geologové zkoumají půdu, aby určili její vlastnosti a vypočítali nosné charakteristiky.
Citlivost půdy na tlak závisí na podmínkách:
- druh půdy;
- masivnost vrstvy;
- značka umístění;
- indikátory podkladové formace;
- hladina vody v půdě;
- hloubka zamrznutí země;
- hustota hornin.
Únosnost mokré a suché půdy je různá, protože Při nasycení vlhkostí se zvyšuje tekutost a snižuje se odolnost proti zatížení. Pokud je vrstva v kontaktu s kapalinou, je klasifikována jako nasycená. Výjimkou jsou písčité hrubozrnné a středně zrnité půdy, které nejsou ovlivněny deformací, protože vlhkost propouštějí a ne akumulují.
Provádějí se průzkumy, zda je vrstva vhodná pro instalaci základu nebo zda je nutné ji zpevnit, aby se zvýšila její únosnost. Podpěrné prvky nejsou navrženy v hloubkách, kde hraničí různé vrstvy. Základ základny je položen pod úrovní vlhkosti půdy, protože nasycené horniny při zmrazení bobtnají.
Citlivost půdy na zatížení se snižuje umělým zhutněním nebo zaváděním chemických modifikátorů. V prvním případě se zatloukají piloty, aby se snížil objem dutin v půdě. Chemická činidla podporují adhezi (kohezi) jednotlivých částic půdy.
Stanovení hustoty půdy a hladiny podzemní vody
Hustota se určuje v závislosti na poréznosti podkladu. Půda má pevné části, mezi nimi jsou podle podmínek dutiny vyplněné vodou nebo vzduchem. Pokud je překročeno maximální povolené zatížení, posuny povedou ke zničení domu. Za nejtrvanlivější základy jsou považovány husté půdy s malým počtem nebo jednotlivými dutinami.
Hustota se zjišťuje poměrem hmotnosti vzorku půdy při standardní vlhkosti k objemu, který zaujímá. Výpočet se provádí podle vzorce p=B/V, kde:
- B — hmotnost půdy v jejím přirozeném stavu, g;
- V — objem, cm3.
Horniny, které leží mělce od povrchu, jsou považovány za volné, jak se nadmořská výška snižuje, půdy se stávají silnějšími, spolehlivějšími a pevnějšími, protože nadložní vrstvy na ně vyvíjejí tlak. V Rusku jsou písky a jíly, jsou zde rašeliniště, bažinaté oblasti a oblasti se skalnatými útvary.
Přízemní tekutiny se nacházejí ve slabých a uvolněných horninách nebo trhlinách v hustých formacích. Půdní vlhkost obvykle stoupá postupně a bez tlaku.
Úroveň postavení závisí na faktorech:
- srážení, odpařování;
- teplota vzduchu, atmosférický tlak;
- změny stavu vodních útvarů;
- ekonomické procesy lidské činnosti.
Vlhkost uvnitř vrstev může být agresivní a obsahovat kyseliny, zásady, sírany, oxid uhličitý – takové přísady ničí betonové a kovové základy. Hladina kapaliny je určována vrtnými jámami v terénu, které jsou odstraněny několik metrů tak, aby byly pod očekávanou úrovní podpory. Studna se zakryje a nechá se 5–7 dní. Pokud se v ní nenachází voda, půda neobsahuje vlhkost. V jiném případě je pro provádění stavebních prací podle pravidel nutná drenáž (systém odvodnění vody).
Jak sami určit únosnost půdy pod základem
Únosnost je základem pro výpočty během procesu návrhu. Půdy jsou klasifikovány v rámci informací v dokumentu GOST 25.100-2011 „Půdy. Klasifikace“. Normy tlakové odolnosti jsou uvedeny v tabulkách zatížení půdy materiály SP 22.133.30-2016 „Zakládání budov a konstrukcí“. Jsou zde také uvedeny standardní výpočetní moduly, vzorce a koeficienty.
Únosnost se zjistí matematickým výrazem R=R · (1 + K · (B -100) / 100) · (N + 200) / 2 · 200 – pro hloubky do dvou metrů a vzorec R=R · (1 + K · (B -100) / 100) + K2 · Q · (N – 200) – je-li konstrukce ponořena více než dva metry, kde:
- R — odolnost vůči zatížení podél svislé osy, uvedená v tabulkách a určená typem zeminy;
- K2 — používá se při výpočtech ve stabilních vrstvách;
- K — opravný faktor z tabulek SP pro odrůdu plemene;
- B – příčný rozměr dna základu;
- N — hloubka ponoření podpěry;
- Q – koeficient pro zjištění vypočtené průměrné měrné hmotnosti zeminy od horní části země k základně základu.
Typ půdy si můžete určit sami. Ze studny v hloubce podpěry odeberou zeminu, navlhčí ji vodou a srolují do lana, poté spojí do prstence. Prvek je bez trhlin, snadno napojitelný – zemina soudržná, nejčastěji je to jíl. Při ohýbání se objevují praskliny, což znamená, že máte v rukou směs hlíny a písku, ten obsahuje 10 – 30 %. Je obtížné válet lano a není možné jej spojit s prstencem – půda je písčitá.
Dále použijte SNiP tabulky únosnosti půdy, kde lze požadovanou hodnotu zjistit podle typu půdy.
Rizika chyb ve studiích únosnosti půdy
Nebezpečí sesuvu zeminy v důsledku nepřesného výpočtu hloubky založení a rozměrů. Budova váží tuny, na zemi je velký tlak, proto se do výpočtů zapojují stavební inženýři a technici, aby v budoucnu eliminovali problémy s deformacemi.
Nesprávné určení únosnosti půdy vede k potížím ve formě:
- chybný výpočet průměru hromady, plocha základny pásového monolitu, betonová deska;
- instalace podpěr ve volných půdách, pokles konstrukce;
- nesprávná volba značky hloubky, vytlačení základu bobtnajícími zeminami.
Při výpočtu se používá mnoho koeficientů, které musí být přesně stanoveny v tabulce, jinak bude základ navržen s chybami, které lze snadno opravit na papíře, ale obtížně odstranit po postavení stěn a střechy. Rám domu se viklá, podlahy se propadají v důsledku nadměrného smrštění po nesprávně nainstalovaných pilotách. Budova má v rozích praskliny a okenní a dveřní rámy v otvorech se posouvají, pokud se pásový základ pohne.