Расчёт осадок и деформаций основания

Расчёт осадок и деформаций основания — определение ожидаемых вертикальных перемещений, крена и относительной разности осадок грунта под фундаментом проектируемого или реконструируемого сооружения. Компания «Гис Саинс» выполняет аналитический расчёт по нормам проектирования оснований и численное моделирование, чтобы сравнить деформации с предельными значениями.

Расчёт осадок и деформаций основания в Москве и России – Гис Саинс

Осадка основания сопровождает любое здание: грунт сжимается под нагрузкой, и фундамент получает вертикальное перемещение. Для эксплуатации опасна не сама по себе средняя осадка, а её величина, неравномерность и крен. Превышение предельных деформаций приводит к трещинам в стенах, перекосу перекрытий, нарушению работы лифтов, разгерметизации инженерных вводов и повреждению соседней застройки. Компания «Гис Саинс» выполняет расчёт осадок и деформаций основания в Москве, регионах России и странах СНГ как самостоятельную услугу и в составе геотехнического прогноза.

Расчёт по деформациям относится ко второй группе предельных состояний и выполняется практически во всех случаях проектирования оснований. Первая группа — расчёт по несущей способности — отвечает на вопрос, не произойдёт ли потеря устойчивости грунтового массива. Вторая группа отвечает на вопрос, останутся ли перемещения в пределах, при которых здание сохраняет нормальную эксплуатацию. Именно поэтому расчёт осадок нельзя заменить только проверкой давления под подошвой: грунт может иметь достаточную прочность и при этом дать недопустимую деформацию.

Нормативная база: расчёт оснований по деформациям выполняют по СП 22.13330 «Основания зданий и сооружений». Для свайных фундаментов дополнительно применяют СП 24.13330. Предельные средние осадки, относительную разность осадок и крены принимают по приложению к СП 22 с учётом конструктивной схемы здания. Для объектов геотехнических категорий 2 и 3, уникальных сооружений и площадок в зоне влияния существующей застройки расчёт, как правило, дополняют численным моделированием и включают в геотехнический прогноз.

Исходными данными служат технический отчёт по инженерно-геологическим изысканиям, нагрузки от надземной и подземной частей, схема фундаментов, отметки пола и подошвы, сведения о подземных водах и о последовательности строительства. Качество расчёта определяется не только программой, но и корректностью модулей деформации, коэффициентов пористости, характеристик консолидации и назначением расчётных сечений. Компания «Гис Саинс» проверяет полноту изысканий до начала моделирования: при недостатке лабораторных или полевых данных указывает, какие испытания необходимо добавить, в том числе трехосные испытания и прессиометрию для моделей упрочняющегося грунта.

В московском регионе типичны моренные суглинки, флювиогляциальные пески, насыпные грунты и высокий уровень подземных вод. Неравномерность разреза по пятну застройки часто важнее абсолютной величины модуля деформации. На промышленных площадках России добавляются слабые илы, торфы, просадочные лессовидные грунты, многолетнемёрзлые основания и сейсмические воздействия. Компания «Гис Саинс» адаптирует расчётную схему к геологическому разрезу конкретной площадки, а не использует унифицированную модель «среднего грунта».

Методы

Аналитический расчёт по СП 22 остаётся обязательной базой. Основной приём — метод послойного суммирования: сжимаемую толщу разбивают на элементарные слои, в каждом определяют дополнительное вертикальное напряжение от нагрузки фундамента и вычисляют сжатие слоя. Сумма сжатий даёт осадку. Границу сжимаемой толщи назначают по правилам свода правил. Для ленточных, столбчатых и плитных фундаментов учитывают форму подошвы, глубину заложения, взаимное влияние соседних фундаментов и влияние соседней загрузки.

Для свайных фундаментов оценивают осадку одиночной сваи, куста и свайно-плитной системы. Учитывают передачу нагрузки по пяте и по боковой поверхности, работу ростверка, если он опирается на грунт, и возможное отрицательное трение при консолидации слабых слоёв. Расчёт по СП 24 сопоставляют с численной моделью, если сваи работают в составе жёсткой плиты или если рядом расположен котлован.

