Расчет и проектирование фундаментов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Расчет и проектирование фундаментов

1. Инженерно-геологические изыскания

Для того, чтобы выполнить точные расчеты фундамента (определение глубины заложения, геометрических характеристик фундамента), необходимо знать какой грунт будет выполнять роль подошвы фундамента, также важным параметром является уровень подземных вод. Для этого проводятся инженерно-геологические изыскания:

- определение физических свойств грунта;

- определение типа грунта (по физическим свойствам);

- определение механических свойств грунта (по типу грунта);

- определение уровня подземных вод.

1.1 Классификация грунтов

Классификация грунтов позволяет не только определить данный грунт, т.е. выделить его среди многообразия других грунтов, но и установить ориентировочные значения его прочностных и деформационных характеристик. фундамент грунт глубина заложение

Важной характеристикой несущей способности является расчетное сопротивление грунтов основания R0 (кПа), ориентировочно оценивающее допускаемое давление на данный грунт под подошвой фундамента, имеющего ширину 1 м и глубину заложения 2 м.

Отдельный тип грунта назовем инженерно-геологическим элементом (ИГЭ).

ИГЭ - 1.

ИГЭ - 1 - Растительный слой. Расчетное сопротивление R0 - не нормируется.

ИГЭ - 2

По данным о физических свойствах грунта, которые были получены в результате лабораторных работ, делаем вывод, что ИГЭ - 2 относится к пылевато-глинистым грунтам, т.к. у данного грунта имеется граница текучести WL и граница раскатывания WP.

Определяем число пластичности:

IP = WL - WP = 0,191 - 0,147 = 0,044 - супесь.

Определяем разновидность грунта по показателю текучести:

IL = = = 0,568 - пластичная.

Определяем коэффициент пористости грунта:

e = сs*(W+1)/с - 1 = 2,72*(0,172+1)/1,96 - 1 = 0,626,

где сs - плотность частиц грунта; W - природная влажность грунта (в долях единицы); с - плотность грунта.

По таблице 3 СНиП 2.02.01 - 83* “Основания зданий и сооружений” определяем расчетное сопротивление R0 для супеси:

Расчетные сопротивления пылевато-глинистых (непросадочных) грунтов

--------------------T-------------T------------------------------¬

¦Пылевато-глинистые ¦Коэффициент ¦ Значение R , кПа (кгс/см2), ¦

¦ грунты ¦пористости е ¦ 0 ¦

¦ ¦ ¦ при показателе текучести ¦

¦ ¦ ¦ грунта ¦

¦ ¦ +---------------T--------------+

¦ ¦ ¦ I = 0 ¦ I = 1 ¦

¦ ¦ ¦ L ¦ L ¦

+-------------------+-------------+---------------+--------------+

¦Супеси ¦0,5 ¦300 (3) ¦300 (3) ¦

¦ ¦0,7 ¦250 (2,5) ¦200 (2) ¦

+-------------------+-------------+---------------+--------------+

¦Суглинки ¦0,5 ¦300 (3) ¦250 (2,5) ¦

¦ ¦0,7 ¦250 (2,5) ¦180 (1,8) ¦

¦ ¦1,0 ¦200 (2) ¦100 (1) ¦

+-------------------+-------------+---------------+--------------+

¦Глины ¦0,5 ¦600 (6) ¦400 (4) ¦

¦ ¦0,6 ¦500 (5) ¦300 (3) ¦

¦ ¦0,8 ¦300 (3) ¦200 (2) ¦

¦ ¦1,1 ¦250 (2,5) ¦100 (1) ¦

С помощью двойной интерполяции находим значение R0.

Интерполируем по коэффициенту пористости:

при IL=0 R0=*(0,626-0,5)+300 кПа=268,5 кПа;

при IL=1 R0=*(0,626-0,5)+300 кПа=237 кПа.

Интерполируем по показателю текучести:

R0=*0,568+268,5 кПа=250,6 кПа.

ИГЭ - 2 - супесь пластичная с расчетным сопротивлением R0=250,6 кПа.

ИГЭ - 3

Следующий инженерно-геологический элемент составляют песчаные грунты. Данный вывод делаем исходя из данных о физических свойствах грунтов. Грунт не имеет границы текучести и границы пластичности, а также, исходя из гранулометрического состава, не состоит из частиц размерами > 2 мм.

Определяем тип песчаного грунта по гранулометрическому составу:

Частиц размером более 0,5 мм - 19%;

Частиц размером более 0,25 мм - 57,5% - средней крупности;

Определяем вид песчаного грунта по плотности сложения, характеризуемой коэффициентом пористости:

e = сs*(W+1)/с - 1 = 2,66*(0,15+1)/2 - 1 = 0,530 - плотные.

По таблице 2 СНиП 2.02.01-83* “Основания зданий и сооружений” определяем расчетное сопротивление R0 для песчаных грунтов:

Расчетные сопротивления песчаных грунтов

------------------------------T----------------------------------¬

¦ Пески ¦ Значение R , кПа (кгс/см2), ¦

¦ ¦ 0 ¦

¦ ¦ в зависимости от плотности ¦

¦ ¦ сложения песков ¦

¦ +----------------T-----------------+

¦ ¦ плотные ¦средней плотности¦

+-----------------------------+----------------+-----------------+

¦Крупные ¦600 (6) ¦500 (5) ¦

¦Средней крупности ¦500 (5) ¦400 (4) ¦

¦Мелкие: ¦ ¦ ¦

¦ маловлажные ¦400 (4) ¦300 (3) ¦

¦ влажные и насыщенные водой ¦300 (3) ¦200 (2,0) ¦

¦Пылеватые: ¦ ¦ ¦

¦ маловлажные ¦300 (3) ¦250 (2,5) ¦

¦ влажные ¦200 (2) ¦150 (1,5) ¦

¦ насыщенные водой ¦150 (1,5) ¦100 (1) ¦

L-----------------------------+----------------+------------------

R0=500 кПа.

