Проектирование фундаментов под 7-этажное здание в открытом котловане

f₁=45.6кПа

Для слоя III – пески мелкие, плотные, маловлажные на средней глубине расположения слоя z₂=3.5м:

f₂=36.5кПа

Для слоя IV – пески средней крупности, средней плотности, насущ. водой на средней глубине расположения слоя z₃=4.7м:

f₃=55.1кПа

Для слоя V –суглинки тугопластичные с I_L =0.375 на средней глубине расположения слоя z₄=6.3м:

f₄=34.0кПа

Для слоя V –суглинки тугопластичные с I_L =0.375 на средней глубине расположения слоя z₅=8.3м:

f₅=35.9кПа

Для слоя V –суглинки тугопластичные с I_L =0.375 на средней глубине расположения слоя z₆=9.75м:

f₆=36.7кПа

 

Тогда несущая способность сваи будет:

Расчетная нагрузка на сваю:

_.

 

Определение необходимого числа свай в свайном фундаменте, размещение их в плане, определение плановых размеров ростверка и его высоты

 

Необходимое число свай определяется по формуле:

, где 

N_I =358.8 кН - нагрузка по первому предельному состоянию по Таблице 1;

- сторона сваи;

- высота ростверка и надростверковой конструкции, нагрузка от которых не вошла в расчет при определении

- средний удельный вес грунта  и бетона над ростверком 

Тогда требуемое количество свай будет:

 

 

Определяем  расстояние α между осями свай

 

Размеры ростверка составляют:

Ширина  b_р=1м, высота h_p=0.5м

Расчет одиночной  сваи в составе фундамента по I группе предельных состояний (по несущей способности грунта основания сваи).

Вычисление  фактической нагрузки F, передаваемой на сваю.

Вес ростверка Q_р=1х1х0.5х24=12кН

Вес надростверковой конструкции (одного п.м. стены подвала) Q_нк=(0.6х0.6х3х1)х22+(0.64х0.3х1)х18=23.76+3.46=27.22кН

Общий вес ростверка и надростверковой конструкции Q=12+27.22=39.22кН

Вес грунта на внешнем обрезе ростверка  G_гр=1.8х0.2х17=6.12кН

Пригрузка внутреннего обреза ростверка бетон. полами подвала G_п=0.2х0.2х1х22=0.88кН

Общий вес G пригрузки ростверка грунтом и полом подвала G=6.12+0.88=7кн

 

Расчетная допускаемая нагрузка на сваю:

_{460.3>429 – условие не выполняется, следовательно увеличиваем число свай n=1}

_{414<429 – условие выполняется}

 

Рис. 4.

 

Определение среднего вертикального давления р под подошвой условного фундамента и проверка выполнения условия р≤R

 

А_усл.=b_усл. х1пог.м.= b_усл.=2d/2+2l_свхtgφ_ср/4+С_р

Где d=0,03- диаметр (сторона) сваи,м

l_св=7,9- длина сваи ,м

φ_ср/4=21.9/4=5.47 ^o

tg5.47 ^o =0,096

 

С_р=0, так как однорядная

b_усл.=0.3+2х7.9х0.096=1.82м

Объем условного свайного фундамента:

V_усл.=1,82х9,95=18,11 м³

Объем ростверка:

V_р=0,5х1,0х1=0,5 м³

Объем стеновой части стены:

V=0,6х1,8 =1,08м³

V_чпп=0,2х0,61х1 =0,122м³

V_чп=0,61х1,6х1 =0,976м³

Объем грунта V_гр.усл.=18.11-0.5-0.122-0.976=16.51 м³

Принимается, что G_гр.усл.= V_услхγ_ср=(V_гр.усл.-V_св)хγ_ср^упл

 

Общий вес  ростверка и надростверковой конструкции Q=12+27.22=39.22кН

Вес части пола подвала  Q_чпп=0.122х22=2.68кН

Вес свай ( 1свая с рабочей длиной 7.9м, из которых 1.2м – в водонасыщенном грунте) Q_св=(0.3²(7.9-1.2)х24+0.3²х4.65(24-10))х1=20.33кН

Вес грунта в объеме условного  фундамента Q_гр=V_гр.усл. γ_{II,ср.усл.}

 

γ_{II,ср.усл.=}

 

G_гр.=16.51х18.18=300кН

Среднее давление p под подошвой условного фундамента

 

Вычисляем расчетное сопротивление  R для суглинка тугопластичного (V-слой), залегающей под подошвой условного фундамента:

 

 

Kz=1 (так как ширина ленточного фундамента b≤10м)

b=1820 мм

d₁=h_s+h_sfx(γ_cf/γ_II’)= 8.4+0,2х(22/18,18)=8,64 м

d_B=1,6 м

 

 

 

Условие выполняется.

 

 

 

 

Определение размеров конструктивных элементов  свайного фундамента под колонну  и разработка его конструкций.

 

Выбираем  сваю С80.30 сечением 30х30см. длиной 8м. Рабочая длина сваи 7.9м., свая заглублена в V слой - суглинок тугопластичный на 4.9м.

 

 

Рис. 6.

Определение необходимого числа свай в свайном фундаменте, размещение их в плане, определение плановых размеров ростверка и его высоты

Необходимое число свай определяется по формуле:

, где 

N_I =1154.4 кН - нагрузка по первому предельному состоянию по Таблице 1;

- сторона сваи;

- высота ростверка и надростверковой конструкции, нагрузка от которых не вошла в расчет при определении

- средний удельный вес грунта  и бетона над ростверком 

Тогда требуемое количество свай будет:

 

Принимаем 4 сваи.

 

Размеры ростверка составляют:

Ширина  b_р=0,1х2+0,9+0,3=1,4м,  высота h_p=0.5м

Рис.7.

 

Вычисление  фактической нагрузки F, передаваемой на сваи.

Вес ростверка Q_р=1.4х1.4х0.5х24=23.52кН

Вес надростверковой конструкции

Q_нк =(0.4х0.4х2.3)х24+(0.9х0.9х0.8)х24=

=8,83+15,55=24,38кН

Общий вес ростверка и надростверковой конструкции Q=23.52+24.38=47.90кН

Общий вес G пригрузки ростверка грунтом и полом подвала G=(1.4х1.4-0.4х0.4)х0.2х22=7.92кН

 

Расчетная допускаемая нагрузка на сваю:

_{305.4<429 – условие выполняется}

 

 

Определение среднего вертикального давления р под подошвой условного фундамента и проверка выполнения условия р≤R

А_усл.=b² _усл.

 b_усл.=2d/2+2l_свхtgφ_ср/4+С_р

Где d=0,03- диаметр (сторона) сваи,м

l_св=7,9- длина сваи ,м

φ_ср/4=21.9/4=5.47 ^o

tg5.47 ^o =0,096

 

С_р=0.9м

b_усл.=0.3+2х7.9х0.096+0.9=2.72м

А_усл.=2.72²=7.4м²

Объем условного свайного фундамента:

V_усл.=7.4х8,15=60,3 м³

V_р=0,5х1,4х1.4=0,98 м³

V_св=0,3² х7,9х4=2,84 м³

 

 

Объем грунта V_гр.усл.=60.3-0.98-2.84=56.48 м³

Принимается, что G_гр.усл.= V_услхγ_ср=(V_гр.усл.-V_св)хγ_ср^упл

 

Общий вес  ростверка и надростверковой конструкции Q=47.9кН

Вес части пола подвала  Q_чпп=1.15х22=5.1кН

Вес свай ( 1свая с рабочей длиной 7.9м, из которых 1.2м – в водонасыщенном грунте) Q_св=(0.3²(7.9-1.2)х24+0.3²х4.65(24-10))х4=20.33х4=81.32кН

Вес грунта в объеме условного  фундамента Q_гр=V_гр.усл. γ_{II,ср.усл.}

 

γ_{II,ср.усл.=}

 

G_гр.=56.48х18.18=1026.8кН

Среднее давление p под подошвой условного фундамента

 

Вычисляем расчетное сопротивление  R для суглинка тугопластичного (V-слой), залегающей под подошвой условного фундамента:

 

 

     

Kz=1 (так как ширина ленточного фундамента b≤10м)

b=2720 мм

d₁=h_s+h_sfx(γ_cf/γ_II’)=  8.15+0,2х(22/18,18)=8,39 м

d_B=1,6 м

 

 

 

Условие выполняется.

 

 

 

 

5. Расчет оснований фундаментов мелкого заложения и свайных по второй группе предельных состояний - по деформациям.

 

Ленточный фундамент.

Расчет стабилизационной осадки методом послойного суммирования

_{а) Вычисление ординат  эпюры природного давления}    

_{На границе  I и II слоев:}  

_{На отметке подошвы фундамента:}  

_{На границе  II и III слоев:}  

_{На границе  III и IV слоев:}

_{На границе  IV и V слоев:}  

_{с учетом давления толщи воды}  

_{В V слое на глубине 2.85м}

_{В V слое на глубине 3м}

_{В V слое на глубине 3.82м}

_{В V слое на глубине 4м}

 

вычитание ординат  вспомогательной эпюры 0,2 σzg,i   

Таблица 9

 

	30.6	36.9	53.7	76.38	87.66	98.66	153.18	156.0	171.7	175.2
0,2*	6.12	7.38	10.74	15.27	17.53	19.73	30.63	31.2	34.34	35.04

 

 

_{б) Вычисления ординат  эпюры дополнительного  давления}    

Сначала вычисляется верхняя  ордината эпюры σ_zp0 непоср. под подошвой фундамента при z = 0:

 

Затем вычисляются  другие ординаты по формуле  для различных глубин zi откладываемых от подошвы фундамента. Коэффициенты αi для условий данного примера берутся в зависимости от отношения длины фундамента стены l к ширине фундамента b, то есть =71.2/1,4>10 (принимается по последней колонке таблицы) Вычисления удобно вести в табличной форме

 

                                                                                                          Таблица 10

 

			кПа	Слои
0	0	1	213.7	II-Супесь твердая
1.143	0.8	0.77	164.5
2	1.4	0.55	117.5	III- песок мелкий, плотный, маловлажный
2.86	2	0.41	87.62
3.7	2.6	0.33	70.5	IV- песок средней крупности, средней плотности, насыщ. водой
4.57	3.2	0.27	57.7
5.27	3.7	0.23	49.1	V- суглинок тугопластичный
6	4.2	0.208	44.4
7.4	5.2	0.171	36.5
8.64	6.05	0.146	31.0
8.86	6.2	0.14	29.9
10	7.02	0.126	26.9

 

 

 

 

_{Из  рис. 4. Высота сжимаемой толщи H=6.05м}

 

 

Рис. 4. Эпюра природного и дополнительного давлений

 

Вычисление деформационных характеристик слоев грунта основания.

 

После вычисления ординат  и построения эпюр природного σ_zg , 0,2σ_zg и дополнительного σ_zp давлений появилась возможность увидеть, каким было в середине каждого (i-го) грунтового слоя давление σ_zg,i от собственного веса вышележащей толщи грунтов в природном состоянии и каким стало полное давление σ_z^полное=σ_zg +σ_zp , когда к природному давлению добавилось давление

σ_zp от построенного сооружения. Это позволяет получить интервал изменения напряжения и соответствующий ему интервал изменения коэффициентов пористости e по компрессионной кривой или осадки s по графику испытаний штампом, которые необходимы для расчета деформационных характеристик грунта m_o , m_v , Е

 

 

Компрессионные испытания грунта отобранного на глубине заложения 2 м. – II слой "Супесь твердая".

 

;            , где

-  коэффициент сжимаемости

-  коэффициент относительной  сжимаемости

е - коэффициент пористости

- вертикальные напряжения

-  коэффициент,учитывающий отсутствие поперечного расширения грунта:

 для песков и супесей  = 0,74 ; для суглинков = 0,62 ; для глин = 0,40

Е - модуль общей (линейной) деформации

                      , e₁=0.454; e₂=0.447;

 

           _{Модуль деформации:}

 

Компрессионные испытания грунта отобранного на глубине заложения 3.5 м. – III слой "Песок мелкий, плотный, маловлажный".

 

                      , e₁=0.526; e₂=0.521;

            _{Модуль деформации:}

 

 

 

Штамповые испытания  грунта отобранного на глубине заложения 4.5 м. штампом d=27,7см – IV слой "Песок средней крупности, средней плотности, насыщенный

водой"

                  

 

 

                  

S₁= 0,52мм                                                       S₂= 1,04мм

 

 

;            , где

d -  диаметр штампа

S -  осадка