Проектирование фундаментов в глубоких котлованах

13.1 Требования настоящего раздела распространяются на проектирование фундаментов зданий и сооружений с многоэтажной подземной частью, устраиваемых в глубоких котлованах открытым, полузакрытым или комбинированным способами, а также их оснований.

П р и м е ч а н и е – Комбинированный способ предполагает одновременное строительство подземной части полузакрытым способом (по схеме ”сверху-вниз”) и наземной части (по традиционной схеме ”снизу-вверх”) или по общей схеме ”вверх и вниз”.

13.2 Проектирование оснований и фундаментов в глубоких котлованах следует выполнять в соответствии с требованиями СП 22.13330.2011, СП 24.13330.2011 и дополнительными указаниями настоящего раздела.

13.3 При проектировании фундаментов в глубоких котлованах следует учитывать:

- возможность изменения физико-механических характеристик грунтов при их вскрытии за счет разгрузки, механических воздействий, замачивания атмосферными осадками, промораживания;

- различие в характерных расчетных значениях деформационных характеристик грунтов при их разгрузке и повторном нагружении;

- деформационные процессы в основании, связанные с его разгрузкой, развитие этих процессов во времени;

- изменения порового давления в основании в процессе строительства и в начальный период эксплуатации;

- возможность передачи на фундаменты горизонтальных нагрузок;

- влияние ограждений котлованов на напряженно-деформированное состояние основания фундаментов;

- влияние устройства свайных фундаментов на напряженно-деформированное состояние ограждений котлована;

- взаимное влияние разновысотных частей проектируемых объектов;

- стесненные условия производства работ.

13.4 Расчет оснований и фундаментов в глубоких котлованах следует выполнять по двум группам предельных состояний (ULS) и (SLS), рассматривая проектные сценарии, как для кратковременных, так и для долговременных проектных ситуаций в периоды строительства и эксплуатации сооружения.

13.5 Возможность использования того или иного типа фундамента, как правило, следует определять на основании расчетов по деформациям. В большинстве случаев рекомендуемыми типами фундаментов в глубоких котлованах являются:

- монолитные фундаментные плиты;

- свайные фундаменты, объединенные монолитным ростверком;

- комбинированные свайно-плитные фундаменты;

- фундаменты на искусственном основании (например: закрепленном или армированном).

Выбор типа фундамента в каждом проекте должен осуществляться на основании технико-экономического сравнения вариантов.

П р и м е ч а н и я – 1. Технико-экономическое сравнение вариантов должно учитывать стоимость подготовки основания, устройства гидроизоляции, дренажа, временных конструкций, а также дополнительные затраты, связанные со стесненными условиями строительства.

2. В ряде случаев в качестве фундамента, а также несущей конструкции целесообразно использовать ограждение котлована типа «стена в грунте» (траншейного типа или из секущихся свай), что может дать экономический эффект. При этом дополнительные затраты могут понадобиться на обеспечение требований по ограничению неравномерности осадок между центральной и контурной частями сооружения и защиту сооружения от подземных вод.

13.6 При наличии ниже отметок дна котлована слабых или техногенных грунтов следует рассматривать варианты их замены, закрепления или прорезки фундаментами.

13.7 При проектировании фундаментов в глубоких котлованах в ряде случаев следует учитывать расчетом поднятие дна котлована, связанное с уменьшением эффективных вертикальных напряжений в основании.

Поднятие дна котлована следует учитывать:

- при наличии в основании глинистых грунтов, склонных к длительным деформациям;

- при строительстве полузакрытым способом по схеме «сверху-вниз» с использованием промежуточных опор перекрытий.

П р и м е ч а н и я – 1. Следует учитывать, что поднятие дна котлована происходит неравномерно в плане, достигая максимума в центре котлована и уменьшаясь к его границам.

2. Подъем дна котлована рекомендуется учитывать с помощью численного моделирования методом конечных элементов.

13.8 Расчет по деформациям оснований и фундаментов в глубоких котлованах следует выполнять, рассматривая совместную работу системы «основание - фундамент - сооружение» с учетом последовательности разгрузки и нагружения основания.

Характеристики жесткости основания, используемые в расчетах с помощью контактных моделей, должны определяться с учетом плановой неоднородности в геологическом строении площадки строительства, изменения деформационных характеристик грунта при экскавации котлована, а также с учетом уровня нагрузок, передаваемых сооружением на основание. Следует анализировать чувствительность используемых моделей по отношению к возможным вариациям характеристик жесткости основания.

