Расчет фундаментов мелкого заложения и свайных фундаментов

метки: Фундамент, Заложение, Расчет, Мелкий, Глубина, Условие, Определять, Принимать

«Расчёт фундаментов мелкого заложения свайных фундаментов»

Барнаул 2014 г.

1. Расчет фундаментов мелкого заложения Таблица 1. Грунтовые условия

Место строительства	I	II	III	WL-уровень подземных вод
Красноярск				—;

Таблица 2. Инженерно-геологические условия

№ слоя	Наименование грунта	Мощность слоя, м	Плотность, кг/м 3	Влажность, д. ед	I p	I p	е
			с	с d	с s
						щ	щ р	щ L
	Супесь просадочная	6,4				0,13	0,19	0,23	0,04	1,5	0,83
	Суглинок	2,4				0,2	0,18	0,26	0,08	0,25	0,73
	Глина					0,29	0,29	0,29	0,24

Таблица 2

№ слоя	S r	C, Мпа	ц, град	Е, Мпа	е sl
	0,42	0,022			0,3
	0,74	0,02			;
	0,81	0,052			;

Определяем плотность сухого грунта по формуле:

Коэффициент водонасыщения определяется по формуле:

Число пластичности определяем по формуле:

I _P = W_L — W_P , [д.ед.]

где W _L — влажность на границе текучести, [д.ед.];

W _P — влажность на границе раскатывания, [д.ед.].

Показатель текучести определяется по формуле:

[д.ед.]

1 слой: супесь просадочная: пылеватая, текучая, рыхлая, малой степени водонасыщения;

2 слой: суглинок: легкий пылеватый, полутвердый, рыхлый, средней степени водонасыщения;

3 слой: глина: легкая пылеватая, полутвердая, рыхлая, насыщенная водой.

Рисунок 1

2. Анализ инженерно-геологических условий В соответствии со СНиП 2.02.01−83 несущим слоем основания для данного фундамента не могут быть:

• а) почвенно-растительный слой;
• б) насыпной грунт;
• все остальные типы грунтов могут являться несущим слоем основания для фундамента.

На основе АИГУ принимаем несущим слоем — супесь просадочную, пылеватую, текучую, рыхлую, малой степени водонасыщения.

3. Определение глубины заложения подошвы фундамента Определяется как наибольшее из трех величин:

d _f — глубина, зависящая от расчетной глубины замерзания грунта;

d _w — глубина, зависящая от УГВ (уровня грунтовых вод);

d _КОЗ — глубина, зависящая от конструктивных особенностей здания.

Определение глубины, зависящей от расчетной глубины замерзания грунта.

Определяется в соответствии с пунктами 2.27 и 2.28 СНиПа 2.02.01−83:

Где где k _h — коэффициент, зависящий от температурного режима здания, принимается в соответствии с табл. 1 СНиП 2.02.01−83 — здание без подвала с полами, устраиваемые на грунту, отапливаемое — k_h =0,5.

d _fn — нормативная глубина промерзания:

где d ₀ — коэффициент, зависящий от типа грунта несущего слоя, так как супесь, то: d₀ =0,28;

М _t — коэффициент, равный сумме среднемесячных отрицательных температур; М_t =-64,5

м

d _f = 1,13 м Определение глубины, зависящей от УГВ (уровня грунтовых вод).

Глубина, зависящая от уровня грунтовых вод, определяется согласно СниП 2.02.01−83 по таблице 2.

Так как слой, в котором будет залегать подошва фундамента представлен супесью с показателем текучести I _L =1,5, а также удовлетворяет условию, что d_w ?d_f + 2. отсюда делаем вывод, что глубина заложения подошвы фундамента в зависимости от уровня грунтовых вод будет равна d_f .

Таким образом, d _w =1,13 м Определение глубины заложения подошвы фундамента (d).

По ряду «Б».

При расчете глубины заложения подошвы фундамента в зависимости от конструктивных особенностей здания необходимо знать глубину заделки колонны в стакан — Н _З , для ее нахождения воспользуемся формулой:

Таким образом, глубина заложения подошвы фундамента в зависимости от конструктивных особенностей здания будет равна:

Рисунок 2

В качестве глубины заложения подошвы фундамента по ряду «Б» принимаем максимальную из трех полученных величин, то есть d _коз. =1.85 м.

Определение глубины заложения подошвы фундамента (d).

По ряду «А».