Определяем разновидность песчаного грунта по степени влажности:

Sr===0,75 - влажные.

ИГЭ - 3 - песок средней крупности плотный с расчетным сопротивлением R0=500 кПа, влажный.

ИГЭ - 4

ИГЭ - 4 так же, как и ИГЭ - 2 относится к пылевато-глинистым грунтам.

Определяем число пластичности:

IP = WL - WP = 0,314 - 0,215 = 0,099 - суглинок.

Определяем разновидность грунта по показателю текучести:

IL = = = -0,11(1) - твердый.

Определяем коэффициент пористости грунта:

e = сs*(W+1)/с - 1 = 2,68*(0,204+1)/2 - 1 = 0,613.

По таблице 3 СНиП 2.02.01 - 83* “Основания зданий и сооружений” определяем расчетное сопротивление R0 для суглинка:

Расчетное сопротивление находим с помощью интерполяции. Так как показатель текучести меньше нуля, находим расчетное сопротивление при показатели текучести IL=0.

R0=*(0,613-0,5)+300 кПа=271,75 кПа.

ИГЭ - 4 - суглинок твердый с расчетным сопротивлением R0=271,75 кПа.

ИГЭ - 5

ИГЭ - 5 так же, как и ИГЭ - 3 относится к песчаным грунтам.

Определяем тип песчаного грунта по гранулометрическому составу:

Частиц размером более 0,5 мм - 22,2%;

Частиц размером более 0,25 мм - 61,6% - средней крупности;

Определяем вид песчаного грунта по плотности сложения, характеризуемой коэффициентом пористости:

e = сs*(W+1)/с - 1 = 2,67*(0,24+1)/2,02 - 1 = 0,639 - средней плотности.

По таблице 2 СНиП 2.02.01-83* “Основания зданий и сооружений” определяем расчетное сопротивление R0 для песчаных грунтов:

R0=400 кПа.

Определяем разновидность песчаного грунта по степени влажности:

Sr===1 - насыщенный водой.

ИГЭ - 5 - песчаный грунт средней крупности средней плотности с расчетным сопротивлением R0=400 кПа, насыщенный водой.

ИГЭ - 6

ИГЭ - 6 так же, как и ИГЭ - 2 относится к пылевато-глинистым грунтам.

Определяем число пластичности:

IP = WL - WP = 0,458 - 0,264 = 0,194 - глина.

Определяем разновидность грунта по показателю текучести:

IL = = = 0,08 - полутвердая.

Определяем коэффициент пористости грунта:

e = сs*(W+1)/с - 1 = 2,79*(0,28+1)/1,98 - 1 = 0,8.

По таблице 3 СНиП 2.02.01 - 83* “Основания зданий и сооружений” определяем расчетное сопротивление R0 для глины с помощью интерполяции:

R0=*0,08+300 кПа=292 кПа.

ИГЭ - 6 - глина полутвердая с расчетным сопротивлением R0=292 кПа.

1.2 Построение инженерно-геологического разреза

После определения типов грунтов и их характеристик, переходим к построению инженерно-геологического разреза. Разрез выполняется на миллиметровой бумаге, формата А3. Горизонтальный масштаб берем 1:500, вертикальный - 1:100.

Инженерно-геологический разрез начинаем с построения скважин, глубина которых и расстояние между ними указаны в журнале, заполняемом при бурении скважин. С левой стороны каждой скважины показываем абсолютные отметки подошв слоев и уровня грунтовых вод, которые также указаны в журнале. С правой стороны скважин указываются отметки, на которых был взят грунт на лабораторные испытания.

На инженерно-геологическом разрезе показываются все слои. На разрезе слои образуются соединением отметок подошв соответствующего слоя. Каждый слой имеет свою мощность, которую мы берем из журнала. Определенному типу грунта соответствует своя штриховка по ГОСТ 21.302-96. Также по ГОСТ 21.302-96 штрихуются скважины, в зависимости от вида грунта. Вид грунта указывается в кружочке на соответствующей штриховке. Также на разрезе показывается уровень грунтовых вод.

После того, как были подсчитаны расчетные сопротивления каждого типа грунта, на инженерно-геологическом разрезе строим эпюры расчетных сопротивлений для каждого типа.

2. Расчет и проектирование фундаментов мелкого заложения

2.1 Определение расчетных нагрузок

Проектирование фундаментов и расчет оснований производится по расчетным нагрузкам. Согласно п. 1.3. СНиП 2.01.07-85 “Нагрузки и воздействия” расчетное значении нагрузки следует определять как произведение ее нормативного значения на коэффициент надежности по нагрузке, соответствующий рассматриваемому предельному состоянию.

Определяем расчетную нагрузку по второму предельному состоянию:

Ось 1: NIIр=n*(Nп+Nп.п.)+n'*nc*(Nв+Nв.п.)=1*(291 кН/м + 16 кН/м)+1*0,9*(34 кН/м + 2 кН/м)=339,4 кН/м,

где n, n' - коэффициент надежности;

nc - коэффициент сочетания нагрузок по СНиП “Нагрузки и воздействия”;

Nп, Nп.п - соответственно нормативная постоянная нагрузка от сооружения и дополнительная постоянная нагрузка от пола подвала;

Nв, Nв.п. - соответственно нормативная временная нагрузка от сооружения и дополнительная временная нагрузка от надподвального перекрытия и пола подвала.

Ось 2: NIIр=1*(359 кН/м +16 кН/м) + 1*0,9*(56 кН/м + 2 кН/м)=427,2 кН/м.

2.2 Определение глубины заложения фундамента

По экономическим соображениям глубина заложения фундамента d должна быть минимальной. Она определяется с учетом ряда факторов, которые прописаны в СНиП 2.02.01-83* “Основания зданий и сооружений” п. 2.25.

- назначения и конструктивных особенностей проектируемого сооружения, нагрузок и воздействий на его фундаменты;

- глубины заложения фундаментов примыкающих сооружений, а также глубины прокладки инженерных коммуникаций;

- существующего и проектируемого рельефа застраиваемой территории;

- инженерно-геологических условий площадки строительства (физико-механических свойств грунтов; характера напластований; наличие слоев, склонных к скольжению; карманов выветривания; карстовых полостей и пр.);

- гидрогеологических условий площадки и возможных их изменений в процессе строительства и эксплуатации сооружения (п.п. 2.17-2.24 СНиП 2.02.01-83* “Основания зданий и сооружений”);

- возможного размыва грунта у опор сооружений, возводимых в руслах рек (мостов, переходов трубопроводов и т.п.);

- глубина сезонного промерзания грунтов.

2.2.1 Определение глубины заложения фундамента с учетом конструктивных особенностей сооружения

Здание имеет подвал во всех осях.

Отметка пола подвала -2,500 м.

Отметка пола первого этажа ±0,000 на 0,900 м. выше отметки спланированной поверхности земли.

Конструктивные особенности фундамента.



Определяем глубину заложения фундамента:

d = dв - hc + hcf + hs = 2,5 - 0,9 + 0,3 + 0,2 = 2,1 м.

Определение глубины заложения фундамента с учетом климатических условий.

Для того, чтобы определиться с глубиной заложения фундамента, необходимо определить расчетную глубину промерзания грунта:

df = kh*dfn,

где dfn - нормативная глубина промерзания;

kh = 0,6 - коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения, принимаемый по таблице 1 СНиП 2.02.01-83* “Основания зданий и сооружений”.

Нормативная глубина сезонного промерзания грунта принимается равной средней из ежегодных максимальных глубин сезонного промерзания грунтов (по данным наблюдений за период не менее 10 лет) на открытой, оголенной от снега горизонтальной площадке при уровне подземных вод, расположенном ниже глубины сезонного промерзания грунтов.

При отсутствии данных нормативную глубину сезонного промерзания грунта dfn м следует определять на основе теплотехнических расчетов. Для районов, где глубина промерзания не превышает 2,5 м, ее нормативное значение допускается определять по формуле:

dfn = d0*(Mt)0,5,

где Mt - безразмерный коэффициент, численно равен сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе, принимаемых по СНиП “Строительная климатология”, а при отсутствии в них данных для конкретного пункта или района строительства - по результатам наблюдений гидрометеорологической станции, находящейся в аналогичных условиях с районом строительства;

d0 = 0,29.

Определяем Mt для города Малоярославец:

Mt = 10,1+8,9+3,9+1,5+6,5=30,9.

Определяем нормативное значение глубины промерзания грунтов:

dfn = 0,29*(30,9)0,5=1,6 м.

Определяем расчетную глубину промерзания грунта:

df = 0,6*1,6 = 0,96 м.

Расчетная глубина промерзания грунта df = 0,96 м.

2.2.3 Анализ инженерно-геологических условий

Подошва фундамента будет опираться на песок средней крупности мощностью 2,7м., имеющий расчетное сопротивление R0=500 кПа.

Проверяем возможность использования его в качестве рабочего слоя при максимальной ширине стандартной фундаментной плиты b=3,2 м. и нагрузке NII = 427,2 кН/пог.м.

PII = NII/b+гср*d =427,2/3,2+20*2,1 = 175,5

Опирание на данный слой возможно, если даже ширину фундамента возьмем меньше.

2.2.4 Учет гидрогеологических условий

Грунтовые воды бурением до 15 м вскрыты на отметке кровли IV слоя, то есть на глубине 5,8 м. ниже подошвы фундамента. Это исключает их влияние на глубину заложения фундамента. Также грунтовые воды упираются в водоупор - суглинки твердые.

Учет рассмотренных факторов, влияющих на глубину заложения фундамента, показывает, что определяющей является глубина заложения, полученная из конструктивных особенностей подземной части здания - d=2,1 - 2,3 м.

2.3 Определение размеров подошвы фундамента для внешней стены

Подбор ширины фундамента будем производить графическим методом.

Так как давление под подошвой фундамента PII зависит от размеров площади подошвы, то этот размер подбирается методом последовательных приближений по условию

PII?R.

Для этого задаемся как минимум тремя размерами ширины b фундамента, так как площадь подошвы ленточного фундамента равновелика его ширине b (A=b*1пог.м.=b):

b1=0,6 м; b2=2 м; b3=3,2 м.

а) определяем среднее давление PII,I под подошвой фундамента для каждой ширины по формуле:

PII,i=(NII+NфII,i)/bi*1пог.м.

Неизвестная расчетная нагрузка NфII,i от веса еще не запроектированного фундамента, включающая вес опорной железобетонной плиты, стены подвала из бетонных блоков, часть бетонного пола подвала и грунта обратной засыпки, пригружающих внутренний и внешний консольные выступы опорной плиты, определяется для трех значений ширины b по приближенной формуле:

NфII,1= b1*1*d*гср=0,6м*1пог.м.*2,1м*20кН/м3=25,2кН/м;

NфII,2= b2*1*d*гср=2м*1пог.м.*2,1м*20кН/м3=84кН/м;

NфII,3= b3*1*d*гср=3,2м*1пог.м.*2,1м*20кН/м3=134,4кН/м;

NфII,4= b4*1*d*гср=0,8м*1пог.м.*2,1м*20кН/м3=33,6кН/м,

где b - ширина подошвы фундамента, численно равная площади подошвы;

d - глубина заложения фундамента, d = 2,1 м;

гср - осредненный удельный вес материалов фундамента, пола и грунта на консольных выступах плиты.

Определяем среднее давление под подошвой фундамента и по полученным значениям строим график PII=f(b) в выбранном масштабе.

PII,1=(339,4 кН+25,2 кН/м)/0,6 м*1пог.м. = 607,6 кПа;

PII,2=(339,4 кН+84 кН/м)/2 м*1пог.м. = 211,7 кПа;

PII,3=(339,4 кН+134,4 кН/м)/3,2 м*1пог.м. = 148,06 кПа;

PII,4=(339,4 кН+33,6 кН/м)/0,8 м*1пог.м. = 466,25 кПа;

б) вычисляем расчетное сопротивление грунта по формуле из СНиП 2.02.01-83* “Основания зданий и сооружений”:



где гс1=1,4 и гс2=1,4 - коэффициенты условий работы, принимаемые по СНиП 2.02.01-83* табл. 3;

k - коэффициент, принимаемый равным: k = 1, если прочностные характеристики грунта ( и с) определены непосредственными испытаниями;

, , - коэффициенты, принимаемые по СНиП 2.02.01-83* табл. 4:

My=1,34; Mq=6,34; Mс=8,55.

- коэффициент, принимаемый равным: при b < 10 м - = 1;

b - ширина подошвы фундамента, м;

- осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), кН/м3 (тс/м3):

гII=2*9,8=19,6кН/м3;

- то же, залегающих выше подошвы:

гII'=(1,8*9,8*0,4+1,96*9,8*1+2*9,8*0,7)/(0,4+1+0,7)=19,04

- расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа (тс/м2);

- приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле

=0,3+0,2*22/19,04=0,53 м

где - толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м;

- толщина конструкции пола подвала, м;

- расчетное значение удельного веса конструкции пола подвала, кН/м3 (тс/м3);

- глубина подвала - расстояние от уровня планировки до пола подвала, м.

При b=0:

R=1,4*1,4/1*[1,34*1*0*19,6 + 6,34*0,53*19,04 + (6,34-1)*1,6*19,04]= 1,96*(0+63,98+162,68)=1,96*226,66=444,25кПа;

При b=2,4:

R=1,4*1,4/1*[1,34*1*2,4*19,6 + 6,34*0,53*19,04 + (6,34-1)*1,6*19,04]= 1,96*(63,03+63,98+162,68)=1,96*289,69=567,79кПа;

Графическое определение ширины подошвы фундамента b = 0,77 м.

в) по каталогу выбираем фундаментную плиту с шириной ближайшей к требуемой bт=0,77 м. Выбрали ФЛ8.12-3 шириной b=0,8м, длиной l=1,2м, высотой h=0,3м, 3-й несущей способности (допустимое среднее давление под подошвой до 350 кПа) и определяем новое значение R при уточненной ширине фундамента.

При b=0,8 м:

R=1,4*1,4/1*[1,34*1*0,8*19,6 + 6,34*0,53*19,04 + (6,34-1)*1,6*19,04]= 1,96*(21,01+63,98+162,68)=1,96*247,67=485,43кПа;

Согласно п. 2.41. СНиП 2.02.01-83* среднее давление под подошвой фундамента PII не должно превышает расчетного сопротивления R несущего слоя основания, так как расчет ведется по модели линейного деформирования грунта.

Определяем разницу между R и PII:

Д=100%*[(485,43кПа - 466,25кПа)/466,25кПа]=4,1%;

Превышение расчетного сопротивления R над средним давлением, действующим под подошвой ленточного фундамента PII не должно составлять более 10%.

г) конструкция стеновой части фундамента (стены подвала).

Для ее возведения используются 4 сплошных стеновых блока ФБС24.4.6-т длиной 2,4м., шириной 0,4 м. и высотой 0,6 м. из тяжелого бетона.

Окончательный вариант конструкции фундамента.

д) проверяем фактическое среднее давление PII под подошвой фундамента.

PII= (NII+QII+GII)/A?R,

Собственный вес 1пог.м. фундамента QII складывается из веса железобетонной плиты ФЛ8.12-3, четырех бетонных стеновых фундаментных блоков сплошных ФБС и пригрузки от пола подвала на внутренней консольной части ak опорной плиты:

QII = (b*h*гжб+bб*hб*гб*n+aк*hcf*гcf)*1=(0,8*0,3*24+0,4*0,6*19,6*4+0,2*0,2*19,6)*1 =25,36кН/м;

Вес грунта на консольной части фундаментной плиты с наружной стороны:

GII=aк*h*1*гII=0,2*1,8*1*18=6,48кН/м,

где aк=0,150 м - вылет консольной части плиты в сторону обратной засыпки (и в сторону подвала при вычислении веса пола подвала, входящего в QII);

гII = 18 кН/м3 - удельный вес обратной засыпки.

