Основания и фундаменты

  d_I = 1,7 м - глубина  заложения  фундаментов  сооружений  от  уровня  планировки. 

Размеры  подошвы  фундамента  определяем из условия   P £ R, используя графоаналитический способ Лалетина. Для построения гиперболы p_II = f₁(b) и прямой R = f₂(b) произвольным образом задавали значение b (табл. 3), далее строили графики (рис. 3). Точка пересечения графиков являлась искомой величиной b = 2,35 м.

 

Значения p_II и R при произвольном значении b

Таблица 3

b, м	pII, т/м2	R, т/м2
1	55,9	10,87
2	16,53	11,33
3	9,23	11,79
4	6,68	12,25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.3. График определения ширины подошвы фундамента.

Далее принимаем окончательные размеры фундамента с учетом модульности и унификации конструкций, определяем давления по краям подошвы фундамента (краевые давления) и среднее давление по подошве фундамента. Найденные величины должны удовлетворять условиям:

;   ;   .

 

Принимаем ширину фундамента b = 2,6 м

При

    

        

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.4. Конструирование фундамента.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.4. Фундаментный стакан.

 

 

Нагрузка  от  веса  фундамента:

Нагрузка  от  веса  грунта:

Фактическое  среднее  давление  под  подошвой  фундамента:

Фактическое  расчетное  сопротивление  грунта:

- условие выполняется.

 

 

 

 

 

 

2.5. Учет внецентренного нагружения.

Для определения распределения  давления под подошвой фундамента предварительно определяется эксцентриситет приложения нагрузки:

                               Краевое давление  под  подошвой  фундамента:                                            

Рис.5. Схема внецентренного нагружения.

 

Условие выполняется, окончательно принимаем ширину фундамента b = 2,6 м; длину   .

 

 

2.6. Проверка  слабого подстилающего слоя.

При наличии в пределах сжимаемой толщи основания на глубине z от подошвы фундамента слоя грунта меньшей прочности, чем прочность грунта вышележащих слоев, размеры фундамента должны назначаться такими, чтобы обеспечить условие:

s_zp+s_zq£R_{z(слаб.слоя)}

s_zp,s_zq – вертикальные напряжения в грунте на глубине z от подошвы фундамента соответственно от нагрузки на фундамент и от собственного веса грунта, тс/м²;

R_z – расчетное сопротивление грунта пониженной прочности на глубине z, тс/м².

 

s_zp=a ·р_o=0,57·8,25=4,68 т/м²

где р_о=р_{ср.факт.}-s_zg,o=10,87-1,54*1,7=8,25 т/м²

s_zg,o=

·h=1,54·1,7=2,62 т/м²

a - коэффициент, принимаемый по табл.1 приложение 2 [1] в зависимости от соотношения сторон η=l/b и ζ=2z/b

При ζ =2z/b= 2·1,7/2,6=1,3 и η=l/b =1, a=0,57

Площадь условного фундамента:

A_z=N/s_zp=126/4,68=26,92 м²,

b_z=

- a =4,28 ,

где: а=(l-b)/2=(5,2-2,6)/2=1 м

 

Расчетное сопротивление  грунта слабого слоя:

=g2 =1,82 т/м³; =1,54 т/м³; =1,7 м;

 т/м²

4,68+2,62=7,3 т/м²<7,4 т/м², т.е. расчетное сопротивление грунта больше, чем давление фундамента, значит, увеличение размеров подошвы не требуется, слабый подстилающий слой имеет достаточную прочность.

2.7. Определение осадки фундамента.

Осадка основания S c использованием расчетной схемы в виде линейно-деформируемого полупространства определяется методом послойного суммирования по формуле:

;

где: β – безразмерный коэффициент, равный 0,8;

σ_zp,i – среднее значение дополнительного вертикального напряжения в i-м слое грунта, равное полу сумме указанных напряжений на верхней z_i-1 и нижней z_i границах слоя по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента;

h_i и E_i – соответственно толщина и модуль деформации i-го слоя грунта;

n – число слоев, на которые разбита сжимаемая толща основания.

 

Суммирование производим до глубины, на которой выполняется  условие:

s_zp<0,2·s_zg

Напряжения в грунте от его веса определяются по формуле:

s_zg = s_zgo + å(g_i·h_i);

где: s_zgo = ·h = 1,54 ·1,7 = 2,62 т/м²

s_zp = α·Pо;

где: P_o = P_{ср.факт.} - s_zgo = 10,87 –2,62 = 8,25 тс/м²

Грунтовую толщу разбиваем  на слои высотой h = (0,2 0,4)×b, где b = 2,6 м – ширина фундамента.

 

Таблица 4

Zi, м	2z/b	l/b	α	szp, тс/м²	szg, тс/м²	0,2szg, тс/м²	hi, м	Ei, тс/м²	Si, м
0	0	2	1,000	8,25	2,62	0,52	1,04		0,12
1,04	0,8		0,8	6,6	4,22	0,84		500
2,1	1,6		0,449	3,7	5,85	1,17
3,14	2,4		0,257	2,12	7,45	1,49		2800
4,18	3,2		0,16	1,32	9,06	1,81

 

 

Получаем осадку:

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 6 Диаграмма осадки фундамента

 

2.8. Проверка на морозное пучение.

 

Расчет производится для того, чтобы определить требуются  ли какие-либо дополнительные мероприятия по защите от морозного пучения.

Стадия незавершенного строительства. Выполнен нулевой цикл работ. Обратная засыпка пазух произведена.