Таким образом, глубина заложения подошвы фундамента в зависимости от конструктивных особенностей здания будет равна:

Принимаем глубину заложения подошвы фундамента d _max =d= 1,85 м.

4. Определение площади подошвы фундамента

Определение площади подошвы фундамента в 1 приближении.

м ²

где N ⁿ — нормативная вертикальная нагрузка на обрез фундамента, кН (принимается из задания);

R ₀ — условное расчетное сопротивление грунта под подошвой фундамента. Принимается по приложению 3 СниП 2.02.01−83 таблица 4 — R₀ =313.

г _ср — средний удельный вес материала грунта, лежащего на уступах фундаментаи материала самого фундамента (ж/б) для бесподвальных помещений; г _ср =20кН/м³ .

D — глубина заложения подошвы фундамента; d=1,85 м.

Если фундамент центрально загруженный, то он имеет квадратное сечение подошвы. При внецентренном нагружении фундамента рекомендуется принимать подошву фундамента прямоугольной формы, с рекомендуемым отношением сторон равным:

Определение площади подошвы фундамента в 1 приближении. По ряду «А».

Из исходных данных имеем, что N ⁿ =2830 кН. Тогда получаем, А равную:

м ²

Так как фундаменты по ряду «А» являются не центрально загруженными, тогда подошва фундамента имеет прямоугольную форму. Определяем размеры подошвы фундамента:

м

м

Принимаем подошву фундамента по ряду, А равную 2,84×3,4 м.

Определение площади подошвы фундамента в 1 приближении. По ряду «Б».

Из исходных данных имеем, что N ⁿ =4150, кН. Тогда получаем, А равную:

м ²

Так как фундаменты по ряду «Б» являются не центрально загруженными, тогда подошва фундамента имеет прямоугольную форму. Определяем размеры подошвы фундамента:

м м ²

Принимаем подошву фундамента по ряду Б равную 3,56×4,27 м.

5. Определение расчетного сопротивления грунта основания Рассчитывается по формуле 7 СНиПа 2.02.01−83:

где г _с1 , г_с2 — коэффициенты условия работы, принимаются по таблице 3 СНиП 2.02.01−83: г_с1 =1,2; г_с2 =1,0. k= 1.

M _Y , M_q , M_c — зависят от ц и принимаются по таблице 4 СНиП 2.02.01−83:

M _Y =0,43; M_q =2,73; M_c =5,31

k _z = 1 — в зависимости от ширины подошвы фундамента, так как b_ф <10 м г_II , г’_II — удельный вес грунта, ниже и выше подошвы фундамента соответственно.

г _II =г_II ^I =с/100=1580/100=15,8 кН/м³ .

с _II — расчетное удельное сцепление грунта залегающего непосредственно ниже подошвы фундамента, кПа. с_II =0,22МПа

d ₁ — глубина заложения фундамента.

b — меньшая сторона фундамента.

• данного слагаемого не будет, так как это только для зданий подвального типа [https:// , 29].

Расчет по ряду А

b _ф =2,84 м, l_ф =3,4 м кПа Для уточнения размеров подошвы фундамента проверяем выполнение следующего условия:

условие не выполняется Методом последовательного приближения уточняем размеры подошвы фундамента А ₁

м ²

м кПа

условие выполнилось

b _ф =3,16 м l_ф =12,02/3,16=3,8 м Расчет по ряду Б

b _ф =3,56 м, l_ф =4,27 м кПа Для уточнения размеров подошвы фундамента проверяем выполнение следующего условия:

условие не выполняется Методом последовательного приближения уточняем размеры подошвы фундамента А ₁

м ²

м кПа

условие выполнилось

b _ф =3,92 м l_ф =18,42/3,92=4,7 м

6. Конструирование фундамента Необходимо законструировать монолитный отдельно стоящий фундамент стаканного типа.

Условия, которые должны быть выполнены при конструировании фундамента:

1) Высота и длина ступеней фундамента должны быть кратны 150 мм

h _ст =150, 300, 450, 600 мм.

l _ст = 150, 300, 450, 600 мм.

2) Окончательно подобранные размеры ступени подошвы должны быть кратны 50 мм.

3) Конструирование выполняется для каждого ряда отдельно.

4) Если длина нижней ступени 600 мм, то высота должна быть минимум 450 мм. Если l=450мм, то минимальная высота h=300мм.

7. Проверки Проверка выполняется с целью определения правильности подбора размеров подошвы фундамента.