Численный расчёт методом конечных элементов применяют, когда линейно-деформируемая схема недостаточна: неоднородный разрез, глубокий котлован до устройства фундамента, разгрузка и повторное нагружение грунта, слабые водонасыщенные глины, необходимость получить поле перемещений под всем пятном и за его пределами. Компания «Гис Саинс» выполняет моделирование в программных комплексах PLAXIS 2D/3D и MIDAS GTS NX. Выбор модели грунта зависит от задачи: модель Мора — Кулона — для оценки прочности и первого приближения по деформациям; Hardening Soil и Hardening Soil Small — для дисперсных грунтов с различным модулем при нагружении и разгрузке; Soft Soil Creep — при необходимости учесть ползучесть слабых глин.

Дополнительно: для уникальных сооружений и исторической застройки рядом с пятном компании требуется не только конечная осадка, но и развитие деформаций по этапам — разработка котлована, устройство фундамента, возведение каркаса, эксплуатационная нагрузка. Стадийный расчёт показывает, какая доля осадки реализуется на нулевом цикле и какая — после передачи веса здания. Эти данные затем используют в программе геотехнического мониторинга.

Камеральная часть включает построение расчётных сечений, калибровку параметров по изысканиям, выполнение расчёта, сравнение с предельными значениями и формулировку выводов. Если расчётная осадка или крен превышают допустимые, рассматривают изменение типа фундамента, увеличение площади подошвы, свайное поле, укрепление грунтов, изменение порядка возведения или компенсационные мероприятия. Результат оформляют так, чтобы проектировщик мог принять решение, а экспертиза — проверить исходные данные и предпосылки.

Этапы работ

Работы выполняют в последовательности, которая обеспечивает воспроизводимость модели и возможность защиты расчёта в экспертизе.

1. Сбор исходных данных: отчёт по инженерно-геологическим изысканиям, нагрузки, чертежи фундаментов, сведения о котловане и окружающей застройке.
2. Проверка достаточности характеристик грунтов и назначение дополнительных испытаний при необходимости.
3. Выбор расчётных сечений и расчётной схемы: аналитическая постановка, плоская или пространственная численная модель.
4. Назначение моделей грунта и расчётных параметров, включая коэффициенты надёжности и сочетания нагрузок.
5. Расчёт осадок, крена, относительной разности осадок и при необходимости дополнительных деформаций от котлована.
6. Сопоставление результатов с предельными значениями СП 22 и с требованиями к конкретной конструктивной схеме.
7. При превышении пределов — сравнение вариантов фундамента или мероприятий по основанию.
8. Оформление технического отчёта с исходными данными, предпосылками, таблицами, полями перемещений, выводами и рекомендациями.

Когда необходим

Расчёт осадок и деформаций основания назначают не как формальное приложение к проекту, а когда от величины и неравномерности перемещений зависит выбор фундамента и безопасность объекта.

• проектирование ленточных, плитных, столбчатых и свайных фундаментов жилых, общественных и промышленных зданий;
• объекты геотехнических категорий 2 и 3, высотные, большепролётные и уникальные сооружения;
• слабые, насыпные, заторфованные, просадочные и неоднородные грунты;
• реконструкция с увеличением нагрузок на существующие фундаменты;
• устройство подземных этажей и передача нагрузки после глубокой выемки;
• строительство в плотной застройке Москвы и других крупных городов, когда осадка нового здания влияет на соседей;
• необходимость геотехнического прогноза и сравнение расчётных деформаций с данными будущего мониторинга;
• промышленные резервуары, дымовые трубы, эстакады и сооружения, чувствительные к крену;
• гидротехнические и линейные объекты, где недопустима неравномерная осадка отдельных опор;
• повторный расчёт при изменении конструктивной схемы или при замечаниях экспертизы.

Результаты

Заказчик получает расчётное обоснование деформаций основания, пригодное для раздела проекта, экспертизы и последующего сопоставления с наблюдениями на площадке.

• величины средней и максимальной осадки по характерным точкам фундамента;
• крен и относительная разность осадок с сравнением с предельными значениями;
• расчётные сечения, схемы сжимаемой толщи и, при численном расчёте, поля перемещений;
• оценка вклада отдельных слоёв и этапов строительства в общую осадку;
• выводы о допустимости принятого типа фундамента;
• рекомендации по изменению конструкции, укреплению грунтов или порядку возведения при превышении пределов;
• исходные данные и предпосылки, достаточные для проверки расчёта;
• при необходимости — постановка для геотехнического прогноза влияния на окружающую застройку и программа мониторинга осадок.