 

8,58∙(0,55(5,2+2,6)+1,2(1,45+1,05)≤105∙0,9

118,40≥94,5

         Условие не выполняется, следовательно, предусматриваем следующие мероприятия по предотвращению морозного пучения:

1. вертикальная планировка площадки строительства
2. отвод дождевых вод
3. утепление пазух фундаментов теплоизоляционными материалами
4. временное отопление помещений первого этажа
5. покрытие поверхности фундамента консистентными составами

 

 

 

 

3. Вариант свайного фундамента. Забивные сваи.

3.1. Расчетная  схема.

Для  расчета  выбираем  фундамент  № 4 в осях ”Д”-”7” (как для первого варианта) -  отдельно стоящий,  под наружную металлическую колонну с размерами поперечного сечения 800х400 мм. Инженерно-геологические условия приведены на рис. 5. Физико-механические характеристики грунтов соответствуют табл. 1.

Нагрузки при расчете принимаем  по первому предельному состоянию  прочности. Колонна нагружена вертикальной нагрузкой с расчетным значением на уровне обреза фундамента N_0I = 126 т, изгибающей нагрузкой с расчетным значением изгибающего момента M_0I = -24 т·м, горизонтальной нагрузкой с расчетным значением Т_0I = -2 т. Схема нагрузок представлена на рис.7.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.7. Схема нагрузок.

3.2. Выбор глубины заложения ростверка.

При определении глубины  заложения ростверка исходим  из ИГУ и нормативной глубины сезонного промерзания равной d_fn=1,7 м. Принимаем высоту ростверка 1,8 м.

3.3. Выбор типа  и размера свай.

Рассматриваем сваи забивные железобетонные цельного сплошного квадратного сечения с продольной арматурой ГОСТ 19804.1-79. Марка бетона В 15. Марка сваи С10-30. Длина сваи равна 10 м, поперечное сечение сваи 300х300 м². Сваи заглублены в глину темно-серую пылеватую на расстояние 1,5 м.

3.4. Определение несущей способности одиночной сваи.

Для сваи трения несущую  способность по грунту определяем по формуле 8[3]:

F_d=g_c·(g_cr·R·A+u·åg_cf·f_i·h_i),

R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи (табл. 1[3]);

А - площадь поперечного  сечения сваи;

u - периметр сечения сваи;

f_i - расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания по боковой поверхности сваи (табл. 2[3]);

h_i- толщина i-го слоя грунта;

Коэффициент условий  работы сваи в грунте g_с, коэффициент условий работы грунта под острием сваи g_cr, коэффициент условий работы грунта по боковой поверхности g_cf  для забивных свай принимаются равными 1 – тогда формула расчета несущей способности будет иметь вид:

F_d = R·A+u·åf_i·h_i

свая  С10-30

Площадь поперечного  сечения сваи А=0,3²=0,09м²

Периметр сечения сваи u=4·0,3=1,2м.

R=5000кПа=500тс/м²

h₁=2,0м.  z₁=2,8м.     f₁=1,6тс/м²

h₂=2,0м.  z₂=4,8м.     f₂=5,6тс/м²

h₃=2,0м.  z₃=6,8м.      f₃=6,0тс/м²

h₄=2,0м. z₄=8,8м.      f₄=6,35тс/м²

h₅=1,5м.  z₅=10,55м.   f₅=6,5тс/м²

F_d=500·0,09+1,2·(1,6·2,0+5,6·2,0+6,0·2,0+6,35·2,0+6,5·1,5)=103,62тс

Расчётная нагрузка, допускаемая  на сваю:

;      где - коэффициент запаса, равный 1,4.

3.5. Определение  количества свай в кусте.

Число свай в фундаменте устанавливают исходя из допущений, что ростверк осуществляет равномерное распределение нагрузки на свайный куст. Расчёт ведут по первой группе предельных состояний. Ориентировочное число свай в кусте определяют по формуле:

.       Принимаем свайный куст из 3 свай.

3.6. Конструирование  ростверка.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 8. Конструирование ростверка.

 

;

;

.

3.7. Учет внецентренного  нагружения фундамента.

Для определения распределения  давления под подошвой фундамента предварительно определяется эксцентриситет приложения нагрузки.

Эксцентриситет приложения нагрузки определяется по формуле:

е = (М_0I+Т_I·d)/(N_I+N_{р+  ,гр});

е = (24+2·1,8)/(126+9,83+4,61) =0,2 м > l/30 = 0,035 м – внецентренное нагружение.

Нагрузку, приходящуюся на каждую сваю во внецентренно нагруженном  фундаменте, определяем по формуле:

Рис.9. Схема внецентренного нагружения.

N _max,min= (N_I+N_гр+N_р)/n ± (M_х·y)/åy_i² ;

где n - число свай;

у - расстояние от главной  оси фундамента до оси сваи, для  которой определяется нагрузка;

у_i - расстояние  от  оси фундамента  до  оси каждой  сваи.

N _max,min= (126+9,83+4,61)/3 ± ((24+2·1,8)·0,9)/(2·0,9²);

Nmax = 62,147 тс,

Nmin = 31,480 тс

Проверяем условие:

Nmax < 1,2Nдоп

Nmax = 62,147 < 1,2Nдоп = 88,8

Nmin > 0

3.8. Проверка  на морозное пучение.

Устойчивость  фундамента  на  действие  касательных  сил  пучения  проверяется  по  формуле: