формула давления грунта на стену подвала

Давление грунта на стену подвала: как решить проблему

Весьма серьезной проблемой для строителей является боковое давление грунта на стены подвала и преодоление этого давления. Так уж вышло, что проигнорировать её никак нельзя, ибо если стена подвала, а по сути, фундамент дома не выдержит веса и давления, которое на него оказывается, то это может иметь печальные последствия.

Из чего делают фундамент дома и стены подвалов

Чем больший дом – тем печальнее последствия. Но за всё время своего развития люди научились качественно противодействовать подобному влиянию физики, и для этого используют самые различные материалы. Не помешает пройтись по основным способам создания качественного фундамента своими руками (см. Фундамент под подвал: какой лучше сделать).

Что может быть использовано в качестве материалов для стены подвала? Это зависит от того, какой формат будет иметь само помещение. В качестве эффективного сырья себя зарекомендовали бетон, кирпич, камни и железобетонные пластины.

Технические характеристики материалов

Каждый из этих материалов имеет свои особенности применения, и свою сферу:

Особенности закладок стенок фундаментов домов и стенок погребов

Так как такие помещения строятся на долгое время, требуется качественная работа, после которой не придется ничего переделывать и исправлять.

Это обусловлено и элементарной экономией времени, и неудобством при повторном переделывании объекта:

Совет. Наилучшими в таком случае являются собственноручно изготовленные формы. Впоследствии деревяшки можно оставить как элемент декора.

Утрамбовка нужна хорошая, ввиду значительной высоты стенок и возможность некачественной усадки достаточно велика. Также нельзя допустить, чтобы через 10 дней она начала уже разваливаться.

Создание кирпичной стенки имеет свои особенности

Процесс укладки кирпичей имеет нюансы, так как есть две основные кладки:

Создание стены из камня точь-в-точь повторяет процесс кладки кирпича, за исключением нескольких особенностей:

Железобетонные пластины

При работе с ними необходимо придерживаться точности исполнения и проводить качественные расчёты, так как пластины имеют значительный вес, и в случае несчастного случая последствия могут быть печальными.

Хотя такой вариант по своей функциональности и долговечности больше подходит не для отдельно стоящего подвала, а для подвала внутри дома, так как из-за значительной крепости сможет выдержать вес и нагрузку не только грунта, но и дома. Для более подробной информации рекомендуем посмотреть видео в этой статье.

Виктор Мартович

Источник

7.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ АКТИВНОГО И ПАССИВНОГО ДАВЛЕНИЯ ГРУНТА НА СТЕНЫ

7.2.1. Общие положения

Давление грунта на стены зависит от их конструктивных особенностей (наклона и жесткости стены, наличия разгружающих элементов и т.д.), от свойств грунта, взаимодействующего со стеной, от величины и направления перемещений, поворота и прогиба стены [2].

7.2.2. Характеристики грунта, используемые при определении давления грунта

На стенки действует боковое давление грунта нарушенного сложения. Характеристики этого грунта выражаются через соответствующие характеристики грунта ненарушенного сложения следующими соотношениями [3]:

где γ_I, φ_I, c_I, γ_II, φ_II, c_II — соответственно удельный вес, угол внутреннего трения и удельное сцепление грунтов ненарушенного сложения для расчетов по первой и второй группам предельных состояний, определяемые в соответствии со СНиП 2.02.01-83.

7.2.3. Активное давление грунта

А. НЕСВЯЗНЫЙ ГРУНТ

В случае свободной от нагрузки наклонной поверхности засыпки и наклонной тыловой грани стены горизонтальная σ_ah и вертикальная σ_av составляющие активного давления грунта на глубине z (рис. 7.7) определяются по формулам [3, 4]:

В частном случае для гладкой вертикальной тыловой грани и горизонтальной поверхности грунта коэффициент активного давления вычисляется по формуле

Равнодействующие горизонтального Е_ah и вертикального E_av давлений грунта для стен высотой Н определяются как площади соответствующих треугольных эпюр давлений (рис. 7.7) по формулам:

Б. СВЯЗНЫЙ ГРУНТ

Горизонтальная σ’_ah и вертикальная σ’_av составляющие активного давления связного грунта на глубине z (см. рис. 7.7) определяются по формулам:

где σ_ch — давление связности:

здесь с — удельное сцепление грунта;

В частном случае при горизонтальной поверхности засыпки ( ρ = 0) и вертикальной задней грани ( α = 0) (или расчетной плоскости) горизонтальная составляющая активного давления грунта на глубине z определяется по формуле

Равнодействующая горизонтального Е‘_ah и вертикального E‘_av давлений грунта для стен высотой Н (см. рис. 7.7) определяется по формулам;

В. ДАВЛЕНИЕ НА СТЕНЫ ОТ НАГРУЗКИ НА ПОВЕРХНОСТИ ЗАСЫПКИ

Сплошная равномерно распределенная нагрузка q (рис. 7.8, а). Горизонтальная σ_qh и вертикальная σ_qv составляющие активного давления грунта от этой нагрузки на глубине z для связных и несвязных грунтов определяются по формулам:

При расчете подпорных стен давления от нагрузок на поверхности засыпки, вычисленные по формулам (7.14) и (7.15), добавляются к давлениям от грунта, вычисленным по формулам (7.1), (7.2) и (7.7), (7.8).

Г. ДАВЛЕНИЕ ГРУНТА НА УГОЛКОВЫЕ ПОДПОРНЫЕ СТЕНЫ

Для уголковых подпорных стен активное давление грунта на условную поверхность определяется по двум возможным вариантам:

7.2.4. Пассивное давление грунта

При горизонтальной поверхности грунта и равномерно распределенной нагрузке на поверхности горизонтальная σ_ph и вертикальная σ_pv составляющие пассивного давления на глубине z от поверхности определяются по формулам:

где q — нагрузка, равномерно распределенная на поверхности; λ_ph — коэффициент горизонтальной составляющей пассивного давления, определяемый при горизонтальной поверхности грунта по формуле

Источник

6.2.3. Расчет стен подвалов

Наружные стены подвалов рассчитываются на нагрузки, передаваемые наземными конструкциями, и на давление грунта, определяемое по рекомендациям гл. 7.

Полезная нагрузка на прилегающей к подвалу территории по возможности заменяется эквивалентной равномерно распределенной. При отсутствии данных об интенсивности полезной нагрузки она может быть принята равной 10 кПа.

Усилия в стенах подвала, опертых на перекрытие, определяются как для балочных плит с защемлением на уровне сопряжения с фундаментом, так и с шарнирной опорой в уровне опирания на перекрытие с учетом возможного перераспределения усилий от поворота (крена) фундамента или смещения стен при загружении территории, прилегающей к подвалу.

Изгибающие моменты и поперечные силы в стенах подвалов определяются по формулам:

при перекрытии подвала, расположенном ниже уровня планировки (рис. 6.17)

расстояние от верхней опоры до максимального пролетного момента

при перекрытии подвала, расположенном выше уровня планировки,

где σ_sup и σ_inf — горизонтальные давления на верхнюю и нижнюю части стены подвала от собтвенного веса грунта и от равномерно распределенной нагрузки на поверхности грунта:

ТАБЛИЦА 6.3. ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ЖЕСТКОСТИ

где Е_mw —модуль упругости материала стены; Е — модуль деформации грунта основания; b — ширина подошвы фундамента; δ_inf — толщина стены в сечении по обрезу фундамента; h_f — высота фундамента.

Если значение m₁ по формуле (6.76) окажется более 0,8, то принимается m₁ = 0,8.

Коэффициент m₂ в случае, когда перекрытие подвала расположено ниже уровня планировки, принимается:

– при невозможности горизонтального смещения верхней опоры стены (опирание перекрытия на массивные фундаменты, поперечные стены и т.п.)

