Проектирование фундаментов и расчет оснований

природнго давления в _zg (кПа), определяется по формуле:

Величина природного давления определяется на границе каждого слоя грунта. Если в пределах выделенной толщи залегает горизонт подземных вод, то удельный вес грунта определяется с учетом гидростатического взвешивания

                           Вычисляем ординаты эпюры природного  давления:

  (глубина h =2,4 м)

   

Ординаты вспомогательной эпюры=0.2 -  необходимые для определения глубины расположения нижней границы сжимаемой толщи грунта (НГСТ).

Определяем дополнительное (осадочное) давление на грунт р , подразумевая, что осадка грунта произойдет только от действия дополнительного давления:

Р =Р - =334,1-75.08=259,02 кПа,

P =Р= 463.2 кПа- полное давление по подошве фундамента от нормативных нагрузок,

Дополнительное вертикальное напряжение для любого слоя, расположенного на глубине z от подошвы фундамента, определяется по формуле:

где a — коэффициент, принимаемый по табл. СНБ 5.01.01-99 (прил.16) в зависимости от коэффициента относительной глубины слоя под центром подошвы, равным x=2z/b формы подошвы фундамента, соотношения сторон прямоугольного фундамента h=l/b. Где l и b — соответственно длина и ширина фундамента.

Расчет осадки отдельного фундамента на основании в виде упругого линейно деформируемого полупространства с условным ограничением величины сжимаемой зоны производится по формуле:

где S — конечная осадка отдельного фундамента, см;

n — число слоев, на которые разделена по глубине сжимаемая зона основания;

h_i — толщина i-го слоя грунта основания, см;

E_i — модуль деформации i-го слоя грунта под подошвой фундамента, кПа;

b — безразмерный коэффициент, равный 0,8;

 — среднее значение дополнительного  вертикального нормального напряжения в i-ом слое грунта, равное полусумме напряжений на верхней и нижней границах слоя, кПа.

Модуль деформации E_i определяется по результатам компрессионных испытаний грунтов из выражения.

Расчет осадки фундамента удобно выполнять в табличной форме:

 

                Осадка фундамента S равна 33,96 мм,  нормативное значение S_u=80 мм.

Осадка допустимая.

1.5. Определение  размеров столбчатого фундамента

Определим ширину фундамента мелкого заложения второго сечения.

N_0,11 =1400 кН — расчетная нагрузка на уровне обреза фундамента;

М_0,11 =250 кН*м — расчетный изгибающий момент;

1,9 м;

g’₁₁=20 кН/м3 — удельный вес грунта обратной засыпки;

d_b=0 м    — глубина подвала, принимаемая от уровня планировки до пола подвала(при В 20м и при глубине подвала больше 2 м);

задаемся размерами  фундамента 1,8х1,8 м

R = (g_c1 g_c2/k ) (M_g k_z b g_II+M_q k_z d₁ g'_II+(M_q-1) d_b g'_II+M_c c_II) =

=(1,3 · 1,1/1) · (1,24 ·  1 · 1,7 · 21,3+5,95 · 1 · 1,9 · 21,3+(5,95-1) · 0 · 21,3+8,24 · 13) = 561,72кПа .

Максимальное давление под подошвой фундамента:

p_max = N/A+g_mt d+M_y/W+q = 1010/3,23+20 · 1,9+250/1,02+0 = 594,98 кПа

Минимальное давление под подошвой фундамента:

p_min = N/A+g_mt d-M_y/W+q = 1010,595/3,23+20 · 1,9-250/1,02+0 = 106,14 кПа

p_max=594,988 кПа r 1,2 R=1,2 · 561,2 =673,44 кПа условие выполняется.

P= (Pmax+Pmin)/2= (594.98+106.14)/2=350.56 кПа<R=561.2 кПа – условие выполняется.

1.6. Вычисление  вероятной осадки столбчатого  фундамента

Осадка вычисляется  также как и для ленточного фундамента

s_{zg, 0} = g'_II d_n=21,3 · 1,9 = 40,47 кПа .

s_{zg, 1} = g'_II d_n+Sg₁h₁ = 21,3 · 1,9+23,43 = 63,9 кПа

s_{zg, 2} = g'_II d_n+Sg₂h₂ = 21,3 · 1,9+130,93 = 171,4 кПа

s_{zg, 3} = g'_II d_n+Sg₃h₄ = 21,3 · 1,9+339,93 = 380,4 кПа

 

s_{zp, 0} = p =387,3408 кПа .

Осадка фундамента S равна 46,49 мм,  нормативное значение S_u=80 мм.

Осадка допустимая.

2.Расчет и конструирование свайных фундаментов

2.1. Свайные  фундаменты .

Основные  положения  по  расчету  и  проектированию  свайных  фундаментов.

Свайные фундаменты рассчитываются  в соответствии  с требованиями  СНБ 5.01.01-99  по  двум  предельным  состояниям:

- по  предельному   состоянию  первой  группы ( по  несущей  способности):  по  прочности – сваи  и  ростверки,  по  устойчивости – основания  свайных  фундаментов;

- по  предельному   состоянию  второй  группы ( по  деформациям ) – основания   свайных  фундаментов.

Глубина  заложения  подошвы  свайного  ростверка  назначается  в  зависимости  от:

• наличия  подвалов  и  подземных  коммуникаций;
• геологических  и  гидрогеологических  условий  площадки  строительства  ( виды  грунтов,  их  состояние,  положение  подземных  вод  и  т. д. );
• возможности  пучения  грунтов  при  промерзании.

 

 

Описание  грунтов	Мощность  слоя, м
Рыхлый  насыпной грунт из мелкого песка  с органическими  примесями g=13 кН/м3  j=12°	2.0
Ил  коричневый  водонасыщенный Jl=0.6,  g=14(8) кН/м3,  j=10°	4,0
Супесь  пылеватая   Jl=0.4, g=17(11) кН/м3,Е=8000 кПа, j=25°,  С=20 кПа	3,0
Глина  Jl=0.2,   g=21 кН/м3, Е=20000 кПа, j=20°,  С=100 кПа	12,0
Горизонт  подземных  вод  от  поверхности земли ,  м	1,5

 

 

Расчет и конструирование  свайных фундаментов.

Прежде  всего  необходимо  выбрать  тип  сваи,  назначить  ее  длину  и  размеры  поперечного  сечения.  Длину  сваи  назначают  такой,  чтобы  ее  острие  было  заглубленно  в  плотный  слой  грунта  не  менее  чем  на  1 м. Принимаем забивные железобетонные  сваи,  квадратного сечения  размером  300х300 мм.

Несущая  способность  F_d  ( в кН ) сваи трения  по  грунту  определяется  как сумма сопротивления грунта  основания под нижним  концом  сваи  и по её  боковой поверхности:

  F_d=g_c×( g_cr×R×A+U×åg_cf×f_i×l_i ),

Где  g_c –коэффициент  условий  работы  сваи  в  грунте.

g_cr   и g_cf  -  коэффициенты  условий работы  грунта  соответственно  под нижним  концом  и  по  боковой  поверхности  сваи ( методические указания );  для  свай,  погруженных  забивкой  молотами,  g_cr =1.0 и g_cf =1.0;

А – площадь  опирания  на  грунт  сваи,  в  м²,  принимаемый по  площади поперечного  сечения  сваи 0,3х0,3=0,09 м2;

R – расчетное сопротивление грунта  под нижним  концом  сваи,  кПа;

U – периметр  поперечного сечения сваи,  м 0,3х4=1,2 м;

Полная длина сваи : l=l₁+l₂+l₃.

 l₁-глубина заделки сваи в ростверк ( =0,05 м),

l₂-расстояние от подошвы плиты до кровли несущего слоя ( =8,5 м),

l₃-заглубление в несущий слой ( =1,3м),

l=0,05+8,5+1,3=9,85 м . Принимаем l_cв=10 м .

f_i – расчетное сопротивление  i-го  слоя  грунта  основания по  боковой поверхности сваи,  кПа;

l_i – толщина i-го  слоя  грунта,  м. 

F_d=1×( 1×5100×0,09+1,2×(17*2+21*2+49*2+50*1+79*1,5))=870 кН.   Расчетная  нагрузка    Р,  допускаемая  на  сваю, определяются  из  зависимости:                                   

                               P= F_d/g_к

            где  g_к – коэффициент надежности, зависящий от способа определения несущей способности сваи, принимаемый равным  1,4.

        P=870/1,4=621,4 кН

Определим количество свай в кусте.

N=1400 кН,   n_св=N/P=1400/621.4=2,3 принимаем ростверк на 3-х сваях

Расчет  основания  свайного  фундамента  по  деформациям

При  расчете  осадки  свайный  фундамент  рассматривается  как  условный  массивный  фундамент,  в  состав  которого  входят  ростверк,  сваи  и  грунт.

Длина условного фундамента определяется   

L=m+2*h*tg(j_ср/ 4), где         

j_ср =(j₁×h₁+ j₂×h₂+j₃×h₃ +j₄×h₄)/( l₁ + l₂ +l₃ +l₄)

j_ср =(12*2+10*4+25*3+12*20)/(2+4+3+12)=18,05

m – расстояние  между  внешними  плоскостями  свай,  м;

 lсв – длина сваи, м;

Вусл=1.3+2*10*tg(18,05/4)=3,15 метра.

Далее расчёт осадки условного  фундамента выполняется как для  фундамента на естественном основании.

Давление  Р  в кПа по  подошве условного фундамента  определяется  с учетом  веса  условного  массива:

P=N _d1 /А

Где  A – площадь подошвы условного фундамента,  м²;

           N_d1 – суммарный вес условного массива и нагрузок,  приложенных на  уровне  обреза  ростверка,  кН.

           N_d1=N₀+G₁+ G₂+ G₃ .

Здесь  N₀ – нагрузка,  приложенная на  уровне  обреза  ростверка;

               G₁ – вес ростверка;

G₁ = 1,1*1,5*1,5*22=54,45 кН.

           G₂ – вес  свай;

G₂ = 0,3*0,3*10*22=19,8   кН.

               G₃ – вес  грунта  в  объеме  выделенного  условного  массива.

G₃ = 1,5*1,5*(21*1,5+11*3+8*4+9*2)=1136,12  кН

                      N_d1=1400+54,45+19,8+1136,12=2610,4  кН.

P=2610,4/7,946=328,5 кН

R=1.2*1.1*×[0.51*1*1,5*18+3,06*(1.1+10)*11.5+5.66*100]=1280,9 кПа,

P=328,5  кПа <R=1280,9 кПа

Условие  выполняется.

Вычисление  вероятной  осадки  свайного  фундамента

Расчет  осадки  фундамента  производится  по  формуле:

               S<S_u  ,

Где  S – конечная  осадка  отдельного  фундамента,  определяемая расчетом;

S_u – предельная  величина  деформации  основания  фундамента  зданий  и  сооружений,  принимаемая  по  нормам.

Определим  осадку  методом  послойного  суммирования.  Расчет  начинается  с  построения  эпюр  природного  и  дополнительного  давлений.

Ординаты  эпюры  природного  давления  грунта:

                   _n

          s_zg=åg_i×h_i ,

                   ⁱ⁼¹

          s_zр=a×P₀

   P₀ = 328,5-120.5=208,0 кПа.

Расчет осадки свайного фундамента  и распределение напряжений в грунте приведем в таблице.

z	x	a	szр, кПа	E	Si, м
0	0.0	1.000	158.93	20000
0,63	0.2	0.960	152.57		0.0039
1,26	0.4	0.800	127.144		0.0035
1,89	0.6	0.606	96.311		0.0028
2,52	0.8	0.449	71.36		0.0021
3,15	1.0	0.336	53.4		0.0016
3,78	1.2	0.257	40.85		0.0012
4,41	1.4	0.201	31.94		0.00092
5,04	1.6	0.160	25.4		0.00072
5,67	1.8	0.130	20.66		0.00058
6,3	2.0	0.108	17.16		0.00048
					0,0178 м

 

3.  Реконструкция фундаментов мелкого и глубокого заложений.

Основными причинами усиления фундаментов  являются:

¾ ослабление тела фундамента при выветривании и разрушении кладки или связующего;

¾ разрушение кладки при динамических воздействиях;

¾ недостаточная прочность фундаментов с малым их армированием при работе на изгиб, продавливание или раскалывание в связи с увеличением нагрузок;

¾ недостаточное расчетное сопротивление грунта под подошвой фундамента из-за уменьшения глубины его заложения или ухудшения свойств грунта;

¾ увеличение нагрузок на фундаменты;

¾ перераспределение силовых воздействий на фундамент и изменение давлений под краями его подошвы;

¾ выполнение горнопроходческих работ вблизи или под существующими фундаментами;

¾ недостаточная прочность ростверков по головам свай;

¾ низкая несущая способность свай и других типов фундаментов по грунту при их заглублении в малопрочные грунтовые напластования;

¾ уменьшение сопротивления грунта на боковой поверхности свай и других фундаментов за счет отрицательного трения или его срыва в силу возникновения контактной фильтрации, а также при динамических воздействиях;

¾ разрушение готовых свай при забивке, вибропогружении или срубке, а устраиваемых на месте (набивных, буроинъекционных и др.) за счет дефектов при нарушениях технологии изготовления;

¾ потеря устойчивости основания при ухудшении свойств грунтов или за счет чрезмерных поперечных усилий, особенно под влиянием фильтрационных сил.

Техническое состояние фундаментов  до их усиления следует оценивать  по проценту их износа:

¾ хорошее ¾ износ до 20 %;

¾ удовлетворительное ¾ износ от 21 до 40 %;

¾ плохое ¾ износ от 41 до 60 %.

К наиболее распространенным методам усиления существующих фундаментов и вариантам их осуществления относятся:

а) Укрепление тела фундамента за счет устройства железобетонных обойм, упрочнения кладки путем оштукатуривания или создания защитного цементно-каменного кожуха по боковым поверхностям и под подошвой фундамента за счет контактной фильтрации при закачке раствора через наклонные скважины, либо заделки трещин и незаполненных связующим швов при закачке цементного раствора через погружаемые в швы трубки. Данный метод применяется при плохом состоянии кладки, как правило, независимо от свойств грунта основания.

б) Увеличение размеров фундаментов мелкого заложения и подводка под них новых конструктивных элементов:

¾ с увеличением опорной площади фундаментов без изменения глубины заложения путем устройства по периметру их подошв приливов-башмаков из бетона и монолитного или сборного железобетона;