Итак, полная расчетная нагрузка, действующая на грунт на отметке подошвы фундамента при ширине опорной плиты b=0,8 м. составляет:

NII+QII+GII=339,4кН/м+25,36кН/м+6,48кН/м=371,24кН/м.

При этом среднее напряжение PII под подошвой фундамента на 1пог.м. его длины составит:

PII= (NII+QII+GII)/A=371,24кН/м/0,8м*1пог.м.=464,05кПа.

Сравниваем полученное значение PII при принятых размерах фундаментной плиты ФЛ8.12-3 с расчетным сопротивлением R грунта основания:

PII=464,05 кПа<R=485,43 кПа.

Д=100%*[(485,43кПа - 464,05кПа)/461,78кПа]=4,6%.

2.4 Определение размеров подошвы фундамента для внутренней стены

Подбор ширины фундамента будем производить графическим методом.

Так как давление под подошвой фундамента PII зависит от размеров площади подошвы, то этот размер подбирается методом последовательных приближений по условию

PII?R.

Для этого задаемся как минимум тремя размерами ширины b фундамента, так как площадь подошвы ленточного фундамента равновелика его ширине b (A=b*1пог.м.=b):

b1=0,6 м; b2=2 м; b3=3,2 м.

а) определяем среднее давление PII,I под подошвой фундамента для каждой ширины по формуле:

PII,i=(NII+NфII,i)/bi*1пог.м.

Неизвестная расчетная нагрузка NфII,i от веса еще не запроектированного фундамента, включающая вес опорной железобетонной плиты, стены подвала из бетонных блоков, часть бетонного пола подвала и грунта обратной засыпки, пригружающих внутренний и внешний консольные выступы опорной плиты, определяется для трех значений ширины b по приближенной формуле:

NфII,1= b1*1*d1*гср=0,6м*1пог.м.*0,52м*20кН/м3=6,24кН/м;

NфII,2= b2*1*d1*гср=2м*1пог.м.*0,52м*20кН/м3=20,8кН/м;

NфII,3= b3*1*d1*гср=3,2м*1пог.м.*0,52м*20кН/м3=33,28кН/м;

NфII,4= b4*1*d1*гср=1м*1пог.м.*0,52м*20кН/м3=10,4кН/м,

где b - ширина подошвы фундамента, численно равная площади подошвы;

d1 - приведенная глубина заложения подошвы фундамента в подвале,

d1 = hs+hcf*гсf / гII=0,3+0,2*22/19,6=0,52

гср - осредненный удельный вес материалов фундамента, пола и грунта на консольных выступах плиты.

Определяем среднее давление под подошвой фундамента и по полученным значениям строим график PII=f(b) в выбранном масштабе.

PII,1=(427,2 кН+6,24 кН/м)/0,6 м*1пог.м. = 722,4 кПа;

PII,2=(427,2 кН+20,8кН/м)/2 м*1пог.м. = 224 кПа;

PII,3=(427,2 кН+33,28 кН/м)/3,2 м*1пог.м. = 143,9 кПа;

PII,4=(427,2 кН+10,4 кН/м)/1 м*1пог.м. = 437,6 кПа;

б) вычисляем расчетное сопротивление грунта по формуле из СНиП 2.02.01-83* “Основания зданий и сооружений”:



где гс1=1,4 и гс2=1,4 - коэффициенты условий работы, принимаемые по СНиП 2.02.01-83* табл. 3;

k - коэффициент, принимаемый равным: k = 1, если прочностные характеристики грунта ( и с) определены непосредственными испытаниями;

, , - коэффициенты, принимаемые по СНиП 2.02.01-83* табл. 4:

My=1,34; Mq=6,34; Mс=8,55.

- коэффициент, принимаемый равным: при b < 10 м - = 1;

b - ширина подошвы фундамента, м;

- осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), кН/м3 (тс/м3):

гII=2*9,8=19,6кН/м3;

- то же, залегающих выше подошвы:

гII'=19,6кН/м3

- расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа (тс/м2);

- приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле

=0,3+0,2*22/19,6=0,52 м

где - толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м;

- толщина конструкции пола подвала, м;

- расчетное значение удельного веса конструкции пола подвала, кН/м3 (тс/м3);

- глубина подвала - расстояние от уровня планировки до пола подвала, м.

При b=0:

R=1,4*1,4/1*[1,34*1*0*19,6 + 6,34*0,52*19,6 + (6,34-1)*1,6*19,6]= 1,96*(0+64,62+167,46)=1,96*232,08=454,87кПа;

При b=2,4:

R=1,4*1,4/1*[1,34*1*2,4*19,6 + 6,34*0,52*19,6 + (6,34-1)*1,6*19,6]= 1,96*(63,03+64,62+167,46)=1,96*295,11=578,42кПа;

Графическое определение ширины подошвы фундамента b = 0,93м.

в) по каталогу выбираем фундаментную плиту с шириной ближайшей к требуемой bт=0,86 м. Выбрали ФЛ10.12-4 шириной b=1м, длиной l=1,2м, высотой h=0,3м, 4-ой несущей способности и определяем новое значение R при уточненной ширине фундамента.