– при возможности упругого смещения верхней опоры стены

Если перекрытие подвала расположено выше уровня планировки,

Пример 6.3. Требуется определить усилия в массивной стене подвала. Исходные данные: стена подвала — из бетонных блоков шириной 50 см; класс бетона В15; высота подвала H₀ = 3,3 м (рис. 6.18); ширина подошвы фундаментной плиты 1,4 м, высота 0,35 м; глубина заложения подошвы фундамента от пола подвала 0,5 м; расчетная высота стены H = 3,45 м; нормативная нагрузка от лежащих выше конструкций здания на 1 м стены подвала 200 кН; временная нормативная равномерно распределенная нагрузка на поверхности грунта q_н = 10 кПа; грунт засыпки — суглинок с характеристиками: γ´_I = 19,5 кН/м 3 ; γ´_II = 19,5 кН/м 3 ; φ´_I = 22°; φ´_II = 24°; с´_I = 5 кПа; c´_II = 7,5 кПа; E = 14 000 кПа. Расчет производится на 1 м длины стены подвала. Принятая ширина подошвы фундаментной плиты проверена расчетом основания но первой и второй группам предельных состояний.

Решение. Определяем момент M_inf и поперечную силу Q_inf на уровне верха фундаментной плиты. Находим:

кПа,

кПа,

где γ_f — коэффициент надежности по нагрузке, равный 1,2;

кПа.

Вычисляем σ_sup и σ_inf по формулам (6.74) и (6.75):

σ_sup = 0 + 5,5 – 6,75 = –1,25 кПа;

σ_inf = 25,5 + 5,5 – 6,75 = 24,35 кПа;

м.

Находим коэффициенты m₁ и m₂ по формулам (6.76) и (6.78), принимая E_mw = 8,4 · 104 кПа:

;

Коэффициент n = H´/H = 2,47/3,45 = 0,71.

Определяем расчетные усилия в стене по формулам (6.69)–(6.72):

кН·м;

кН;

кН;

кН·м;

м.

Сорочан Е.А. Основания, фундаменты и подземные сооружения

Источник

Активное давление грунта на стенку подвала

При возведении конструкции, в котором планируется обустройство подвала, проектировщики сталкиваются с таким вопросом, как влияние грунта на подпорные стенки. Иными словами, на стены подвала и фундамент со стороны почвы создается дополнительное давление. Если не учитывать эту проблему и оставить без должного внимания, то дальнейшая эксплуатация сооружения может быть небезопасной. В результате появятся трещины в основании, что приведет к постепенному разрушению всего сооружения. Для устранения проблемы существует несколько методов, например, применение специальных стройматериалов с математическим расчетом величины давления.

Технические характеристики материалов при строительстве стен фундамента

Какой именно материал применить для сооружения подвального помещения или цоколя? При возведении здания используются надежные и долговечные материалы. К таким относятся:

Очень прочный материал, который широко применяется для всех видов строительной конструкции: основания, стен, перекрытия. Выполняет сразу несколько функций, его используют для заполнения пустот, наносят в качестве изоляции. При использовании материала нужно следить за тем, чтобы в его состав не попадала грязь или земля, иначе бетон потеряет свою прочность.

Экологически чистый, долговечный, водостойкий, кроме того, обладает привлекательным внешним видом. Однако, камень трудно обрабатывать, для создания конструкций понадобится помощь хорошего специалиста. Высокая цена материала зачастую отпугивает потенциальных покупателей. Камень удачно сочетается с другими строительными материалами.

Применяется при возведении зданий любой формы. Легкий, прочный и надежный. С помощью кирпича подчеркивают индивидуальность сооружения, выкладывая незамысловатые узоры. Однако, кирпич со временем подвергается негативному влиянию окружающей среды, например, сырость и влага. Поэтому наружные стены из кирпича нужно защитить путем нанесения краски, штукатурки. В местах, которые находятся непосредственно в земле, необходимо обустроить гидроизоляцию.

Конструкции из такого материала наиболее прочные. Сочетание металлических элементов и бетона делают здание долговечным. Недостатком ЖБК является их большой вес. Поэтому, при работе с плитами и блоками необходимо быть особенно внимательными, чтобы не травмироваться.