Проверка подошвы фундамента по ряду «А»

Так как фундаменты по ряду «А» являются внецентренно-загруженными, то воспользуемся формулой:

Определяем P _max по формуле:

• где — нагрузка, создаваемая от веса фундамента и веса грунта на уступок фундамента;
• d — глубина заложения подошвы фундамента, равная 1,85 м.

A — площадь подошвы фундамента, м ² ;

г _ср — средний удельный вес бетона, равный 20 кН/м³

l — большая сторона подошвы фундамента, м

кН

кН кНЧм

кН

Условие выполнилось. Размеры подошвы фундамента равны 3,2Ч3,8 м.

Проверка подошвы фундамента по ряду «Б».

Так как фундаменты по ряду «Б» являются внецентренно-загруженными, то воспользуемся формулой:

Определяем P _max :

кН

кН кНЧм

кН

Условие выполнилось. Размеры подошвы фундамента равны 4,2Ч4,7 м.

При проверке пользуемся приложением 2 СНиП 2.02.01−83.

Проверка заключается в выполнение следующих условий:

1)

2) ,

гдe S — совместная деформация грунта основания и фундамента;

[S] _u — предельная допустимая деформация грунта основания, согласно СНиП, приложение 4: [S]_u = 8 см;

• [?S/L] — расчетная относительная деформация основания;

[?S/L] _u — предельная относительная деформация основания, согласно СНиП, приложение 4: [S/L]_u = 0,002;

• L — величина пролета, равная 24 м.

Общая деформация грунта основания определяется по формуле:

где S _{o сад} — деформация при осадки грунта основания,

S _sl — деформация при просадки грунта основания.

Выполняется для схемы линейно-деформируемого полупространства, применяя метод послойного элементарного суммирования.

Где — безразмерный коэффициент, учитывающий невозможность бокового расширения грунта, = 0,8;

_zpi — среднее значение вертикального напряжения от дополнительного давления в в элементарном слое грунта;

h _i — толщина элементарного слоя грунта, вычисляется как:

h _i = 0.4 b_ф

Е _i — общий модуль деформации грунта в элементарном слое.

Граница сжимаемой толщи (ГСТ) находится на глубине, где выполнится следующее условие:

так как E? 50 000 кПа,

Дополнительные вертикальные напряжения определяем по формуле, которая взята из СНиП, приложение 2, формула 2:

Где — коэффициент, зависящий от соотношения размеров подошвы фундамента l _ф /b_ф =1,2 и от ж= 2z/b (z — глубина расположения подошвы элементарного слоя от уровня заложения подошвы фундамента) и принимается по табл.1 СНиП 2.02.01−83, приложение 2.

P ₀ — давление, передаваемое фундаментом на грунт.

P ₀ = P_cp — у_{zq 0}

Среднее давление под подошвой фундамента определяется по формуле:

_{z q 0} — вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента:

Где — удельный вес грунта выше подошвы фундамента, кН/м ³ ;

• d — глубина заложения фундамента, м.

Вертикальное напряжение от собственного веса грунта _zqi на на уровне подошвы любого элементарного слоя, определяется по формуле:

Где

• удельный вес грунта i-ого элементарного слоя;

_i и h_i — соответственно удельный вес и толщина i-го слоя грунта.

Ряд «А»:

N элем. слоя	h i , м	z, м	о=2z/b, м	б i	обознач. дополн. давления	уzpi, кПа	уzqi, кПа	0.2*уzqi, кПа	E, кПа	г i , кН/м3
				1,00	P 0	271,26	29,23	5,85		15,8
	1,2	1,2	0,75	0,842	P 1	228,4	48,19	9,64		15,8
	1,2	2,4	1,5	0,529	P 2	143,5	67,15	13,43		15,8
	1,2	3,6	2,25	0,322	P 3	87,34	86,11	17,22		15,8
	0,95	4,55	2,8	0,23	P 4	62,39	101,12	20,22		15,8
	1,2	5,75	3,6	0,152	P 5	41,23	123,68	24,74		18,8
	1,2	6,95	4,3	0,111	P 6	30,11	146,24	29,25		18,8
	1,2	8,15	5,1	0,082	P 7	22,24	167,6	33,52		17,8

h _i = 0,4

• b_ф = 0,4

• 3,2 = 1,2 м, б_i =1

Рисунок 3. Схема распределения напряжений при расчете осадки Ряд «Б»:

