Расчёт на всплытие подземных сооружений

Автор: Михаил Безгодов, инженер-строитель

Расчёт на всплытие — проверка подземных и заглублённых сооружений на устойчивость против выталкивания архимедовой силой при высоком уровне грунтовых вод. Условие: γ_n · F_взв ≤ G_уд / γ_c, где F_взв — взвешивающая сила, G_уд — удерживающие силы (вес сооружения, грунта засыпки, силы трения по боковой поверхности, анкеры). Регламентируется СП 22.13330.2016 «Основания зданий и сооружений» п. 5.7.

Когда нужен расчёт

Подвалы и цокольные этажи в зоне сезонного или постоянного УГВ выше отметки пола;
заглублённые резервуары, в т. ч. септики, ёмкости пожарного запаса, нефтехранилища (особенно в пустом состоянии);
подземные паркинги, тоннели, коллекторы;
фундаменты типа «стакан» под лёгкие надземные конструкции с большим объёмом ниже УГВ;
любые сооружения, где объём конструкции ниже УГВ ≥ объёма вытесненной воды, кратной собственному весу.

Формула

F_взв = γ_w · V_под

где γ_w = 10 кН/м³ — удельный вес воды, V_под — объём части сооружения ниже расчётного УГВ (по внешним габаритам с учётом грунта в полостях, если он не дренирован).

Удерживающие силы:

G_уд = G_с + G_гр + T_тр + N_анк

G_с — собственный вес конструкции с γ_f = 0,9 (благоприятная нагрузка);
G_гр — вес грунта обратной засыпки на обрезах с γ_f = 0,9, при этом ниже УГВ — взвешенный грунт (γ’ = γ_sat − γ_w);
T_тр — силы трения по боковой поверхности контакта со стенками котлована;
N_анк — несущая способность анкерных свай или анкеров.

Коэффициент γ_n по ГОСТ 27751-2014: для класса КС-3 — 1,1; КС-2 — 1,0; КС-1 — 0,9. γ_c по СП 22.13330.2016 табл. 5.4 — обычно 0,9.

Расчётный УГВ

Принимается максимально возможный за срок службы по данным инженерно-геологических изысканий по СП 47.13330.2016 «Инженерные изыскания для строительства». Для городских условий — с учётом возможного подтопления, замачивания, аварий на сетях. Запас 0,5 м над зафиксированным максимумом — стандартная практика.

Полезные нагрузки в G_уд

Полезные и снеговые нагрузки в удерживающую силу не включаются — они переменные и могут отсутствовать в момент критического подъёма УГВ. Учитывают только постоянные и длительные части.

Способы повысить устойчивость

Анкеры — буроинъекционные сваи, расходные анкеры в основание;
Уширение подошвы — пригрузочная плита большего размера;
Балластирование — для резервуаров: ж/б пригруз на крышке;
Пригрузка грунтом — увеличение засыпки над сооружением;
Дренаж — пристенный или пластовый, понижающий расчётный УГВ (только при гарантированном обслуживании).

Частые ошибки

Считают V_под по внутреннему объёму, а не по внешним габаритам — занижают взвешивающую силу.
Используют γ_f = 1,1 для веса конструкции — для удерживающих нагрузок нужно 0,9.
Учитывают силу трения как основной вклад без подтверждения данными изысканий — она снижается при разуплотнении засыпки.
Не учитывают всплытие пустого резервуара (для нефтехранилищ, накопителей).
Берут УГВ по средним значениям, а не по максимуму с запасом.