Совет. Выбор материала для подпорных стен зависит от технико-экономических показателей, срока эксплуатации сооружения, условий выполнения строительно-монтажных работ, наличия стройматериалов и необходимой техники.

Особенности укладки фундаментных стен для устойчивости при давлении грунта

Здание возводится на долгие годы, поэтому основание под ним должно быть прочным и устойчивым не только к вертикальной нагрузке, но и к давлению со стороны.

Важно! Чем глубже фундамент, тем выше давление грунта на стенки подвала.

Чтобы конструкция выдержала влияние грунта, применяют бетон М400 и М450. В этом случае получается монолитное сооружение. При создании временной постройки, например, погреба, разрешается использовать марки 100 и 200. При самостоятельном изготовлении фундамента, слои бетона следует увлажнять (заливать) водой и утрамбовывать для увеличения прочности подушки.

При возведении кирпичных стен, каждый элемент необходимо слегка постукивать по поверхности. Таким образом проводят усадку кирпича, увеличивая плотность прилегания, не давая образовываться воздушным пробкам. Крепость стен улучшается, а значит, усиливается сопротивляемость строения к активному влиянию грунта. Подпорные стены подвалов рекомендуется выполнять из обожженного красного кирпича. Силикатный материал в создании подвальных помещений лучше не применять.

При монтаже железобетонных конструкций рекомендуется устанавливать монолиты таким образом, чтобы одна часть располагалась снаружи, а другая в грунте. Все щели затем заполняются бетоном. Такой способ строительства дома позволяет значительно укрепить основание, выдержать вес конструкции и негативное влияние почв.

Расчет давления грунта на стену подвала

При закладке фундамента главным фактором надежности и долговечности считается точное определение величины бокового давления грунта на опорные стены. Нагрузка на конструкцию подвального помещения зависит от его глубины заложения. Чтобы определить величину давления на опорные стенки (от окружающего грунта) используют Пособие к СНиПу 2.09.03-85. Различают несколько видов нагрузки:

Формула расчета давления грунта на стену подвала

Величина давления почвы вычисляется по формуле:

σh= γгр h tg²(45 – φ/2), где

Постройка здания вручную занимает достаточно времени и сил. Чтобы затраты не были напрасны, необходимо заранее подготовить проект будущего сооружения, провести необходимые расчеты. И начинать следует с определения расчетной величины бокового давления грунта на фундаментные стенки подвала. Необходимо иметь представление о почвах в месте строительства объекта, уровне грунтовых вод, местных условиях климата. При самостоятельном планировании строительства дома, лучше предварительно ознакомиться со способами закладки фундамента, используя соответствующую литературу.

Источник

Расчет фундамента под наружную стену подвала. Расчет устойчивости основания против сдвига (по 1 предельному состоянию). Пример расчета.

Расчет стены проводится в несколько этапов, в каждом из них проверяется определенное условие, обеспечивающее надежную работу конструкции. Что определяет расчет устойчивости основания против сдвига? На стену воздействуют немалые горизонтальные силы от давящего на нее грунта (в нашем примере такое давление достигает более двух тонн на метр квадратный стены), пытающиеся сдвинуть стену в сторону подвала. Препятствуют этому удерживающие силы: нагрузка на стену подвала (из п. 4 расчета); собственный вес стены подвала и фундамента; пригруз грунта со стороны обратной засыпки (именно поэтому мы стараемся сделать фундамент не симметричным, а большую его часть выдвинуть в сторону обратной засыпки – чтобы получше пригрузить); пригруз обратной засыпкой и конструкцией пола со стороны подвала и пассивное горизонтальное давление от них же. Все эти вертикальные силы придавливают фундамент к земле, возникает сила трения между подошвой и грунтом основания (чем шире подошва, тем больше сила трения – это еще один фактор, который нужно запомнить); и если сила трения больше сдвигающей силы хотя бы в 1,2 раза (коэффициент запаса, учитывающий всякие погрешности), то фундамент не сдвинется и стена будет стоять на нем надежно.