N элем. слоя	h i , м	z, м	о=2z/b, м	б i	обознач. дополн. давления	уzpi, кПа	уzqi, кПа	0.2*уzqi, кПа	E, кПа	г i , кН/м3
				1,00	P 0	263,1	29,23	5,85		15,8
	1,6	1,6	0,8	0,824	P 1	216,8	54,51	10,9		15,8
	1,6	3,2	1,5	0,529	P 2	139,18	79,79	15,96		15,8
	1,35	4,55	2,2	0,333	P 3	87,61	101,12	20,22		15,8
	1,6	6,15	2,9	0,22	P 4	57,88	131,2	26.24		18,8
	0,8	6,95	3,3	0,177	P 5	46,57	146,24	29,25		18,8
	1,6	8,55	4,1	0,121	P 6	31,83	174,72	34,94		17,8

h _i = 0,4

• b_ф = 0,4

• 4,2 = 1,6 м, б_i =1

Рисунок 4. Схема распределения напряжений при расчете осадки

Вычислим осадку фундамента по формуле:

Для ряда «А»:

Для ряда «Б»:

• Вычислим просадку фундамента (СНиП 2.02.01−83* <�формула 13 приложения 2>):

е _sli — величина относительной просадочности в элементарном слое грунта;

k _sli — коэффициент зависящий от ширины подошвы фундамента;

h _i = 0.4 b_ф

Расчет просадки заканчивается на глубине, где выполняется условие:

1)

P _sl = 80 кПа — начальное просадочное давление

2) на границе просадочного слоя.

Определим плотность водонасыщенного грунта:

;

у _zq0 = г_sat •d = 18,26•1,85 = 33,78 кПа Ряд «А»:

N элем. слоя	h i , м	z, м	о=2z/b, м	б i	уzpi, кПа	уzqi, кПа	уzpi + уzqi, кПа
				1,00	266,71	33,78	300,49
	1,2	1,2	0,75	0,842	224,57	55,69	280,26
	1,2	2,4	1,5	0,529	141,09	77,6	218,69
	1,2	3,6	2.25	0,322	85,88	99,52	185,4
	0,95	4,55	2,8	0,23	61,34	116,86	178,2

h _i = 0,4

• b_ф = 0,4

• 3,2 = 1,2 м, б_i =1

Рисунок 5. Схема распределения напряжений в грунте при расчете просадки Ряд «Б»:

N элем. слоя	h i , м	z, м	о=2z/b, м	б i	уzpi, кПа	уzqi, кПа	уzpi + уzqi, кПа
				1,00	258,54	33,78	292,32
	1,6	1,6	0,8	0,824	213,04	63,0	276,04
	1,6	3,2	1,5	0,529	136,77	92,21	228,98
	1,35	4,55	2,2	0,333	86,09	116,86	202,95

h _i = 0,4

• b_ф = 0,4

• 4,2 = 1,6 м, б_i =1

Рисунок 6

Коэффициент k _sli вычисляется в соответствии с п.14* приложения 2 СНиПа 2.02.01−83:

• Если b _ф ?12 м, то k_sli =1;

• если b _ф ?3 м, то

Где Psl = 80 кПа, P0= 100 кПа

Для ряда «А»:

b _ф =3 м:

Для b _ф =3,2 м, то k_sli =4

Для ряда «Б»:

b _ф =3 м:

Для b _ф =4,2 м, то k_sli =5,25

Рассчитаем просадку по формуле:

Для ряда «А»:

S _общ = 44 + 4,6 =48,6 см > 8 см условие не выполнилось.

Для ряда «Б»:

S _общ = 61 + 5,5 = 66,5 см > 8 см условие не выполнилось.

Так как общая деформация грунтового основания превышает предельно допустимую деформацию, поэтому необходимо выполнить мероприятия по улучшению свойств грунтов основания, т. е. сделать грунт непросадочным. Для улучшения свойств грунтов основания выполняем цементацию грунта, так как несущий слой — супесь просадочная со степенью водонасыщения S_r =0,42, т. е. S_r ?0,5.

После цементации грунта S _sl =0.

Вычисляем относительную осадку:

;

• L = 24 м;
• свайный фундамент здание грунт Условие выполнилось, следовательно, спроектированные фундаменты мелкого заложения могут быть применены.

1. СНиП 2.02.01−83* «Основания зданий и сооружений»

2. СНиП 2.02.03−85 «Свайные фундаменты»

О. А. Коробова

4. Справочник по основания и фундаментам. — Под ред. Швецова Г. И.

Смородинов М. И.