Основания и фундаменты

Проверим  выполнение условия: .

Осредненный удельный вес грунтов,  залегающих выше подошвы условного  фундамента:

Расчетное сопротивление  грунта  под  подошвой  условного фундамента:

 

где γ_с1=1,25;

γ_с2=1;

k=1;

М_γ=0,51;

М_q=3,06;

М_с=5,66;

k_z=1;

γ_II=19,01 кН/м³;

;

с_II=30 кПа;

d₁=8,1 м.

 

- основное условие при расчете  свайного фундамента по второй  группе предельных состояний удовлетворяется.

 

4. Свайный фундамент  (III тип).

Определение глубины заложения  ростверка. Выбор размера сваи.

 

В качестве III типа фундамента принимаем свайный фундамент с длиной  свай 9 м и сечением  30х30 см.

 

Определение несущей способности  сваи.

 

Несущая способность висячей сваи определяем аналогично предыдущему  типу по формуле:

 

Рис.10

Расчетное  сопротивление  грунта под нижним концом сваи определяем  по табл.VI.1 приложения VI [3]: R=5186 кПа (I_L=0.2).

По табл. VI.2 приложения VI [3] определяем расчетное  сопротивление i-го  слоя грунта основания на боковой поверхности  сваи: f₁=20.88 кПа (l₁=3.4 м);

f₂=9,75 кПа (l₂=4,8 м);

f₃=10 кПа (l₃=6,15 м);

f₄=63,88 кПа (l₄=9,2 м).

Площадь сечения сваи:

Периметр  ствола  сваи:

По табл. VI.3 приложения VI [3]:

Несущая способность сваи:

Определение требуемого количества свай в фундаменте. Определение  фактической  нагрузки  на сваю.

 

Требуемое  количество свай  в кусте определяют по формуле:

,

где ,

n=1,1 – коэффициент перегрузки;

d_p=2.2 м – глубина заложения подошвы ростверка от отметки планировки;

γ₀=20 кН/м³ – осредненный удельный вес материала фундамента и грунта на его уступах;

- площадь ростверка (a=3d=0.9 м, d=0,3 м – размер поперечного сечения сваи );

 

γ_k=1,4 – коэффициент надежности;

- расчетная нагрузка на обрез свайного фундамента;

Требуемое  количество свай:

. Принимаем 4 сваи и располагаем их на расстоянии 0,9 м в осях друг от друга.

Нагрузка с учетом  изгибающего момента, действующего  на крайние сваи:

,

где ;

Проверим выполнение условия:

.

.

Условие выполняется, поэтому  конструируем ростверк для фундамента из 4 свай.

               Схема свайного куста

       

 

Рис.11

 

 

Конструирование ростверка.

 

Принимаем ростверк с  одной  ступенью высотой 450 мм и  размерами в плане  2,1х2,1 м. Материал ростверка  - бетон кл. В20.

 

Рис.12

 

Определение осадки основания свайного фундамента.

 

Определение осадки основания  фундамента из висячих свай производится аналогично предыдущему типу свайного фундамента. Границы  условного фундамента:  снизу – плоскостью АБ, походящей  через  нижние концы свай, с боков – вертикальными плоскостями АВ и БГ, отстоящими от наружных граней крайних  рядов свай на  расстоянии: , сверху – поверхностью планировки  грунта ВГ, где - средневзвешенное расчетное значение угла  внутреннего трения грунта, определяемое по формуле:

 В_усл=2,6 м;

L_усл=2,6 м.

Вес ростверка:

.

Вес свай:

(здесь 220 – масса 1 м сваи, кг, 10 – ускорение свободного падения, м/с², 50  - масса острия сваи, кг).

Вес грунта в объеме АБВГ:

Давление под подошвой условного  фундамента:

Используя эпюру напряжения от  действия собственного веса грунта,  полученную для фундамента мелкого заложения, определим ординату эпюры вертикального напряжения от действия собственного веса на уровне подошвы условного свайного фундамента:

Дополнительное давление под подошвой  условного фундамента:

Отношение сторон условного  фундамента: . Задаем , тогда высота элементарного слоя грунта .

Результаты расчетов сведены в таблице 5. Расчетная  схема на рис.13.

 

Табл.5

z, м	γ, кН/м3	σzg, кПа	ξ	α	σzp, кПа	σzp,i, кПа
0	19,01	200,6	0	1	740,8	730.1
0,52			0,4	0,971	719,4	677,7
1,04			0,8	0,842	636	572,2
1,56			1,2	0,673	508,35	451,3
2,08			1,6	0,522	394,3	350,1
2,6			2	0,405	305,9	272,65
3,12			2,4	0,317	239,4	215,25
3,64			2,8	0,253	191,1	172,55
4,16			3,2	0,204	154	136,65
4,68			3,6	0,158	119,3	112,5
5,2			4,0	0,141	105,7	97,79
5,72		309,38	4,4	0,119	89,88

 

 

Рис.13

Осадки основания:

Проверим  выполнение условия: .

Осредненный удельный вес грунтов,  залегающих выше подошвы условного  фундамента:

Расчетное сопротивление  грунта  под  подошвой  условного фундамента:

 

где γ_с1=1,25;

γ_с2=1;

k=1;

М_γ=0,51;

М_q=3,06;

М_с=5,66;

k_z=1;

γ_II=19,01 кН/м³;

;

с_II=30 кПа;

d₁=11,1 м.

 

- основное условие при расчете  свайного фундамента по второй группе предельных состояний удовлетворяется.

 

5. Определение стоимости  вариантов фундамета.

Табл.6

Наименование  работ	Ед. изм.	Объем работ	Стоимость, руб.		Номер расценки
			единичная	общая
I. Фундамент мелкого заложения
Земляные работы	м3	50,54	0,132	6,67	1-56
Устройство фундамента	м3	8,94	34,4	307,43	6-4
Стоимость бетона	м3	8,94	27,8	248,45	119
Итого:				562,55
II. Свайный фундамент l=6 м
Земляные работы	м3	30,42	0,132	4,02	1-56
Стоимость свай с забивкой	м3	6,48	9,59/мп	62,14	895
			18,4	119,23	5-2
Устройство ростверка	м3	6,26	30,97	193,87	6-23,96
Стоимость бетона	м3	6,26	29,1	163,39	119
Итого:				542,65
III. Свайный фундамент l=9 м
Земляные работы	м3	25,27	0,132	3,35	1-56
Стоимость свай с забивкой	м3	4,86	9,59/мп	46,61	895
			18,4	89,42	5-2
Устройство ростверка	м3	5,54	30,97	171,57	6-23,96
Стоимость бетона	м3	5,54	29,1	161,21	119
Итого:				472,16

 

По результатам сравнения стоимости  трех вариантов фундамента наиболее экономичным является III тип фундамента. Поэтому для дальнейшего расчета принимаем – свайный фундамент из забивных свай длиной 9 м и сечением 0,3х0,3 м.

 

6. Свайный фундамент под среднюю колонну (№2).

 

Нагрузка на обрез фундамента: N=2090 кН, М=80 кНм.

Обрез фендамента на отм. –0,7 м.

d_анк=60 мм.

 

Определение глубины заложения  ростверка.

 

Из  условия анкеровки  высота ростверка должна быть >25d=1.5 м. Принимаем высоту ростверка 1,8 м. Тогда глубина заложения ростверка d₁=2.5 м.

Принимаем сваи длиной 9 м и сечением  30х30 см.

 

Определение несущей способности  сваи.

 

Несущая способность висячей сваи определяем аналогично предыдущему  типу по формуле:

 

Рис.14

Расчетное  сопротивление  грунта под нижним концом сваи определяем  по табл.VI.1 приложения VI [3]: R=5225 кПа (I_L=0.2).

По табл. VI.2 приложения VI [3] определяем расчетное  сопротивление i-го  слоя грунта основания на боковой поверхности  сваи: f₁=21 кПа (l₁=3.55 м);

f₂=9,75 кПа (l₂=4,8 м);

f₃=10 кПа (l₃=6,15 м);

f₄=64,06 кПа (l₄=9,35 м).

Площадь сечения сваи:

Периметр  ствола  сваи:

По табл. VI.3 приложения VI [3]:

Несущая способность сваи:

Определение требуемого количества свай в фундаменте. Определение  фактической  нагрузки  на сваю.

 

Требуемое  количество свай  в кусте определяют по формуле:

,

где ,

n=1,1 – коэффициент перегрузки;

d_p=2.5 м – глубина заложения подошвы ростверка от отметки планировки;

γ₀=20 кН/м³ – осредненный удельный вес материала фундамента и грунта на его уступах;

- площадь ростверка (a=3d=0.9 м, d=0,3 м – размер поперечного сечения сваи );

 

γ_k=1,4 – коэффициент надежности;

- расчетная нагрузка на обрез свайного фундамента;

Требуемое  количество свай:

. Принимаем 4 сваи и располагаем их на расстоянии 0,9 м в осях друг от друга.

 

 

 

 

 

 

 

Схема свайного куста

 

Рис.15

 

 

Нагрузка с учетом  изгибающего момента, действующего  на крайние сваи:

,

где ;

Проверим выполнение условия:

.

. Условие выполняется, поэтому принимаем n_c=4.

 

Конструирование ростверка.

 

Принимаем ростверк с  одной  ступенью высотой 450 мм и размерами в плане 1,8х1,8 м. Материал ростверка  - бетон кл. В20.

Рис.16

 

Определение осадки основания свайного фундамента.

 

Определение осадки основания  фундамента из висячих свай производится аналогично предыдущему типу свайного фундамента. Границы  условного фундамента:  снизу – плоскостью АБ, походящей  через  нижние концы свай, с боков  – вертикальными плоскостями АВ и БГ, отстоящими от наружных граней крайних  рядов свай на  расстоянии: , сверху – поверхностью планировки  грунта ВГ, где - средневзвешенное расчетное значение угла  внутреннего трения грунта, определяемое по формуле:

 В_усл=2,68 м;

L_усл=2,68 м.

Вес ростверка:

.

Вес свай:

(здесь 220 – масса 1 м сваи, кг, 10 – ускорение свободного  падения, м/с², 50  - масса острия сваи, кг).

Вес грунта в объеме АБВГ:

Давление под подошвой условного  фундамента:

Используя эпюру напряжения от  действия собственного веса грунта,  полученную для фундамента мелкого  заложения, определим ординату эпюры вертикального напряжения от действия собственного веса на уровне подошвы условного свайного фундамента:

Дополнительное давление под подошвой  условного фундамента:

Отношение сторон условного  фундамента: . Задаем , тогда высота элементарного слоя грунта .

Результаты расчетов сведены в таблице 7. Расчетная  схема на рис.18.

Табл.7

z, м	γ, кН/м3	σzg, кПа	ξ	α	σzp, кПа	σzp,i, кПа
0	19,01	206,3	0	1	324,2	319,50
0,54			0,4	0,971	314,8	293,89
1,08			0,8	0,842	273,0	245,58
1,62			1,2	0,673	218,2	193,71
2,16			1,6	0,522	169,2	150,27
2,7			2	0,405	131,3	117,04
3,24			2,4	0,317	102,8	92,40
3,78			2,8	0,253	82,0	74,08
4,32			3,2	0,204	66,1	58,68
4,86		298,7	3,6	0,158	51,2