Что означает «по 1 предельному состоянию»? К 1 предельному состоянию относится решение вопроса устойчивости конструкции, его мы и решаем. Конкретно для расчета – это проявляется в выборе повышающих коэффициентов из п. 1.

Итак, первое, что нужно определить – это горизонтальное давление, воздействующее на стену по высоте.

В п. 5.2 и 5.3 мы определяем горизонтальную составляющую интенсивности активного давления грунта – она переменна, вверху равна σ_г1, а к низу возрастает до σ_г2. Что это такое, название явно сложное. Грунт засыпки имеет собственный вес (удельный вес грунта γ), и неоднородную, сыпучую структуру, характеризующуюся углом внутреннего трения φ (этот угол определяет способность грунта не рассыпаться под собственным весом, а значит и влияет на степень давления веса грунта на конструкцию стены). Если бы грунт был подобен скале (монолитный и целостный), то его вес давил бы только вниз и на соседствующую стену не воздействовал. А так давление грунта распределяется под углом трения, и в итоге в нем можно выделить вертикальную и горизонтальную составляющую. Чем выше угол трения, тем лучше держит грунт сам себя, и тем меньше его горизонтальное давление и больше вертикальное.

Понятие активного и пассивного давления введено для различия: активное пытается сдвинуть, пассивное – помогает удержать на месте.

Величина горизонтального давления всегда увеличивается с глубиной, она прямо пропорциональна глубине грунта. На уровне поверхности грунта она равна нулю, поэтому σ_г1 = 0, т.к. в нашем примере поверхность грунта ниже верха стены (если бы грунт был выше верха стены, то вверху стены σ_г1 имела бы уже какую-то величину).

Помимо влияния собственного веса грунта на стену также оказывает влияние нагрузка на грунте – горизонтальная составляющая давления от нее постоянна по всей глубине, ее мы находим в п. 5.4. В данном примере рассмотрен случай, когда временная нагрузка на грунте распределена равномерно по всей площади. Если у Вас другой случай, то формулу и эпюру надо переработать согласно рисунку 8 руководства.

И последняя величина – это интенсивность горизонтальных сил сцепления грунта засыпки, которую мы находим в п. 5.6. Сила сцепления удерживает грунт – чем больше сцепление грунта, тем меньше его давление на стену, поэтому σ_сг в формуле 5.7 и 5.8 мы используем со знаком минус. И чем большего сцепления грунта можно добиться при уплотнении обратной засыпки, тем легче будет стене и фундаменту.

В формуле определения интенсивности сил сцепления повышающий коэффициент не используется – обратите внимание на такие случаи. Если мы применим повышающий коэффициент, то тем самым мы уменьшим сдвигающую силу, а ее нам нужно определить максимальной. Повышающие коэффициенты используются только там, где они могут ухудшить условия работы конструкции.

Обратите внимание, что в данном расчете грунт засыпки – это связный грунт, он имеет не нулевое сцепление. Если вы применяете несвязный грунт (песок, шлак и др.), то нужно считать по другим формулам руководства, и эпюры будут другими, т.е. данный расчет уже не подходит.

Далее нам следует суммировать горизонтальные давления, чтобы получить итоговую эпюру.

Вверху значение интенсивности горизонтального давления равно σ₁, а внизу – σ₂.

Причем, здесь может быть два варианта: σ₁ может получиться как с отрицательным, так и с положительным значением. При отрицательном значении итоговая эпюра будет иметь вид треугольника; при положительном – вид трапеции. Соответственно, формулы получатся тоже разные.

В данном примере у нас получился вариант с треугольной эпюрой. Но расчет я постаралась сделать универсальным для обоих случаев, поэтому в данном месте расчет у меня раздвоился, и нужно сделать выбор, по какому из вариантов «а» или «б» считать далее.

Итак, в п. 5.9 мы определили, что расчет будем вести по варианту «а».

