Строительство ДОЦ в п.Береговом

3. ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ

 

Таблица 3.1. Физико-механические свойства грунтов

 

Наименование грунта	Мощность слоя, м	ρ, кН/м3	ρs, кН/м3	W, %	Wl, %	Wp,  %	φ	c, кПа	μ	Кф, см/сек	Р, МПа	S, см
Растительный слой	0,9 – 1,0	16,4	-	12	-	-	-	-	-	-	-	-
Супесь	4,5 – 5,2	16,3	26,7	18	20	14	20˚	5	0,3	4,8·10 -6	0,1	0,52
											0,2	1,04
											0,3	1,56
											0,4	2,6
Песок мелкий	6,2 – 7,4	18,9	26,5	20	-	-	-	-	0,28	5,1·10-5	-	-
Суглинок полутвердый	18,0 – 16,0	19,7	27,0	19	42	16	-	-	0,4	6,7·10 -7	-	-

 

 

3.1. Анализ инженерно-геологических условий площадки

 

Геологический разрез

 

Рис.3.1. Геологический разрез площадки

 

По основным физическим  характеристикам и классификационным  показателям грунтов площадки определяются физико-механические характеристики грунтов площадки, обеспечивающие возможность определения расчетного сопротивления и деформации оснований, а именно:

1) для пылевато-глинистых  грунтов (супесь, суглинок) определяются:

Супесь

- число пластичности грунта по значениям влажностей на пределе текучести и раскатывания

I_p = W_l - W_p = 0,20 – 0,14 = 0,06                             (3.1)

-   коэффициент пористости грунта

              (3.2)

где    r_s - плотность минеральных частиц   

W - природная влажность 
r - природная плотность 

-   показатель текучести грунта

                               (3.3)

по значению которого устанавливается состояние  водонасыщенного пылевато-глинистого грунта.

Если в геологическом  разрезе имеются ненормируемые песчаные грунты (рыхлый песок), то для i-того слоя прочностные характеристики j, С принимаются по данным непосредственного определения их в лабораторных или в полевых условиях (указано в задании), а модуль деформации Е (МПа) определяется по данным испытания грунта пробной нагрузкой по формуле:

 МПа   (3.4)

 

где m - коэффициент боковой деформации  (коэф.Пуассона);

Р - удельное давление на штамп (принимается по заданию в пределах прямой пропорциональности осадки от нагрузки;

А - площадь штампа (А = 5000 см²);

S - осадка штампа от действия нагрузки Р;

d - диаметр круглого штампа площадью А = 5000 см²   ( d = 79 см)

 

 

Суглинок

- число пластичности грунта по значениям влажностей на пределе текучести и раскатывания

I_p   = W_l - W_p = 0,42 – 0,16 = 0,26                            (3.5)

 

-     коэффициент пористости грунта

                     (3.6)

где    r_s - плотность минеральных частиц   

W - природная влажность 
r - природная плотность 

 

-     показатель текучести грунта

,                             (3.7)

по значению которого устанавливается состояние  водонасыщенного пылевато-глинистого грунта.

По определенным физическим характеристикам и классификационным показателям грунта по табл. 2 и 3 приложения I. СНиП 2.02.01.03 определяются прочностные характеристики и деформационные грунта j', С (кПа), Е (кПа) и заносим в таблицу 3.2.

 

2) для песчаных  грунтов (песок мелкий) определяются:

- коэффициент  пористости е 

                          (3.8)

- степень влажности  грунта

                                (3.9)

по значению которой устанавливают состояние грунта при степени влажности

 

Таблица 3.2. Характеристики грунта

Хар-ки Наим.слоя	g, кН/м3	gs, кН/м3	C, кПа	j, град	E, МПа
Растительный слой	16,4	-	-	-	-
Супесь	16,3	26,7	5	20	24,34
Песок мелкий	18,9	26,5	2	30,8	25
Суглинок  полутвердый	19,7	27,0	32,2	24,2	23

 

По вычисленным  физико-механическим характеристикам  и классификационным показателям грунта по табл.1 прил.1 СНиП 2.02.01-83 определяются прочностные и деформационные характеристики грунта С, j, Е и заносим в таблицу 3.1.2.

Все вычисленные  и определенные физико-механические характеристики грунтов напластований заносятся в сводную таблицу физико-механических характеристик грунтов площадки. 

 

3.2. Расчёт свайных фундаментов.

 

3.2.1. Выбор глубины заложения ростверка.

 

Определение глубины заложения ростверка зависит от нескольких факторов:

• Глубины промерзания грунта:

Нормативная глубина сезонного  промерзания грунта определяется по формуле:     

м,

где   M_t - коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе по СНиП 2.01.01-82 "Строительная климатология и геофизика" (для Омска M_t = -71,2).

             d₀ - величина в метрах, принимаемая равной:

• для суглинков и глин - 0,23 м;
• для супесей, песков мелких и пылеватых  - 0,28 м;
• для песков средней крупности, крупных и гравелистых -  0,30 м;
• для крупнообломочных грунтов  - 0,34 м.