При b=1 м:

R=1,4*1,4/1*[1,34*1*1*19,6 + 6,34*0,52*19,6 + (6,34-1)*1,6*19,6]= 1,96*(26,264+64,62+167,46)=1,96*258,344=506,35кПа;

Согласно п. 2.41. СНиП 2.02.01-83* среднее давление под подошвой фундамента PII не должно превышает расчетного сопротивления R несущего слоя основания, так как расчет ведется по модели линейного деформирования грунта.

Определяем разницу между R и PII:

Д=100%*[(506,35кПа - 437,6кПа)/437,6кПа]=16%;

г) конструкция стеновой части фундамента (стены подвала).

Для ее возведения используются 4 сплошных стеновых блока ФБС24.4.6-т длиной 2,4м., шириной 0,4 м. и высотой 0,6 м. из тяжелого бетона.

Окончательный вариант конструкции фундамента.

д) проверяем фактическое среднее давление PII под подошвой фундамента.

PII= (NII+QII)/A?R,

Собственный вес 1пог.м. фундамента QII складывается из веса железобетонной плиты ФЛ8.12-3, четырех бетонных стеновых фундаментных блоков сплошных ФБС и пригрузки от пола подвала на внутренней консольной части ak опорной плиты:

QII=(b*h*гжб+bб*hб*гб*n+2*aк*hcf*гcf)*1=(1*0,3*24+0,4*0,6*19,6*4+2*0,3*0,2*19,6)*1 =28,368кН/м;

Итак, полная расчетная нагрузка, действующая на грунт на отметке подошвы фундамента при ширине опорной плиты b=0,8 м. составляет:

NII+QII=427,2кН/м+28,368кН/м=455,568кН/м.

При этом среднее напряжение PII под подошвой фундамента на 1пог.м. его длины составит:

PII= (NII+QII)/A=455,568кН/м/1м*1пог.м.=455,568кПа.

Сравниваем полученное значение PII при принятых размерах фундаментной плиты ФЛ8.12-3 с расчетным сопротивлением R грунта основания:

PII=455,568 кПа<R=506,35 кПа.

Д=100%*[(506,35кПа - 455,568кПа)/455,568кПа]=11%.

2.5 Выполняем проверку подстилающего слоя

Проверка производится по условию:

у zg+у zp?Rz.

Прежде чем вычислять входящие в условие проверки у zg - природное давление от вышележащих слоев грунта и у zp - дополнительное (к природному) давление от сооружения на отметке кровли слабого слоя, сначала вычисляют их на отметке подошвы проектируемого фундамента. При этом им дают обозначения у zg,0 и у zp,0.

у zg,0=1,8*9,8*0,4+1,96*9,8*1+2*9,8*0,7=7,056+19,208+13,72=39,984 кПа,

у zp,0=PII- у zg,0=464,05 кПа - 39,984 кПа =424,066 кПа.

Далее вычисляем у zp и у zg на кровле подстилающего слоя, то есть на глубине z=2м. от подошвы проектируемого фундамента. Дополнительное давление вычисляем по формуле:

у zp= у zp,0*б.

Коэффициент б находим по СНиП 2.02.01-83*приложение 2, табл. 1.

ж = 2z/b = 2*2/0,8 = 5.

б находим с помощью интерполяции:

б=0,2*(0,239-0,258)/0,4+0,258=0,2485.

у zp=424,066 кПа * 0,2485=105,38 кПа.

у zg= у zg,0+гII3сл.*z=39,984+19,6*2=79,184кПа.

у zg+у zp=105,38 кПа+79,184 кПа=184,564 кПа - левая часть условия проверки.

Далее вычисляем правую часть условия проверки - расчетное сопротивление Rz грунта слабого подстилающего слоя под условным фундаментом глубиной заложения d+z и шириной bz=Az.

Az=NIIc/ у zp = 339,4/105,38 = 3,22м2,

bz=Az/1пог.м.=3,22м.

Подготавливаем необходимые данные и вычисляем Rz:

гII = 2*9*8=19,6кН/м3;

гII'=(1,8*9,8*0,4+1,96*9,8*1+2*9,8*2,7)/(0,4+1+2,7)=19,3кН/м3;

d1=(0,3+2)+0,2*22/19,3=2,53м; db=2,3м.; гс1=1,25 и гс2=1,1; = 1; My=0,61; Mq=3,44; Mс=6,04.

Rz=1,25*1,1*[0,61*1*3,22*19,6+3,44*2,53*19,3+2,44*2,3*19,3+6,04*30]= 1,375*(38,50+167,97+108,31+181,2)=1,375*495,98=681,9 кПа.

у zg+у zp=184,564 кПа< Rz=681,9кПа.

2.6 Определение конечной (стабилизированной) осадки фундамента мелкого заложения методом послойного суммирования

Данный метод (без возможности бокового расширения грунта) рекомендован СНиП 2.02.01 - 83 и является основным при расчетах осадок фундаментов промышленных зданий и гражданских сооружений.



Деформационные свойства грунтов определены лабораторными компрессионными испытаниями (II и IV слои) и полевыми штамповыми (III и V слои), результаты которых приводятся в данных о механических свойствах грунтов.

Вычисление деформационных характеристик слоев грунта основания.

После вычисления ординат и построен эпюр природного и дополнительного давлений появилась возможность увидеть, каким было в середине каждого i-го слоя давление от собственного веса вышележащей толщи грунтов в природном состоянии и каким стало полное давление , когда к природному давлению добавилось давление у zp от построенного сооружения. Это позволяет получить интервал изменения напряжения Ду zp,i = у zполное - уzg,I и соответствующий ему интервал изменения коэффициентов пористости e по компрессионной кривой или осадки S по графику штамповых испытаний, которые необходимы для расчета деформационных характеристик грунта m0, mv, E.