Наши преимущества

• опыт сотрудников в сфере изысканий и геотехнических расчётов более 12 лет;
• инженеры с допусками НОПРИЗ;
• членство в саморегулируемой организации в области инженерных изысканий;
• расчёты по СП 22.13330 и численное моделирование в PLAXIS и MIDAS GTS NX;
• возможность опереться на собственные лабораторные испытания грунтов и полевые данные;
• увязка расчёта осадок с геотехническим прогнозом и программой мониторинга;
• оформление отчёта в составе, пригодном для экспертизы и строительного контроля;
• работа по Москве, территории России и странам СНГ;
• бесплатная консультация по составу исходных данных и необходимости численной модели;
• наличный и безналичный расчёт;
• сравнение вариантов фундамента в рамках одного задания;
• сопровождение ответов на замечания экспертизы по расчётной части.

Расчёт осадок фундаментов в Москве и регионах России

В Москве расчёт осадок почти всегда связан с подземной частью. До передачи веса здания грунт разгружают котлованом, затем нагружают плитой и каркасом. Модуль при разгрузке и повторном нагружении отличается от модуля первичного сжатия, поэтому оценка только по формуле послойного суммирования без учёта истории нагружения может дать неверную картину крена и дополнительных деформаций соседних фундаментов. Компания «Гис Саинс» для площадок с глубоким котлованом выполняет стадийный расчёт: природное состояние, устройство ограждения, разработка, устройство фундамента, возведение надземной части. Такой подход согласуется с последующим геотехническим прогнозом и с контрольными критериями мониторинга.

Для точечной застройки внутри квартала важна не только осадка нового дома, но и воронка осадок за его контуром. Если рядом стоят здания на ленточных фундаментах мелкого заложения, даже умеренная средняя осадка нового объекта при большой неравномерности может быть недопустимой. В расчёт включают взаимное влияние фундаментов, барражный эффект стены в грунте и изменение уровня подземных вод. При недостатке данных об окружающей застройке компания указывает необходимость обследования и уточнения категории технического состояния соседних зданий.

В регионах набор задач иной. На слабых основаниях промышленных площадок Сибири и Северо-Запада определяют осадку резервуаров и эстакад с учётом консолидации. На просадочных грунтах юга и Поволжья оценивают деформации при замачивании. В криолитозоне учитывают оттаивание и изменение температурного режима основания. Компания «Гис Саинс» не переносит московскую схему на любую площадку: расчётные параметры и модель грунта назначают по фактическому разрезу и климатическим условиям объекта.

Важно: достоверность расчёта осадок нельзя повысить одной сменой программного комплекса. Ошибка в модуле деформации, в мощности сжимаемой толщи или в нагрузках даёт тот же неверный результат и в аналитической формуле, и в PLAXIS. Поэтому компания «Гис Саинс» начинает работу с ревизии изысканий и нагрузок, а не с построения сетки конечных элементов. Если отчёт по изысканиям не содержит характеристик, необходимых для выбранной модели грунта, это фиксируют до выдачи цифр, а не после замечания экспертизы.

Для заказа работ достаточно направить техническое задание, отчёт по инженерно-геологическим изысканиям, нагрузки и чертежи фундаментов. При неполном комплекте специалисты компании уточняют состав исходных данных и готовят коммерческое предложение с ориентировочной стоимостью и сроком.

Цены

Стоимость зависит от числа сечений, типа фундамента, необходимости численного моделирования, объёма исходных данных и состава отчётности. Приведённые значения носят ориентировочный характер и уточняются после изучения материалов.

Наименование работ	Единица	Ориентир стоимости, руб.
Расчёт осадок методом послойного суммирования по СП 22	1 сечение	от 35 000
Численный расчёт осадок в PLAXIS 2D	1 сечение	от 55 000
Пространственное моделирование осадок в PLAXIS / MIDAS 3D	1 модель	от 160 000
Расчёт крена и неравномерных деформаций	1 объект	от 45 000
Сравнение вариантов фундамента по деформациям	1 объект	от 70 000

Ориентир: итоговая смета учитывает число инженерно-геологических элементов, наличие котлована до устройства фундамента и необходимость включить расчёт в геотехнический прогноз. Точную стоимость компания «Гис Саинс» указывает в коммерческом предложении.