П р и м е ч а н и е – Следует учитывать, что расчеты осадок не являются точными. Принимаемые проектные решения по устройству фундаментов должны учитывать возможные отклонения реальных величин осадок от расчетных. При значительной чувствительности расчетных моделей рекомендуется применять наблюдательный метод (см. 7.7).

13.9 Для определения характеристик жесткости основания вблизи ограждающих конструкций котлована рекомендуется использовать численное моделирование методом конечных элементов. Полученные значения характеристик жесткости основания допускается принимать в расчетах, основанных на использовании контактных моделей.

13.10 В случае, если на проектируемые фундаменты в котлованах передаются горизонтальные нагрузки от давления грунта на подпорные стены, следует выполнять их расчеты по предельным состояниям (GEO), (STR) и (EQU).

Проверку равновесия фундамента или части сооружения (EQU) следует выполнять для проектных ситуаций строительного периода, например, при опирании распорок или подкосов ограждения котлована непосредственно на фундамент. Для этого должна быть рассмотрена возможность плоского сдвига фундамента или фрагмента сооружения по подготовке или по гидроизоляционному слою.

13.11 Для избежания возникновения в фундаментах, имеющих большие плановые размеры, значительных усилий от температурно-климатических воздействий и неравномерных осадок в проекте допускается предусматривать разрезку фундаментных плит и ростверков временными деформационными швами. При этом в проекте должны указываться условия или период замыкания временных швов.

П р и м е ч а н и я – 1. Как правило, обетонирование временных швов следует предусматривать после создания замкнутого температурного контура в подземной части здания или реализации значительной части прогнозируемых осадок в соответствии с требованиями проекта.

2. Замыкание временных швов при строительстве ниже уровня подземных вод следует увязывать также с необходимостью работы водопонизительных систем.

13.12 При устройстве фундаментов в глубоких котлованах, экскавация которых в плане выполняется несколькими этапами, или возведение конструкций различных секций в которых происходит не одновременно, следует учитывать последовательность производства работ при выборе проектных сценариев.

В проекте должны указываться допустимые величины строительного превышения этажности одной секции над другой в процессе производства работ. Допустимые величины превышения этажности следует назначать из условия обеспечения допустимых осадок и деформаций, а также проверки возможности локального разрушения основания (потери несущей способности) под краем наиболее нагруженной секции.

13.13 При проектировании фундаментов подземных сооружений, устраиваемых полузакрытым способом по схеме «сверху-вниз» или комбинированным способом по схеме ”вверх и вниз”, следует учитывать проектные сценарии, наличие временных или постоянных опор, а также их конструктивную связь с фундаментами.

П р и м е ч а н и е – При расчете заглубленного сооружения на эксплуатационные нагрузки необходимо учитывать жесткость частей временных опор, оставляемых ниже подошвы постоянных фундаментов.

13.14 При проектировании свайных фундаментов следует учитывать способ крепления ограждения котлована и возможность выполнения свайных работ в котловане. При использовании распорных систем или невозможности спустить крупногабаритную буровую технику в котлован проектом следует предусматривать выполнение свайных работ с поверхности.

13.15 Несущая способность свайных фундаментов, устраиваемых в глубоких котлованах, должна определяться с учетом заглубления от поверхности голов свай в соответствии с СП 24.13330.2011.

Величину несущей способности свай допускается уточнять на основании экспериментальных исследований, численного моделирования или корректирующих зависимостей, полученных в соответствии с сопоставимым опытом.

13.16 При расчете фундаментов подземных частей сооружений, расположенных ниже уровня подземных вод, следует учитывать давление подземных вод под подошвой фундамента в наиболее неблагоприятных сочетаниях нагрузок.

13.17 При проектировании конструкций фундаментов в глубоких котлованах следует предусматривать решения, позволяющие надежно и технологично выполнить гидроизоляцию подземных частей зданий и сооружений.

13.18 При проектировании свайных и комбинированных фундаментов в глубоких котлованах с целью обеспечить надежные решения гидроизоляции допускается не заводить головы свай в ростверк или фундаментную плиту.

П р и м е ч а н и е – Допускается по головам свай выполнить бетонную подготовку толщиной не менее 200 мм, по которой устраивается гидроизоляционный слой и его защитная подготовка. По защитной подготовке выполняют армированные ростверки или фундаментную плиту.

13.19 При проектировании фундаментов в котлованах рядом с охранной зоной метрополитена следует учитывать вибрационные воздействия и возможность их длительного влияния на снижение механических характеристик грунтов, вибрационное уплотнение рыхлых песков. Уровень вибрационных воздействий должен прогнозироваться расчетом и окончательно устанавливаться экспериментальным путем после выполнения экскавации котлована.