По результатам компрессионных и штамповых испытаний строим соответствующие графики, которые используются при определении деформационных характеристик.

Компрессионные испытания.

IV-ого слоя - суглинок твердый (глубина отбора 5 м).

Определяем средние значения природного уzg, и дополнительного у zp давления IV-ого слоя.

уzgср. = (112,505 кПа + 79,184 кПа)/2 = 96,159 кПа;

у zpср. = (57,800 кПа + 105,38 кПа)/2 = 81,59 кПа;

у zполное = уzgср. + у zpср. = 96,159 кПа + 81,59 кПа = 177,749 кПа.

Коэффициент сжимаемости:

m0,IV = (e1-e2)/( у zполное - уzgср.) = (0,607-0,604)/(177,749 кПа - 96,159 кПа) = 0,000037 кПа-1

Относительный коэффициент сжимаемости:

mv,IV = m0,IV/(1+ e1) = 0,000037 кПа-1/(1+0,607) = 0,000023 кПа-1

Модуль деформации:

Е = в/ mv,IV = 0.8/0,000023 кПа-1 = 34782,6 кПа.

Штамповые испытания.

(диаметр штампа d = 27,7 см)

III слой - песок средней крупности, плотный, влажный (глубина 3 м).

Определяем средние значения природного уzg, и дополнительного у zp давления III - его слоя.

уzgср. = (39,984 кПа + 79,184 кПа)/2 = 59,584 кПа;

у zpср. = (424,066 кПа + 105,38 кПа)/2 = 264,723 кПа;

у zполное = уzgср. + у zpср. = 59,584 кПа + 264,723 кПа = 324,307 кПа.

S1 = 0,407 мм; S2 = 2,25 мм.

Дуz = 324,307 кПа - 59,584 кПа = 264,723 кПа.

ДS = 2,25 мм - 0,407 мм = 1,843 мм = 0,1843 см.

ЕIII = щ*(1-н2)*d* Дуz/ ДS = 0,78*(1-0,32)*27,7 см*26,4723 Н/см2/0,1834 см = 2837,97 Н/см2 = 28379700 Па =28379,7 кПа,

где щ = 0,78 - коэффициент, зависящий от формы штампа;

н = 0,3 - коэффициент Пуассона для песков и супесей;

d - диаметр штампа.

V слой - песок средней крупности, плотный, влажный (глубина 3 м).

Определяем средние значения природного уzg, и дополнительного у zp давления V - ого слоя.

уzgср. = (112,505 кПа + 123,5 кПа)/2 = 118 кПа;

у zpср. = (57,800 кПа + 44,951 кПа)/2 = 51,375 кПа;

у zполное = уzgср. + у zpср. = 118 кПа + 51,375 кПа = 169,375 кПа.

S1 = 0,99 мм; S2 = 1,42 мм.

Дуz = 169,375 кПа - 118 кПа = 51,375 кПа.

ДS = 1,42 мм - 0,99 мм = 0,43 мм = 0,043 см.

ЕV = щ*(1-н2)*d* Дуz/ ДS = 0,78*(1-0,32)*27,7 см*51,375 кПа/0,043 см = 23490,87 кПа.

Вычисляем величину осадки в каждом грунтовом слое и суммируем в пределах сжимаемой толщи.

Осадка в каждом грунтовом слое складывается из осадок входящих в него элементарных слоев полных и не полных.

III слой (двенадцать элементарных слоев):

SIII=(419,189*0,16+393,957*0,16+346,885*0,16+296,209*0,16+252,743*0,16+217,757*0,16+190,193*0,16+168,354*0,16+150,755*0,16+136,337*0,16+124,251*0,16+112,059*0,24)*0,8/28379,7 = 0,0129 м=1,29 см.

IV слой (десять элементарных слоев):

SIV=(99,97*0,24+91,386*0,16+85,661*0,16+80,784*0,16+76,3315*0,16+72,303*0,16+68,6985*0,16+65,306*0,16+62,1255*0,16+59,2205*0,18)*0,8/28379,7=0,0036м=0,36см.

V слой (семь элементарных слоев):

SV=(56,8885*0,14+54,7045*0,16+52,584*0,16+50,676*0,16+48,7675*0,16+47,071*0,16+45,587*0,16)*0,8/23490,87=0,0019м=0,19см.

Суммарная осадка S = 1,29+0,36+0,19 = 1,84 см < Sпред=10 см.

Полученная осадка оказалась значительно меньше Su=10см - предельной величины осадки , приведенной по СНиП 2.02.01-83*, приложение 4 для многоэтажных бескаркасных зданий с несущими стенами из панелей.

2.7 Определение конечной (стабилизированной) осадки фундамента мелкого заложения методом послойного суммирования для внутренней стены

Вычисление деформационных характеристик слоев грунта основания.

После вычисления ординат и построен эпюр природного и дополнительного давлений появилась возможность увидеть, каким было в середине каждого i-го слоя давление от собственного веса вышележащей толщи грунтов в природном состоянии и каким стало полное давление , когда к природному давлению добавилось давление у zp от построенного сооружения. Это позволяет получить интервал изменения напряжения Ду zp,i = у zполное - уzg,I и соответствующий ему интервал изменения коэффициентов пористости e по компрессионной кривой или осадки S по графику штамповых испытаний, которые необходимы для расчета деформационных характеристик грунта m0, mv, E.

По результатам компрессионных и штамповых испытаний строим соответствующие графики, которые используются при определении деформационных характеристик.

Компрессионные испытания.

IV-ого слоя - суглинок твердый (глубина отбора 5 м).

Определяем средние значения природного уzg, и дополнительного у zp давления IV-ого слоя.

уzgср. = (45,08 кПа + 78,4 кПа)/2 = 61,74 кПа;

у zpср. = (111,747 кПа + 61,292 кПа)/2 = 86,519 кПа;

у zполное = уzgср. + у zpср. = 61,74 кПа + 86,519 кПа = 148,259 кПа.

Коэффициент сжимаемости:

m0,IV = (e1-e2)/( у zполное - уzgср.) = (0,610-0,605)/(148,259 кПа - 61,74 кПа) = 0,0000578 кПа-1

Относительный коэффициент сжимаемости:

mv,IV = m0,IV/(1+ e1) = 0,0000578 кПа-1/(1+0,610) = 0,0000359 кПа-1

Модуль деформации:

Е = в/ mv,IV = 0.8/0,0000359 кПа-1 = 22284,12 кПа.

Штамповые испытания.

(диаметр штампа d = 27,7 см)

III слой - песок средней крупности, плотный, влажный (глубина 3 м).

Определяем средние значения природного уzg, и дополнительного у zp давления III - его слоя.

уzgср. = (5,88 кПа + 45,08 кПа)/2 = 25,48 кПа;

у zpср. = (449,688 кПа + 111,747 кПа)/2 = 280,717 кПа;

у zполное = уzgср. + у zpср. = 25,48 кПа + 280,717 кПа = 306,197 кПа.

S1 = 0,17 мм; S2 = 2,117 мм.

Дуz = 306,197 кПа - 25,48 кПа = 280,717 кПа.

ДS = 2,117 мм - 0,17 мм = 1,947 мм = 0,1947 см.

ЕIII = щ*(1-н2)*d* Дуz/ ДS = 0,78*(1-0,32)*27,7 см*280,717 кПа/0,1947 см =28347,7 кПа,

где щ = 0,78 - коэффициент, зависящий от формы штампа;

н = 0,3 - коэффициент Пуассона для песков и супесей;

d - диаметр штампа.

V слой - песок средней крупности, плотный, влажный (глубина 3 м).

Определяем средние значения природного уzg, и дополнительного у zp давления V - ого слоя.

уzgср. = (78,4 кПа + 100,169 кПа)/2 = 89,28 кПа;

у zpср. = (61,292 кПа + 47,667 кПа)/2 = 54,48 кПа;

у zполное = уzgср. + у zpср. = 89,28 кПа + 54,48 кПа = 143,76 кПа.

S1 = 0,759 мм; S2 = 1,2 мм.

Дуz = 143,76 кПа - 89,28 кПа = 54,48 кПа.

ДS = 1,2 мм - 0,759 мм = 0,441 мм = 0,0441 см.

ЕV = щ*(1-н2)*d* Дуz/ ДS = 0,78*(1-0,32)*27,7 см*54,48 кПа/0,0441 см = 24289,26 кПа.

Вычисляем величину осадки в каждом грунтовом слое и суммируем в пределах сжимаемой толщи.

Осадка в каждом грунтовом слое складывается из осадок входящих в него элементарных слоев полных и не полных.

III слой (двенадцать элементарных слоев):

SIII=(444,516*0,2+417,76*0,2+367,844*0,2+314,107*0,2+268,014*0,2+230,914*0,2+201,685*0,2+178,526*0,2+159,864*0,2+144,574*0,2+131,758*0,2+118,83*0,3)*0,8/28347,7=0,017м =1,7 см.

IV слой (десять элементарных слоев):

SIV=(106,014*0,3+96,908*0,2+90,837*0,2+85,665*0,2+80,944*0,2+76,672*0,2+72,849*0,2+69,252*0,2+65,879*0,2+62,799*0,225)*0,8/22284,12=0,00623м = 0,623 см.

V слой (семь элементарных слоев):

SV=(60,325*0,175+58,009*0,2+55,761*0,2+53,737*0,2+51,714*0,2+49,915*0,2+48,341*0,2)*0,8/24289,26=0,0024м = 0,24 см.

Суммарная осадка Sвнутр. = 1,7+0,623+0,24 = 2,563 см < Sпред=10 см.

Теперь проверяем условие относительной разности осадок:

ДS = (Sвнутр - S)/L = (2,563 см - 1,84 см)/650 см = 0,001

- данное условие по СНиП 2.02.01-83* приложение 4 выполняется. Следовательно, условие расчета по второму предельному состоянию s?su выполненные и использованные в расчете осадки размеры фундамента - глубина заложения d = 2,1 м и ширина фундамента b = 0,8 м и b = 1 м. можно считать достаточными и окончательными.

2.8 Расчет осадок методом эквивалентного слоя

Метод эквивалентного слоя, предложенный Н.А. Цытовичем, дает возможность для многослойных оснований существенно упростить технику расчета конечных осадок и их развития во времени.

Осадку слоя грунта толщиной hэ при сплошной нагрузке можно определить из условия одномерного его сжатия без возможности бокового расширения. Находим осадку всего слоя:

S=P0*hэ* mv .

где hэ = A*щ*b = 2,38*0,8 м = 1,9 м - мощность эквивалентного слоя;

Размещено на Allbest.ru