В этом варианте, когда мы суммируем все три эпюры (с учетом знаков: первые две действуют в одну сторону, третья – в противоположную), получается итоговая треугольная эпюра давления, наглядно показывающая, на какой высоте (Н₁) и с какой силой воздействует на стену активное горизонтальное давление. Обратите внимание, что если графически построить эпюры пропорционально значениям, получившимся в формулах, то все результаты на рисунке и в расчете сойдутся – такая самопроверка никогда не помешает.

Найдя горизонтальное давление грунта σ₂ на уровне низа подошвы, мы с его помощью определяем сдвигающую силу Т_сд, что и сделано в п. 5.10а.

Вариант «б» (пункт 5.10б) для данного примера не актуален, но я приведу его на рисунке ниже, вдруг ваш расчет пойдет по другому пути (пример итоговой эпюры для варианта «б» я не привожу).

И следующим этапом будет определение всех возможных удерживающих сил, действующих на фундамент: собственный вес фундамента, стены и грунта обратной засыпки, опирающегося на подошву фундамента с двух сторон, собственный вес конструкции пола и нагрузка на стену фундамента от конструкций здания. Временные нагрузки в этом расчете не участвуют, т.к. без них ситуация хуже, чем с ними.

Все эти силы, кроме Р₅, имеют площадь сбора нагрузки, что мы наглядно видим из рисунка выше. Суммируя все силы, мы получаем N (п. 5.16).

Также необходимо найти пассивное горизонтальное давление грунта Е_п – это давление части грунта, находящейся под уровнем пола подвала (справа от стены и фундамента) и удерживающей фундамент от сдвига. Пассивное давление зависит от веса грунта, его сцепления и угла внутреннего трения – обратите внимание, их значения берутся для расчета по 1 предельному состоянию. Полы в данном случае условно игнорируются, и их толщина при расчете пассивного давления грунта исключается.

После этого в п. 5.18 определяется удерживающая сила Т_уд.

Обратите внимание, для стены подвала без сложных геологических условий выполняется проверка только при β = 0. Иначе расчет нужно выполнять согласно примечанию к п. 8.13 руководства.

Последним шагом является проверка – сравнение сдвигающей и удерживающей сил. Если первая меньше второй хотя бы в 1,2 раза, то условие обеспечено, и можно переходить к следующему этапу расчета.

Что делать, если условие не обеспечено? Можно выполнить следующие мероприятия:

— увеличение ширины подошвы в сторону улицы – этим мы добавляем дополнительный пригруз от веса грунта засыпки, а также вес самой подошвы;

— увеличение ширины подошвы в сторону дома – эффект от него меньше, чем от первого, но все же есть, т.к. с увеличением площади фундамента возрастает сила трения, препятствующая сдвигу;

— увеличить собственный вес конструкций фундамента и стены за счет их толщины – иногда (если не хватает совсем немного) это рациональней, чем копать более широкую траншею;

— заменить обратную засыпку на грунт с большим углом внутреннего трения (песок, шлак).

Не забывайте, положительные факторы в этом расчете – это любая вертикальная нагрузка; ширина подошвы фундамента (чем больше, тем лучше); большой угол трения грунта засыпки со стороны улицы. Отрицательные факторы: глубина подвала, точнее высота грунта засыпки со стороны улицы (чем она больше, тем больше сдвигающая сила); маленькая толщина засыпки со стороны подвала (эта засыпка препятствует сдвигу, иногда стоит ее увеличить немого, подняв пол подвала, чтобы условия по сдвигу удовлетворялись); небольшая нагрузка на стену подвала (чем больше пригруз, тем больше сила трения и сопротивление сдвигу).

В обычных случаях все проблемы можно решить увеличением ширины подошвы фундамента. Но если этого не достаточно, возможно проведение дополнительных мероприятий, например устройство распорок между стенами подвала, которые будут препятствовать сдвигу. Естественно, распорки должны быть рассчитаны на действие сдвигающей силы и установлены с определенным шагом. Если в доме часто стоят несущие поперечные стены, нужно проводить анализ о возможности сдвига фундамента – в некоторых случаях можно пропускать эту часть расчета.

Источник