Проектирование фундаментов под 7-этажное здание в открытом котловане

,                                 

>1%

Число пластичности превышает значение 1% , следовательно, данный грунт считаем глинистым.

Разновидность по числу пластичности

Число пластичности лежит в пределах , следовательно, данный глинистый грунт имеет разновидность суглинок (приложение таблица 5).

Разновидность грунта по показателю текучести

,                                           

Показатель  текучести лежит в пределах , следовательно, данный суглинок является тугопластичный (приложение таблица 6).

 

2. Коэффициент пористости грунта   

                                 

                                 

 

 

3. Расчетное сопротивление

                Таблица 7

e / IL	IL = 0	IL = 1
e1 = 0,7	R0(1,0) 250	R0(1,1) 180
e2 = 1	R0(2,0) 200	R0(2,1) 100

      

  

   

 

 

 

 

 

№ сл.	Полное наименование грунтов	γ, т/м3	γS, т/м3	IP, %	IL, %	e	Sr	R0, кПа	kФ, см/с	φ	С, кПа
1	Растительный слой	1.7	-	-	-	-	-	-	-	-	-
2	Супесь твердая	2.1	2.7	2.7	0	0.45	-	300	3х10-6	230	12
3	Пески мелкие, плотные, маловлажные	1.89	2.67	-	-	0.53	0.425	400	2х10-3	310	-
4	Пески средней крупности,  средней плотные, насыщенные водой	2.04	2.70	-	-	0.616	0.965	400	1х10-3	310 301	-
5	Тугопластичные суглинки	1.913	2.73	16.0	0.375	0.84	-	195.37	4х10-8	170	15

Таблица 8

Сводная таблица физико-механических свойств грунтов

2. Привязка сооружения к инженерно-геологическому разрезу.

 

Тип фундаментов – ленточный мелкого заложения под наружные стены и столбчатый под колонны. Грунты имеют слоистое напластование с выдержанным залеганием слоев. Исходя из приблизительной отметки заложения фундамента из конструктивных особенностей, она находится во II слое - супесь твердая , расчетное сопротивление .

 

3. Определение основных размеров и разработка конструкций фундаментов мелкого заложения.

3.1.  Определение глубины заложения  фундаментов наружных и внутренних  стен.

- Из  конструктивных особенностей сооружения: планировочная отметка принимается за +130.70 м., абсолютная отметка пола 1го этажа +131.70 м., абсолютная отметка пола подвала +129.10 м. Учитывая заглубление подошвы фундаментов от отметки поверхности пола подвала на 0.5 м., подошва фундамента мелкого заложения будет иметь отметку +128.60м., т. е. глубина заложения d=2.10 м.

d = d_в+ h_s + h_cf - h_ц = 2,2 + 0,3 + 0,2 - 0,6 = 2,1 м,

где

d_в= 2,2м- размер от чистого пола подвала до пола 1-го этажа

h_s =0,3м – величина заглубления подошвы фундамента от низа пола подвала

h_cf = 0,2- высота пола подвала

h_ц = 0,6 – высота цокольной части здания

 

- Инженерно-геологические  условия: несущий слой  – II супесь твердая, расчетное сопротивление 300кПа.

- Гидрогеологические  условия: d_WL=4.1м.

- Климатические  условия: расчетный уровень промерзания

, где  

- нормативная глубина промерзания

, где 

- коэффициент для супесей

-  безразмерный коэффициент,  численно равный сумме абсолютных  значений среднемесячных отрицательных  температур за зиму в данном  климатическом районе – г. Калуга

  Тогда нормативная глубина промерзания  будет:

- коэффициент для домов с  подвалом

Тогда расчетный уровень промерзания:

 

    

 

 

Рис.1

 

Принимаем глубину заложения фундамента под наружные стены и внутренние колонны d=2.1 м, абсолютная отметка +128.60 м.

 

3.2.  Определение   размеров  площади  подошвы   фундамента и  разработка фундаментной  конструкции.

Определение ширины ленточного сборного фундамента под наружную стену:

Площадь подошвы фундамента подбирается  из условия

, где 

-среднее давление на грунт  под подошвой фундамента от  расчетной нагрузки второго предельного  состояния,

, где 

N₂- нормативная расчетная нагрузка на колонну по второй группе предельных состояний, см. Табл. 1,

- сумма собственного веса  фундамента и веса грунтовой пригрузки, где

А=bх1 п.м.= b – площадь подошвы фундамента шириной b;

d=2.1 м. – глубина заложения подошвы фундамента;

- средний удельный вес грунта  и фундамента;

 

Основные  характеристики супеси твердой, которая является рабочим слоем.

Угол  внутреннего трения

Коэффициент пористости е=0.45

R₀=300 кПа – расчетное сопротивление

,

 

 

Где b-  ширина фундаментной плиты (м)

 

R₀=300 кПа – расчетное сопротивление слоя грунта, на который опирается подошва фундамента

d=2.1 м. – глубина заложения подошвы фундамента;

- средний удельный вес грунта  и фундамента;

N₂- расчетная нагрузка на фундамент по второй группе предельных состояний, см. Табл. 1,

Полученная  ширина подошвы ленточного  фундамента b=1,2 м является  предварительной.

 

Так как ширина определена, исходя из табличного значения  расчетного сопротивления 

 

основания. По этому размеру принимаем типовую фундаментную подушку  ФЛ 12.24-3 с

 

h_s=0,3 м, b=1200мм 

 

Проверка  расчетного сопротивления грунта основания  по II-му предельному состоянию по формуле (7) СНиП 2.02.01-83*:

, где 

g_с1 и g_с2 – коэффициенты условий работы, принимаемые по табл.3 СНиП 2.02.01-83* ,

- коэффициент для супеси твердой I_L=-0.81,

g_с2  =  1.04 - для для супеси твердой для сооружений с жесткой конструктивной схемой при отношении длины сооружения к высоте ;

k=1– коэффициент для грунтов, прочностные характеристики которых (j и с) определены непосредственными испытаниями;

М_g , М_q , M_c – коэффициенты, принимаемые по табл. 4 СНиП 2.02.01-83*для

, ,

k_z=1 – коэффициент при b<10 м.;

b – ширина подошвы фундамента

 – осредненное расчетное  значение удельного веса грунтов,  залегающих непосредственно под  подошвой фундамента во взвешенном  состоянии;

– осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента во взвешенном состоянии, определяется по формуле

 

С_II=12кПа– расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента,

d₁ – приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле

, где

– толщина слоя грунта выше подошвы  фундамента со стороны подвала;

м. – толщина конструкции пола подвала;

- расчетное значение удельного  веса конструкции пола подвала;

- осредненное расчетное значение  удельного веса грунтов, залегающих  выше подошвы фундамента во  взвешенном состоянии

 

  = 0.554м

d_b =2м – глубина подвала при ширине менее 20 м,  в нашем случае 1.6м

Тогда расчетное сопротивление грунта тогда будет:

Проверяем фактическое среднее давление  под подошвой фундамента:

 

   

 

G_f=(1.2х0.3х24+0.6х0.6х3х22+0.3х0.2х22+0.64х0.3х18)х1=31.17кН

G_g=0.3х1.8х1х18=9.72кН

 

_{Следовательно, увеличиваем подошву  фундамента.}

Принимаем типовую фундаментную подушку  ФЛ 14.24-3 с

 

h_s=0,3 м, b=1400мм

 

G_f=(1.4х0.3х24+0.6х0.6х3х22+0.4х0.2х22+0.64х0.3х18)х1=38.9кН

G_g=0.4х1.8х1х18=12.96кН

 

 

_{Определяем  разницу между  R и pII}

∆=     

Превышение  расчетного сопротивления R над средним давлением, действующим под подошвой ленточного фундамента не должно составлять более 10%. Так как оно составляет 2%, то ширина подошвы фундамента подобрана экономично.

 

 

 

Определение ширины столбчатого фундамента под колонну:

 

Площадь подошвы фундамента подбирается  из условия

, где 

-среднее давление на грунт  под подошвой фундамента от  расчетной нагрузки второго предельного  состояния,

, где 

N_II- расчетная нагрузка на колонну по второй группе предельных состояний, см. Табл. 1,

- сумма собственного веса  фундамента и веса грунтовой пригрузки, где

А=b² – площадь подошвы фундамента шириной b;

d=2.7 м. – глубина заложения подошвы фундамента;

- средний удельный вес грунта  и фундамента;

R₀=300 кПа – расчетное сопротивление слоя грунта, на который опирается подошва фундамента

Предварительная площадь подошвы фундамента подбираем  из условия

, где 

Таким образом, ширина подошвы фундамента для квадратных отдельно стоящих  фундаментов ориентировочно будет равна :

     

 

d=d₁ – приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле

, где 

– толщина слоя грунта выше подошвы  фундамента со стороны подвала;

м. – толщина конструкции пола подвала;

- расчетное значение удельного  веса конструкции пола подвала;

- осредненное расчетное значение  удельного веса грунтов, залегающих  выше подошвы фундамента во  взвешенном состоянии

 

 

 

 

 

Подбираем по каталогу сборные фундаменты под колонны 2Ф21.9-3 – фундамент типа 2Ф с подошвой размерами 2100х2100 мм, высотой 900 мм, третьей несущей способности, предназначенный для эксплуатации в неагрессивной среде.

Тогда среднее давление под подошвой фундамента будет:

кПа.

 

 

Проверка  расчетного сопротивления грунта основания  по II-му предельному состоянию по формуле (7) СНиП 2.02.01-83*:

, где 

 

 

d₁ – приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле

,

d_b =1.6м – глубина подвала при ширине менее 20 м.

 

_{Проверяем фактическое среднее  давление под подошвой фундамента:}

_{Вес фундамента 2Ф21.9-3 Qф= 53кН}

_{Собственный вес колонны 0.4х0.4м   Qк=0.4х0.4х3х24=11.52кН}

_{Собственный вес ригеля  0.4х0.4м длиной 5.6м   Qр=0.4х0.4х5.6х24=21.50кН}

_{Вес пригрузки от бетон. пола в пределах плана фун-та Gп= (2.1²-0.4²)х0.2х22=18.7кН}

 

, т. е. R>p_II меньше, чем на 14% , следовательно, фундамент 2Ф21.9-3 экономичен.

Рис.2.

 

4. Определение размеров конструктивных элементов свайного фундамента под наруж. стену и разработка его конструкций.

 

Назначение  предварительной   глубины   заложения  ростверка  d_p его высоты   h_p и решение надростверковой конструкции (стеновой части фундамента). Выбор вида свай, их длины и поперечного сечения.

 

Принимаем планировочную отметку +130.70м. Из конструктивных особенностей здания отметка верха ростверка +127.9м, d_p=2.2+0.2+0.5-0.6=2.3м. Высоту ростверка принимаем h_p=0.5м. Выбираем сваю С80.30 сечением 30х30см. длиной 8м. Рабочая длина сваи 7.9м., свая заглублена в V слой - суглинок тугопластичный на 4.9м.

 

 

Определение расчетной несущей  способности грунта основания одиночной  сваи  (несущей  способности  сваи  по  грунту) F_d и расчетной нагрузки на сваю Р_св

 

Расчетной нагрузки на сваю Рсв определяется по формуле:

, где (30)

=1.4 - коэффициент надежности

- несущая способность сваи, определяется по формуле:

, где (31)

=1- коэффициент условия работ  сваи в грунте

- коэффициенты работы грунта  соответственно под нижним концом  и боковой поверхностью сваи

- расчетное сопротивление грунта  под острием сваи при I_L=0.375 и глубине погружения нижнего конца сваи на 10.2м по таблице 22(приложение),

 =0.3×0.3=0.09м²- площадь поперечного сечения сваи,

=0.3×4=1.2м. - наружный периметр поперечного сечения сваи,

- расчетное сопротивление  -го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, принимаемое по таблице 23(приложение),

- высота  -го участка , не более 2м.

 

 

Рис.3.

Для слоя II – супеси твердой с I_L =-0.81 на средней глубине расположения слоя z₁=2.6м: