Проектирование фундаментов и расчет оснований

= -удельный вес грунта во взвешенном  состоянии;

e - коэффициент пористости грунта;

      -  удельный вес воды;

М_g, М_q, М_с — коэффициенты, зависящие от расчетного угла внутреннего трения несущего слоя грунта, равные соответственно 0,84; 4,37; 6,9;

γ_c1, γ_c2 — коэффициенты условий работы, принимаемые по табл. В.1 СНБ 5.01.01-99 равные соответственно 1,4 и 1,2;

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

1.2R = 32.34*b + 222.324

При центральном нагружении фундамента (без учета активного давления грунта):

Тогда толщина полосы ленточного фундамента шириной 1 м равна b = 1,17 м

С учетом активного давления грунта толщина полосы ленточного фундамента шириной 1м равна b = 1.56 м

Вычислим Р_max, Р_min, Р, R при b=1.7 м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. . Вычисление вероятной осадки фундаментов

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 СНБ 5.01.01-99.

Основным методом определения полной (конечной) осадки фундаментов является метод послойного суммирования. Расчет начинается с построения эпюр природного (бытового) и дополнительного давлений. На геологический разрез наносятся контуры сечения фундамента, затем от оси фундамента влево откладываются ординаты эпюр.

Природное давление s_zg  в кПа, определяется по формуле:

Величина бытового 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:

= ;

e - коэффициент пористости грунта;

      -  удельный вес воды;

;          ;

                                              

 

= кН/м3;     

= кН/м3;     

= кН/м3;

                          

 

 

 

 

Вычисляем ординаты эпюры природного давления:

 (глубина h =1,5 м)

   

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

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

Р =Р - =345.17-39=306,17 кПа,                      где

P =Р=345.17 кПа- полное давление по подошве фундамента,

= = - природное давление на уровне подошвы фундамента.

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

где a — коэффициент, принимаемый по табл.1 СНиП 2.02.01-83 в зависимости от формы подошвы фундамента, соотношения сторон прямоугольного фундамента h=l/b .

Здесь 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 грунта i-го слоя, 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:

  ;          где е₁ — начальный коэффициент пористости;

с_с — коэффициент сжимаемости, 1/кПa.

Коэффициент сжимаемости определяется по зависимости:

;              где е₁ — коэффициент пористости при нагрузке Р₁= 100 кПа

е₃ — то же, при нагрузке Р₃ = 300 кПа;

                                              

 

 

                      

                    

                            

 

 

Расчет осадки фундамента удобно выполнять в табличной форме:

 

 

 

 

 

 

 

 

z	h	ξ	α	σzg	0.2σzg	σzp	E	Si
0.0	0.3	0.00	1.000	39.00	7.80	306.17	6616.22	0.0111
0.3	0.3	0.17	0.970	46.80	9.36	296.98	6616.22	0.0108
0.6	0.3	0.33	0.871	50.19	10.04	266.67	10666.67	0.0060
0.9	0.3	0.50	0.730	53.57	10.71	223.50	10666.67	0.0050
1.2	0.3	0.67	0.585	56.96	11.39	179.11	10666.67	0.0040
1.5	0.3	0.83	0.466	60.35	12.07	142.68	10666.67	0.0032
1.8	0.3	1.00	0.369	63.74	12.75	112.98	10666.67	0.0025
2.1	0.3	1.17	0.298	67.12	13.42	91.24	10666.67	0.0021
2.4	0.3	1.33	0.247	70.51	14.10	75.62	10666.67	0.0017
2.7	0.3	1.50	0.203	73.90	14.78	62.15	10666.67	0.0014
3.0	0.3	1.67	0.169	77.28	15.46	51.74	10666.67	0.0012
3.3	0.3	1.83	0.144	80.67	16.13	44.09	10666.67	0.0010
3.6	0.3	2.00	0.123	84.06	16.81	37.66	10666.67	0.0008
3.9	0.3	2.17	0.107	87.44	17.49	32.76	10666.67	0.0007
4.2	0.3	2.33	0.094	90.83	18.17	28.78	10666.67	0.0006
4.5	0.3	2.50	0.083	94.22	18.84	25.41	10666.67	0.0006
4.8	0.3	2.67	0.073	97.76	19.55	22.35	24355.56	0.0002
5.1	0.3	2.83	0.066	101.31	20.26	20.21	24355.56	0.0002
5.4	0.3	3.00	0.059	104.86	20.97	18.06	24355.56	0.0002
5.7	0.3	3.17	0.053	108.40	21.68	16.23	24355.56	0.0002
6.0	0.3	3.33	0.048	111.95	22.39	14.70	24355.56	0.0001
6.3	0.3	3.50	0.044	115.49	23.10	13.47	24355.56	0.0001
6.6	0.3	3.67	0.040	119.04	23.81	12.25	24355.56	0.0001
6.9	0.3	3.83	0.036	122.59	24.52	11.02	24355.56	0.0001
7.2	0.3	4.00	0.034	126.13	25.23	10.41	24355.56	0.0001
7.5	0.3	4.17	0.031	129.68	25.94	9.49	24355.56	0.0001
7.8	0.3	4.33	0.029	133.22	26.64	8.88	24355.56	0.0001
8.1	0.3	4.50	0.027	136.77	27.35	8.27	24355.56	0.0001
8.4	0.3	4.67	0.025	140.32	28.06	7.65	24355.56	0.0001
8.7	0.3	4.83	0.023	143.86	28.77	7.04	24355.56	0.0001
9.0	0.3	5.00	0.022	147.41	29.48	6.74	24355.56	0.0001
								0.055

 

                Осадка фундамента S равна 55 мм,  нормативное значение S_u=80 мм.

 

Аналогичным образом определяем осадку фундамента по второму сечению  учитывая, другие геологические условия под подошвой 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 СНиП 2.02.01-83.

Основным методом определения  полной (конечной) осадки фундаментов  является метод послойного суммирования. Расчет начинается с построения эпюр природного (бытового) и дополнительного давлений. На геологический разрез наносятся контуры сечения фундамента, затем от оси фундамента влево откладываются ординаты эпюр :

природное давление в s кПа, определяется по формуле:

Величина бытового 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:

= ;

e - коэффициент пористости грунта;

      -  удельный вес воды;

;          ;

                                              

= кН/м3;     

= кН/м3;     

= кН/м3;

 Вычисляем ординаты  эпюры природного давления:

На контакте I и II  слоев(глубина h =2.0 м)

   

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

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

Р =Р - =182.32-61,17=121,15 кПа,        где

P ==Р=182,32 кПа- полное давление по подошве фундамента,

= = - природное давление на уровне подошвы фундамента.

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

где a — коэффициент, принимаемый по табл.1 СНиП 2.02.01-83 в зависимости от формы подошвы фундамента, соотношения сторон прямоугольного фундамента h=l/b .

Здесь 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 грунта i-го слоя, 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:

;    где е₁ — начальный коэффициент пористости;

с_с — коэффициент сжимаемости, 1/кПa.

Коэффициент сжимаемости определяется по зависимости:

;    где е₁ — коэффициент пористости при нагрузке Р₁= 100 кПа

е₃ — то же, при нагрузке Р₃ = 300 кПа;

Расчет осадки фундамента удобно выполнять в табличной форме:

                      

                    

                            

 

z	h	ξ	α	σzg	0.2σzg	σzp	E	Si
0.0	0.3	0.00	1.000	61.17	12.23	121.15	10666.67	0.0027
0.3	0.3	0.18	0.979	64.56	12.91	118.61	10666.67	0.0027
0.6	0.3	0.35	0.905	67.94	13.59	109.64	10666.67	0.0025
0.9	0.3	0.53	0.799	71.33	14.27	96.80	10666.67	0.0022
1.2	0.3	0.71	0.693	74.72	14.94	83.96	10666.67	0.0019
1.5	0.3	0.88	0.605	78.11	15.62	73.30	10666.67	0.0016
1.8	0.3	1.06	0.528	81.49	16.30	63.97	10666.67	0.0014
2.1	0.3	1.24	0.466	84.88	16.98	56.46	10666.67	0.0013
2.4	0.3	1.41	0.418	88.27	17.65	50.64	10666.67	0.0011
2.7	0.3	1.59	0.376	91.65	18.33	45.55	10666.67	0.0010
3.0	0.3	1.76	0.344	95.04	19.01	41.68	10666.67	0.0009
3.3	0.3	1.94	0.315	98.43	19.69	38.16	10666.67	0.0009
3.6	0.3	2.12	0.290	101.97	20.39	35.13	24355.56	0.0003
3.9	0.3	2.29	0.270	105.52	21.10	32.71	24355.56	0.0003
4.2	0.3	2.47	0.251	109.07	21.81	30.41	24355.56	0.0003
4.5	0.3	2.65	0.235	112.61	22.52	28.47	24355.56	0.0003
4.8	0.3	2.82	0.221	116.16	23.23	26.77	24355.56	0.0003
5.1	0.3	3.00	0.206	119.70	23.94	24.96	24355.56	0.0002
5.4	0.3	3.18	0.197	123.25	24.65	23.87	24355.56	0.0002
5.7	0.3	3.35	0.187	126.80	25.36	22.66	24355.56	0.0002
6.0	0.3	3.53	0.178	130.34	26.07	21.56	24355.56	0.0002
6.3	0.3	3.71	0.170	133.89	26.78	20.60	24355.56	0.0002
6.6	0.3	3.88	0.163	137.43	27.49	19.75	24355.56	0.0002
6.9	0.3	4.06	0.156	140.98	28.20	18.90	24355.56	0.0002
7.2	0.3	4.24	0.149	144.53	28.91	18.05	24355.56	0.0002
7.5	0.3	4.41	0.144	148.07	29.61	17.45	24355.56	0.0002
7.8	0.3	4.59	0.137	151.62	30.32	16.60	24355.56	0.0002
8.1	0.3	4.76	0.133	155.16	31.03	16.11	24355.56	0.0002
8.4	0.3	4.94	0.128	158.71	31.74	15.51	24355.56	0.0002
8.7	0.3	5.12	0.123	162.26	32.45	14.90	24355.56	0.0001
9.0	0.3	5.29	0.119	165.80	33.16	14.42	24355.56	0.0001
								0.024

 

Осадка фундамента S равна 24 мм,  нормативное значение S_u=80 мм.

2. Расчет и конструирование свайных фундаментов

Исходные данные.

 

Необходимо запроектировать свайные  фундаменты под здание с подвалом. Инженерно– геологические условия представлены в следующей таблице:

 

Описание грунтов	Мощность слоя грунта
Рыхлый насыпной грунт из мелкого  песка с органическими примесями ρ=1,3 (0,9) т/м3, φ=12о	1,0
Торф коричневый водонасыщенный JL=0,6,                ρ=1,2 (0,6) т/м3, φ=8о	2,0
Мелкий пылеватый водонасыщенный песок (плывун) ρ =1,5 (0,95) т/м3, φ = 15о	4,0
Супесь пылеватая JL= 0,4, ρ =1,7 (1,1) т/м3, E =8000кПа , φ =25о	4,0
Глина JL=0,2, ρ=2,1 т/м3, Е=20 МПа, φ=20о, С=100 кПа	10,0

Примечания : 1. В скобках указанна плотность грунта во взвешенном состоянии.

                        2. Мощность пласта в колонке  измеряется от кровли до его  подошвы.

1. . Расчет и конструирование свайных фундаментов

Фундаменты из забивных свай рассчитываются в соответствии с требованиями СНиП 2.02.03–85 по двум предельным состояниям:

• по предельному состоянию первой группы (по несущей способности): по прочности — сваи и ростверка, 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 (вида грунтов, их состояния, положения подземных вод.)
• глубины заложения фундаментов примыкающих зданий и сооружений;
• возможности пучения грунтов при промерзании.

 

Прежде всего необходимо выбрать  тип сваи, назначить ее длину и  размеры поперечного сечения. Длину сваи назначают такой, чтобы ее острие было заглублено в плотный слой грунта:

• в мелкие пески и супеси — не менее чем на 2,0 м;
• в пески средней крупности, твердые глины и суглинки — не менее чем на 1,0 м;
• в крупные и гравелистые пески и галечники — не менее чем на 0,5 м.