Проектирование фундаментов мелкого заложения на естественном основании

 

b_z = √ A_z + a² – a ,

где A_z – площадь условного фундамента на глубине Z, определяемое по формуле

А_z = N^п_II / δ_{z p} ; N^п_II – полная вертикальная нагрузка на основание от ранее запроектированного фундамента; а = b / 2 – вспомогательная величина.

 

1 сечение:

b_z = √ (5,16+0,4²-0,4)=2,22 ,

а = 0,8 / 2=0,4 м,    А_z = 187,38 / 36,28=5,16 м²

R4 = 1,25Í1,05/1,1Í[1,3334Í16,48Í0,8+5,1124Í(0,4485+2,6)Í17,21+(5,1124-1) Í(2+2,6)Í17,21+7,5539Í29,09] = 991,65 кПа

δ_{z p} + δ_{z g} = 92,51 + 36,28 =128,79

128,45 кПа ≤ 991,65 кПа

Условие выполняется.

 

3.9. Расчет устойчивости фундаментов на плоский сдвиг

Целью расчета  оснований по несущей способности  является обеспечение прочности  и устойчивости оснований, а также  недопущение сдвига фундамента по подошве и его опрокидывания.

Расчет устойчивости фундаментов  на сдвиг по подошве производится при воздействии больших горизонтальных нагрузок на фундамент (горизонтальные силы и боковое давление грунта засыпки на фундаментную стенку в подвальных помещениях).

Расчет производится на расчетные нагрузки (N_l = N^н 1,2), определяемые путем умножения нормативных нагрузок на осредненный коэффициент перегрузки, принимаемый равным 1,2.

Проверка устойчивости на плоский сдвиг по подошве выполняется  исходя из условия

где ∑F_s..a и ∑F_s.r – суммы проекций на плоскость скольжения соответственно сдвигающих и удерживающих сил, определяемых с учетом активного и пассивного давлений грунта на боковые грани фундамента; γ_c – коэффициент условий работы грунтов основания; γ_n – коэффициент надежности по назначению сооружения, равный 1,2; 1,15; 1,1 для сооружений 1, 2 и 3 классов.

При расчете на сдвиг суммы  проекций на плоскость скольжения расчетных  сдвигающих и удерживающих сил определяются по формулам:

 

 

где F_ohl – составляющая нагрузки на фундамент, параллельная плоскости сдвига, кН; E _a и E_р – соответственно составляющие равнодействующих активного и пассивного давления грунта (на боковые грани фундамента), параллельные плоскости сдвига, кН; N_Ol – вертикальная составляющая расчетной нагрузки на обрез фундамента, кН; N_Фl и N_грl – расчетный вес фундамента и грунта, лежащего на его уступах, кН; f – коэффициент трения материала фундамента по грунту; b и l – соответственно ширина и длина фундамента, м; c_l – расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего под подошвой фундамента, кПа.

N_I = N^н 1,2 = 140*1,2 = 168 кН

∑F_s,a = 0,5*L²*γ_I*tg(45-φ_срI/2) = 0,5*3,28²*16,91* tg(45- 16,36/2) = 68,1

=0,20(168+39,12+8,26)+2,4*1*24,62+4,05 = = 106,214

E_p = 0,5*t²*γ_I*tg²(45-φ_срI/2) = 0,5*0,8²*16,91* tg²(45-16,36/2) = 4,05

(γ_c∑F_s,r)/γ_n = 0,85*106,214/1,15 = 78,51

∑F_s,a = 68,1 < (γ_c∑F_s,r/γ_n) = 78,51

Условие выполняется.

