Расчёт фундаментов на естественном основании
1. ОБРАБОТКА ДАННЫХ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИЗЫСКАНИЙ
Первый слой
Растительный слой толщиной 1,10 м.
Второй слой
Толщина слоя 2,5 м.
Вычисление физических характеристик грунта.
1) Удельный вес скелета грунта (сухого грунта) определяем по формуле:
где d - удельный вес грунта, кН/м3;
d== 15,63 Кн/м3
2) Коэффициент пористости грунта:
где - удельный вес твердых частиц грунта, кН/м3;
кН/м3
3) Степень влажности определяется по формуле:
SR=
где - плотность воды, yw =100 кН/м3;
Классификация грунта по видам.
Число пластичности грунта:
где WL - верхний предел пластичности, %;
WL - нижний предел пластичности, %.
Ip = 0<1%
Содержание частиц крупнее 2 мм 0 %
Грунт относится к пескам.
Тип песка
1) По гранулометрическому составу содержание частиц крупнее 0,5 мм
(1,5+3,0)=4,5 %<50 %
Крупнее 0,25 мм (1,5+3,0+24,5)=29 %
Крупнее 0,1 мм (1,5+3,0+24,5+26,5)=55,5 %
по таблице Б.10 делаем вывод, что у нас пылеватый песок.
2) Вид песка
По плотности сложения при коэффициенте пористости
По таблице Б.18 определяем что песок средней плотности.
Выбор механических характеристик.
Согласно таблицы СНиП 2.02.01-83*
с =3 кПа,
=28°,
Е= 14,5 Мпа,
R0=100 кПа.
Оценка возможных просадочных свойств грунта
Где е - коэффициент пористости грунта в природном состоянии;
eL - коэффициент пористости при влажности на границе текучести:
Iss== 0, значит, просадочными свойствами песок не обладает.
Вывод: рассатриваемый грунт пылеватый песок средней плотности насыщенный водой.
Третий слой
Толщина слоя 5 м.
Вычисление физических характеристик грунта.
Удельный вес скелета грунта (сухого грунта):
==15,12 кН/м3
Коэффициент пористости грунта:
Степень влажности определяется по формуле:
SR= значит, грунт насыщенный водой.
Классификация грунта по видам.
Число пластичности грунта:
I =WL –WP ,
где WL - верхний предел пластичности, %;
WL - нижний предел пластичности, %.
По таблице Б.11определили что данный грунт относится к суглинкам (7<lР<17).
Классификация грунта по разновидности.
Показатель текучести грунта (коэффициент консистенции):
IL ==
По таблице Б.14 определили что данный грунт относится к мягкопластичным суглинкам.
Классификация грунта по содержанию частиц
По таблице Б.12 определяем, что суглинок тяжелый пылеватый.
Выбор механических характеристик.
Согласно таблиц СНиП,
с = 20 кПа,
=18°,
Е =12 кПа,
R0 = 250 кПа.
Оценка возможных просадочных свойств грунта
Iss== 0, значит, просадочными свойствами суглинок не обладает.
Вывод: грунт -тяжелый пылеватый мягкопластичный суглинок насыщенный водой.
Четвертый слой
Толщина слоя 3,4 м.
Вычисление физических характеристик грунта.
Удельный вес скелета грунта (сухого грунта):
d=кН/м3
Коэффициент пористости грунта:
e =
Степень влажности определяется по формуле:
SR= значит, грунт насыщен водой.
Классификация грунта по видам.
Число пластичности грунта:
где WL - верхний предел пластичности, %;
WL - нижний предел пластичности, %.
l Р =0<1%
данный грунт относится к пескам
Тип песка
По гранулометрическому составу содержание частиц крупнее 0,5 мм
(2,0+2,0+13,0+13,0)=30 %<50 %
Крупнее 0,25 мм (2,0+2,0+13,0+13,0+23,0 )=53 %
по таблице Б.10 делаем вывод, что у нас песок средней крупности
Вид песка
По плотности сложения при коэффициенте пористости
По таблице Б.18 определяем что песок средней плотности.
Выбор механических характеристик.
Согласно таблицы СНиП 2.02.01-83*
с =1 кПа,
=35°,
Е= 30 Мпа,
R0=400 кПа.
Оценка возможных просадочных свойств грунта
Где е - коэффициент пористости грунта в природном состоянии;
eL - коэффициент пористости при влажности на границе текучести:
Iss== 0, значит, просадочными свойствами песок не обладает.
Вывод: рассатриваемый грунт песок средней плотности и средней крупности насыщенный водой.
Пятый слой
Толщина слоя 3 м.
Вычисление физических характеристик грунта.
Удельный вес скелета грунта (сухого грунта):
Коэффициент пористости грунта:
e =
Степень влажности определяется по формуле:
SR=
значит, грунт насыщен водой
Классификация грунта по видам.
Число пластичности грунта:
IP=WL-WP,
где WL - верхний предел пластичности, %;
WL - нижний предел пластичности, %.
IP=39-22 = 17
данный грунт относится к суглинкам (7<IР<17).
Классификация грунта по разновидности.
Показатель текучести грунта (коэффициент консистенции):
IL ==
данный грунт относится к полутвердым суглинкам.
Классификация грунта по содержанию частиц
По таблице Б.12 определяем, что суглинок тяжелый пылеватый
Выбор механических характеристик.
Согласно таблиц СНиП,
с = 21 кПа,
=20°,
Е= 13 Мпа,
R0 = 230 кПа.
Оценка возможных просадочных свойств грунта
Где е - коэффициент пористости грунта в природном состоянии;
eL - коэффициент пористости при влажности на границе текучести:
Iss== 0, значит, просадочными свойствами не обладает.
Вывод: рассатриваемый грунт относится к полутвердым тяжелым пылеватым суглинкам насыщенех водой.
Анализ инженерно-геологических условий
Табл. 2 Сводная таблица механических характеристик грунтов
№№ п/п | Полное наименование грунта | Мощность, м | Удельное сцепление с, кПа | Угол внутреннего трения | Модуль общей деформации Е, МПа | Табличное значение расчетное сопроти, ^, ния грунта Ro, кПа |
1 | Растительный слой | 1,10 | - | - | - | - |
2 | Песок пылеватый средней плотности | 2,5 | 3,0 | 28 | 14,5 | 100 |
3 | Суглинок мягкопластичный | 5,0 | 20 | 18 | 12 | 250 |
4 | Песок средней плотности | 3,4 | 1 | 35 | 30 | 400 |
5 | Суглинок полутвердый | 3,0 | 21 | 20 | 13 | 230 |
2. СБОР НАГРУЗОК ДЕЙСТВУЮЩИХ НА ОСНОВАНИЕ В РАСЧЕТНЫХ СЕЧЕНИЯХ
Выберем для сбора нагрузок и последующего конструирования и расчета фундамента следующие три сечения:
- Колонна среднего ряда (оси Б-8, четырехэтажная часть)
- Колонна бокового ряда (ось К-8, трехэтажная часть)
- Угловая колонна (оси Н-11, одноэтажная часть)
Конструктивная схема каркасного типа со сборными железобетонными колоннами. Колонны - сборные железобетонные, ригели - сборные железобетонные, перекрытия – сборные железобетонные плиты, Покрытия – сборные железобетонные плиты, стены – панели самонесущие, перегородки –сборные гипсобетонные, кровля – рулонная плоская из 4-х слоев рубероида с защитным слоем из гравия.
Таблица 3. Сбор нагрузок в сечении 1-1.Агр=13,5 м2.
Вид нагрузки
| Нормативная нагрузка, кН | Коэффициент Надежности по нагрузке γf | Расчетная нагрузка, кН |
1.Постоянная Защитный слой 0,03*13,5*15
Три слоя рубероида на мастике 0,03*13,5*6
Ц/п стяжка 0,04*13,5*17
Утеплитель(шлакобетон) 0,15*13,5*14
Пароизоляция 0,01*13,5*6
Плита покрытия 3,1*13,5
Вес ригеля ((0,3*0,3*2,6)*25)*5
Керамическая плитка (0,005*13,5*27)*4
Ц/п раствор (0,02*13,5*17)*4
Звукоизоляция (0,1*13,5*14)*4
Плита перекрытия 3,1*13,5*4
Перегородки 6*2,7*0,2*9*4
Колонна 0,4*0,4*14*25
Итого
Временная
Снеговая нагрузка В т. ч. Длительная Кратковременная Временная на перекрытие 2*4
Итого
Всего
|
6,1
2,43
9,18
28,35
0,81
41,85
29,25
7,29
18,36
75,6
167,4
116,64
56
559,26
2,24
1,12 1,12 8
10,24
569,5
|
1,3
1,3
1,3
1,3
1,3
1,1
1,1
1,3
1,3
1,3
1,1
1,3
1,1
0,7
0,7 0,7 1,2
|
7,93
3,16
11,93
36,86
1,05
46,04
32,18
9,48
23,87
98,28
184,14
151,63
61,6
668,15
3,2
1,6 1,6 9,6
12,8
680,95
|
Таблица 4. Сбор нагрузок в сечении 2-2.Агр=6,75 м2.
Вид нагрузки
| Нормативная нагрузка, кН | Коэффициент Надежности по нагрузке γf | Расчетная нагрузка, кН |
1.Постоянная Защитный слой 0,03*6,75*15
Три слоя рубероида на мастике 0,03*6,75*6
Ц/п стяжка 0,04*6,75*17
Утеплитель(шлакобетон) 0,15*6,75*14
Пароизоляция 0,01*6,75*6
Плита покрытия 3,1*6,75
Вес ригеля ((0,3*0,3*1,1)*25)*4
Керамическая плитка (0,005*6,75*27)*3
Ц/п раствор (0,02*6,75*17)*3
Звукоизоляция (0,1*6,75*14)*3
Плита перекрытия 3,1*6,75*3
Перегородки 1,5*2,7*0,2*9*4
Стеновая панель 4,5*0,4*11,6*4
Колонна 0,4*0,4*12*25
Итого
Временная
Снеговая нагрузка В т. ч. Длительная Кратковременная Временная на перекрытие 2*3
Итого
Всего
|
3,04
1,22
4,59
14,18
0,41
20,93
9,9
2,73
6,89
28,35
62,78
21,87
83,52
48
308,41
2,24
1,12 1,12 6
8,24
316,65
|
1,3
1,3
1,3
1,3
1,3
1,1
1,1
1,3
1,3
1,3
1,1
1,3
1,1
1,1
0,7
0,7 0,7 1,2
|
3,95
1,58
5,97
18,43
0,53
23,02
10,89
3,55
8,95
36,86
69,05
28,43
91,87
52,8
355,88
3,2
1,6 1,6 7,2
10,4
366,28 |
Таблица 5. Сбор нагрузок в сечении 3-3.Агр=4,5 м2.
Вид нагрузки
| Нормативная нагрузка, кН | Коэффициент Надежности по нагрузке γf | Расчетная нагрузка, кН |
1.Постоянная Защитный слой 0,03*4,5*15
Три слоя рубероида на мастике 0,03*4,5*6
Ц/п стяжка 0,04*4,5*17
Утеплитель(шлакобетон) 0,15*4,5*14
Пароизоляция 0,01*4,5*6
Плита покрытия 3,1*4,5
Вес ригеля ((0,3*0,3*1,1)*25)*2
Керамическая плитка 0,005*4,5*27
Ц/п раствор 0,02*4,5*17
Звукоизоляция 0,1*4,5*14
Плита перекрытия 3,1*4,5
Перегородки 1,5*2,7*0,2*9*4
Стеновая панель 4,5*0,4*5,6*4
Колонна 0,4*0,4*5*25
Итого
Временная
Снеговая нагрузка В т. ч. Длительная Кратковременная Временная на перекрытие
Итого
Всего
|
2,03
0,81
3,06
9,45
0,27
13,95
4,95
0,61
1,53
6,3
13,95
7,29
40,32
20
124,52
2,24
1,12 1,12 2
4,24
128,76
|
1,3
1,3
1,3
1,3
1,3
1,1
1,1
1,3
1,3
1,3
1,1
1,3
1,1
1,1
0,7
0,7 0,7 1,2 |
2,63
1,05
3,98
12,29
0,35
15,35
5,45
0,79
1,99
8,19
15,35
9,48
44,35
22
143,25
3,2
1,6 1,6 2,4
5,6
148,85 |
3. РАСЧЕТ ФУНДАМЕНТА В СЕЧЕНИИ № 1
3.1. Выбор рациональной конструкции фундамента
3.1.1 Проектирование фундамента на естественном
3.1.1.1 Выбор глубины заложения фундамента
Глубину заложения фундамента назначаем исходя из следующих условий:
- Заглубление фундамента в несущий слой на 0,1-0,3 м;
- Между подошвой фундамента и нижележащим «слабым» фундаментом слоем следует оставлять прослойку прочного грунта не менее 0,3 м;
- Минимальная глубина заложения от спланированной поверхности при расчетной сейсмичности более 6 баллов - 1 м;
- Уровень пола подвала должен быть выше уровня грунтовых вод на 0,5 - 1 м;
- По условиям сезонного промерзания грунтов;
- В сечениях с подвалом, глубина заложения фундамента принимается ниже уровня пола подвала на 0,2 - 0,5 м.
Расчетная глубина сезонного промерзания определяется по формуле:
df = kh*dfh
где dfn - нормативная глубина сезонного промерзания, определяемая по карте нормативных глубин промерзания, dfn = 200 см;
kh - коэффициент влияния теплового режима здания на промерзание грунта у фундаментов наружных стен отапливаемых сооружений,
kh = 0,4.
df =0,4*2 =0,8 м,
Исходя из вышеприведенных условий и конструктивных соображений, назначаем глубину заложения подошвы фундамента:
3.1.1.2 Подбор размеров подошвы фундамента
В соответствии со СНиП 2.02.01-83 условием проведения расчетов по деформациям (второму предельному состоянию) является ограничение среднего по подошве фундамента давления величиной расчетного сопротивления R:
P<R,
Где Р - среднее давление под подошвой фундамента, кПа;
R - расчетное сопротивление грунта основания, кПа.
Принимаем квадратную форму фундамента в плане. Предварительная площадь фундамента:
где NII - сумма нагрузок для расчетов по второй группе предельных состояний, кПа
Ro - табличное значение расчетного сопротивления грунта, в котором располагается подошва фундамента, кПа;
у'ср - осредненное значение удельного веса тела фундамента и грунтов, залегающих на обрезах его подошвы, у'ср = 20 кН/м2;
dI - глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала.
A = м2
По известной форме фундамента вычисляем ширину фундамента:
b= ==1,77м
Принимаем сборный железобетонный фундамент стаканного типа 1Ф18 размерами1,8*1,8 м.
Расчетное сопротивление грунта основания R:
R =
где и - коэффициенты условий работы, учитывающие особенности работы разных грунтов в основании фундаментов, = 1 и = 1.
k- коэффициент, принимаемый k= 1,1, т. к. прочностные характеристики грунта приняты по таблицам СНиП.
kz - коэффициент, принимаемый k= 1(b10м);
b - ширина подошвы фундамента, м;
II и II - усредненные расчетные значения удельного веса грунтов, залегающих соответственно ниже подошвы фундамента и выше подошвы фундамента;
cII - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа;
db - глубина подвала - расстояние от уровня планировки до пола подвала;
Mr, Mq, Mc - безразмерные коэффициенты;
Мr = 0,43; Мq = 2,73; Мс = 5,31
d1 - глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала.
кН/м3
кН/м
R=кН/м2
Фактические напряжения под подошвой фундамента (фундамент центрально нагружен):
p=
где N- нормативная вертикальная нагрузка на уровне обреза фундамента, кН.
GfII и GgII- вес фундамента и грунта на его уступах;
А- площадь подошвы фундамента, м2.
Ggll=((1.8*1.8)-(1.2*1.2)*1.
Gfll=((0.3*1.8*1.8)+(1.2*1.2*
p=кН/м2R=258,86кН/м2
Условие p<R выполняется,недогруз фундамента составляет 6%,что находится в пределах 10% допустимого недогруза.
3.1.1.3 Определение конечных деформаций основания
1.Разбиваем толщу на слои толщиной hi <(0,2-0,4)b
Все расчеты приводим в табличной форме.
3.1.1.4 Проектирование котлована
Размеры котлована в плане определяются расстояниями между наружными осями сооружения, расстояниями от этих осей до крайних уступов фундаментов, размерами дополнительных конструкций, устраиваемых около фундаментов с наружных сторон, и минимальной шириной зазора, позволяющего возводить подземные части здания, между дополнительной конструкцией и стенкой котлована (принимаем 0,5 м). Величину откоса стенок котлована принимаем 1:1.
3.1.2 Расчет и конструирование свайных фундаментов
3.1.2.1 Выбор типа и размеров свай
Сваи принимаем квадратного сечения со стороной 30 см.
Глубину заложения ростверка назначаем, исходя из конструктивной схемы здания. А также принимая во внимание те же условия, которые мы учитывали, назначая глубину заложения фундамента на естественном основании:
df= 3,9 м;
Сопряжение сваи с ростверком назначаем свободным. Длину сваи назначаем исходя из геологических условий i =6,0 м.
3.1.2.2 Расчет несущей способности одиночной сваи
Несущую способность Fd (кН) висячей забивной сваи, работающей на сжимающую нагрузку, определяем по формуле:
где с = 1 - коэффициент условий работы сваи в грунте;
R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, определяемое из табл. 6.21 [1];
А - площадь опирания на грунт сваи, принимаемая по площади поперечного сечения сваи брутто;
и - периметр поперечного сечения сваи, м;
fi - расчетное сопротивление /-того слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, определяемое по табл. 6.20 [1];
hj – толщина i-того слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью, м;
и - коэффициент условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способы погружения на расчетные сопротивления грунта, принимаемые независимо друг от друга (табл. 6.22 [1]).
Fd =1*(1*9250*0,09+1,2*(1*18*5+1*
3.1.2.3 Определение количества свай, размещение их в плане
и конструирование ростверка
Число свай в кусте определяем по формуле:
n=
где ук - коэффициент надежности, назначаемый в зависимости от способа определения несущей способности сваи, ук = 1,4;
NI - расчетная нагрузка, действующая по обрезу фундамента, кН;
GfI - ориентировочный вес ростверка и грунта на его обрезах, кН;
Fd - несущая способность одиночной сваи, кН;
Ggl=(1/2*1,5*1,5*0,4+1*1*0,7)*
Gfl=(1/2*1.5*1.5-1)*1.35*20=3.
n=шт
Принимаем в кусте 3 сваи. Ростверк выполняем из монолитного железобетона, заделка сваи в ростверк 0,1 м. Высоту ростверка принимаем 0,1+0,3 = 0,4 м.
3.1.2.5 Определение конечных деформаций основания свайного фундамента. Окончательный выбор параметров свайного фундамента
Среднее давление по подошве условного фундамента:
Gуф - вес ростверка, свай и грунта в пределах объема условного фундамента, кН;
lуф bуф - ширина и длина подошвы условного фундамента, м.
Определим границы условного фундамента:
- снизу - плоскость, проходящая через нижние концы свай, dvcn = 5,5 м ;
- сверху - поверхность планировки грунта;
- с боков - плоскости, отстоящие от наружных граней крайних рядов вертикальных свай на расстоянии с =
-
где hi - глубина i-того слоя;
с = 6*tg(20,8/4) = 0,54м
b= lусл = 2*0,54 + 0,3 + 0,3 + 0,9 = 2,58 м
кН/м3
кН/м3 R=кН/м2
Gуф=(28,75+40,5+177,66)=246,91 кН
pII=кН/м < R – условие выполняется Определяем конечные деформации :