 

3.10. Расчет устойчивости фундаментов на воздействие касательных сил морозного пучения грунта

Расчет устойчивости фундаментов на воздействие касательных  сил морозного пучения грунта не выполняется, так как отсутствует пучиноопасный грунт.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

              4. Проектирование свайных ленточных и кустовых фундаментов

 

1. Определение расчетных нагрузок

Расчет свайных фундаментов  и их оснований производят по предельным состояниям двух групп:

1) по первой группе  – по прочности конструкций  свай, свайных ростверков; по несущей способности грунта основания свайных фундаментов и свай; по устойчивости оснований свайных фундаментов в целом при горизонтальных нагрузках или основаниях, ограниченных нисходящими откосами;

2) по второй группе  – по осадкам оснований свайных  фундаментов от вертикальных нагрузок; по перемещениям свай от действия вертикальных, горизонтальных нагрузок и моментов; по образованию или раскрытию трещин в элементах железобетонных конструкций.

При выполнении расчетов по первой группе предельных состояний  принимают расчетные нагрузки, которые вычисляют по формулам:

; ,

где N_I , M_I –соответственно расчетные значения нагрузки и момента, действующих на сваи; - коэффициент надежности по нагрузке ( ); Nⁿ, Mⁿ – соответственно нормативные значения нагрузки и момента.

 

                 Таблица 4.1 - Расчетные нагрузки

 

№	NI	NII	MI	MII	FI	FII
3	720	600	-	-	-	-
4	168	140	36	30	-	-
5	1512	1260	-36	-30	8.4	7

 

 

4.2. Назначение размеров  ростверка и глубины его заложения

Ростверк выполняется  из монолитного железобетона. Высота ростверка 500 мм в сечении 4 и 5 (т.к. есть момент); 300 – в сечении 3 (нет момента). Здание имеет технический этаж. Отметка уровня технического этажа 2 метра. Отметка верха глубины заложения монолитного ростверка 0,15 метра. Под подошвой ростверка предусматривается воздушный зазор 0,2 метра, который заполняется несвязанным грунтом. На рисунке 4.1 представлена расчётная схема для дальнейшего расчёта.

Размеры ростверка в  плане 1,5x1,5 метра во всех сечениях.

 

Глубина заложения подошвы  ростверка:

 

3 сечение (под колонну 800х400 с подвалом):

1. Назначение и конструктивная особенность здания

d₁ =0,15+0,8+0,05+0,3+2=3,3м

За минимальную глубину  заложения ростверка берем d₁ = 3,3 м.

 

 

 

4. сечение (фундамент ленточный с подвалом):

 Назначение и конструктивная особенность здания

d₁ = 2,1 м

За минимальную глубину  заложения ростверка берем d₁ =  2,1 м.

 

5 сечение (под колонну 800х400 без подвала):

1. Назначение и конструктивная особенность здания

d₁ =0,15+0,8+0,05+0,5=1,5м

За минимальную глубину  заложения ростверка берем d₁ = 1,5 м.

 

 

 

 

4.3. Выбор типа  свай и их предварительных  размеров

 

Выбор типа свай зависит  от инженерно-геологических условий  стройплощадки, величины и характера  нагрузок, действующих на фундаменты, наличия в строительных организациях необходимого сваебойного оборудования, стесненности условий строительства.

Сваи по характеру  работы разделяют на сваи-стойки и  висячие (сваи трения). Свая-стойка работает как сжатая стойка. Она передает нагрузку только нижним концом на крупнообломочные, скальные или малосжимаемые пылевато-глинистые грунты. Когда под нижним концом сваи залегают сжимаемые грунты, нагрузка передается  на грунты основания и боковой поверхностью, и свая является висячей или сваей трения. Такие сваи более экономичны  при малом поперечном сечении и большой длине. Выбор типа свай производят на основании данных инженерно-геологических изысканий.

     В  проекте применяем забивные железобетонные  призматические сваи сплошного  сечения с обычной арматурой и размером поперечного сечения 300 x 300.

Сечение 3: принимаем  сваи С 4-30.

Сечение 4: принимаем сваи С 4,5-30.

Сечение 5: принимаем сваи С 7-30.

 

 

4.4.Определение несущей  способности свай по грунту

Допускаемая нагрузка  на  сваю определяется из условия ее несущей способности по грунту и материалу. 

Свайные фундаменты  и отдельные  сваи по несущей способности грунтов  основания (несущая способность  свай по грунту) рассчитываются по:

,

где N - полная  расчетная  вертикальная нагрузка на сваю, которая складывается из расчетных нагрузок: N_оI - приложенной в уровне обреза  фундамента  (дается  в задании);  N_стI - веса фундаментной стены подвала (для зданий с подвалом);  N_рI - веса ростверка; N_грI -  веса грунта на консолях ростверка.

Следовательно, полная нагрузка может  быть равной

 

N_Iп = N_0I + N_стI + N_рI + N_грI

При расчете свай на выдергивание  к  расчетной  нагрузке  следует  прибавлять собственный вес свай: F_d - расчетная несущая способность сваи по грунту, кН;   γ_k = 1,4 - коэффициент надежности для свай.

Несущая способность висячих свай определяется как сумма сопротивлений  грунтов оснований под нижними  концами свай и по их боковой поверхности (рис.4.2) по формуле:

,

где А - площадь опирания (площадь  поперечного  сечения)  сваи на несжимаемый грунт, м²; R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа; fi - расчетное сопротивление i-го слоя грунта  основания по боковой поверхности сваи,  кПа. При этом пласты грунтов под подошвой ростверка  следует расчленять на однородные  слои толщиной не более 2 м; U - наружный периметр поперечного сечения сваи, м; h_i - толщина i-го слоя грунта,  соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м;  γ_cr = 1, γ_cf = 1 - коэффициенты условий работы соответственно под  нижним концом  и  по боковой поверхности сваи,  учитывающие влияние способа погружения свай на расчетные сопротивления грунта,  ;  γ_c - коэффициент условий работы сваи в грунте, γ_c =1; h₁ = l_р - расчетная длина сваи,  то есть расстояние от подошвы ростверка до начала острия сваи.  Полная длина сваи равна:  L = l_р + lз, здесь lз - величина заделки головы сваи в ростверк,  которая зависит от способа сопряжения ростверка со сваями.

 

Сечение 3 (под колонну 800х400 с подвалом)

 

N_0I³  = 720 кН;

 

 

 

 

 

 

N_I^п = N_0I + N_стI + N_рI + N_грI=720+16,875+22,5+17,473=776,848 кН

 

 

Сечение 5 (под  колонну 800х400 без подвала)

 

N_0I⁵ = 1512 кН;

 

 

 

 

N_I^п = N_0I  + N_рI + N_грI=1512+28,125+17,473=1557,598 кН

 

 

Сечение 4 (ленточный фундамент с подвалом)

 

N_0I⁴ = 168 кН;

 

 

 

 

 

N_I^п = N_0I + N_стI + N_рI =168+5,76+28,125=201,885 кН

 

 

Несущая способность висячих  свай определяется по формуле:

, где

Площадь поперечного  сечения сваи:

Периметр поперечного  сечения сваи: U₃=0,3*4=1,2 м;

 

 

Характеристика грунта	hi, м	zi, м	fi
Для сечения 3
Глина полутвердая IL=0.074	2	3,7	51,5	103
Песок пылеватый  средней  плотности, малой степени влажности	1,9	5,65	30,3	57,57
Σ=160,57 кН
Для сечения 5
Глина полутвердая IL=0.074	2	1,9	41,3	82,6
	1,8	3,8	52	93,6
Песок пылеватый  средней  плотности, малой степени влажности	2	5,65	30,3	60,6
	0,9	7,15	32,15	28,935
Σ=265,735 кН
Для сечения 4
Глина полутвердая IL=0.074	2	2,5	45	90
	1,2	4,1	53,3	63,96
Песок пылеватый  средней плотности, малой степени влажности	1	5,2	29,4	29,4
Σ=183,36кН