 

Расчетная глубина  сезонного промерзания грунта определяется:

 м                           (3.10)

где   k_h - коэффициент учитывающий влияние теплового режима сооружения и принимаемый по таблице №1 СНиП 2.02.01-83*.

Глубина заложения  фундаментов по первому фактору (глубине промерзания) определяется по формуле:

м;                                         (3.11)

• Наличие конструктивных особенностей.

В нашем случае подвальных помещений нет, поэтому

• Глубина заложения ростверка.

Учитывая все перечисленные  условия, принимаем глубину заложения ростверка d_р = 1,15 м, исходя из кратности ростверка по высоте 15 см.

Под ростверк засыпаем песчаную подушку глубиной 0,8 метра.

Принимаем шарнирное  соединение ростверка и сваи. Голова сваи заходит в тело ростверка на 5 – 10 см Принимаем для расчёта 10 см.

Тогда отметка головы сваи – -1,10 м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.2.2. Выбор несущего слоя.

 

Считаем, что несущим  слоем будет суглинок полутвердый, поэтому, прорезая слой супеси и мелкого песка, заглубляем сваю в слой суглинка до отметки -9,10 м (для применения стандартной длины сваи). При этом длина сваи равна h_св = 8 м.

Под нижним концом сваи находится  сжимаемый грунт (Е < 50 МПа). Дальнейший расчёт ведём как для висячей сваи. Принимаем железобетонную забивную сваю квадратного сечения сечением 30 х 30 см.

 

3.2.3. Расчёт свайного фундамента

3.2.3.1. Определение несущей способности сваи.

,                           (3.12)

где  n – количество слоёв с одинаковыми силами трения по длине сваи;  

        γ_с – коэффициент условий работы ( γ_с = 1);

        γ_сr и γ_сf - коэффициенты условий работы под подошвой сваи и по боковой поверхности, зависят от условий изготовления или погружения сваи. (γ_сr = 1 и γ_сf = 1);

       А  – площадь сечения сваи;

       R – расчётное сопротивление под подошвой сваи, зависит от длины сваи и грунта. (R = 6784 кПа);

       U – наружный периметр поперечного сечения сваи, м;

       l – расстояние от середины слоя до поверхности земли;

       f  - расчётное сопротивление по боковой поверхности сваи, зависит от l (принимается из СниПа).

 

Таблица 3.3. Расчётные сопротивления по боковой поверхности свай

Слой грунта	hi , м	li ,м	fi, кПа	hi × fi , кН/м
Супесь	0,967	2,433	9,06	8,76
	0,967	3,4	10,32	9,98
	0,967	4,367	11,47	11,09
Песок (мелкий)	0,975	5,337	40,67	39,65
	0,975	6,312	42,31	41,25
Суглинок (полутвердый)	1,025	7,312	60,62	62,14
	1,025	8,337	62,51	64,07
				236,95

 

 кН

 

3.2.3.2. Расчётная нагрузка на сваю

Определяем по формуле:

 кН.                              (3.13)

где γ_к  – коэффициент  запаса. Для расчёта он равен 1,4; для полевых испытаний - 1,25.

Определим  необходимое  количество свай в фундаменте по формуле:

                    (3.14)

Принимаем целое число свай – n = 4 шт.

где N – заданная нагрузка на фундамент, для данной колонны N = 1918,51 кН

 

 

3.2.3.3. Расположение свай в плане, требования к конструированию ростверка.

 

Расстояние между осями  свай должно быть не меньше трёх диаметров  сваи. Т.е. в нашем случае это расстояние составляет 1,2 м.

Рис.3.3. Размеры ростверка в плане

(пунктиром схематично показано  расположение баз ветвей колонны)

 

 Далее в соответствии с ниже приведенными требованиями к размерам рассчитываем размеры ростверка в плане.

К размерам ростверка  предъявляются следующие требования:

• все размеры по высоте должны быть кратны 15  см;
• все размеры в плане должны быть кратны  10 см;
• нижняя ступень не может быть меньше 600 мм, все остальные – 300 (450) мм толщиной.

Рис.3.4. Нормативные допуски смещения сваи (слева) и принятые значения (справа)

 

 

3.2.3.4. Фактическая нагрузка на сваи, назначение вертикальных и горизонтальны размеров фундамента

 

Согласно требованиям  СНиП, для фактической нагрузки должно выполняться следующее условие:

N_ф1 < P,                                                     (3.15)

,                                        (3.16)

где N_ф1 – усилие в наиболее нагруженной свае;

        у – расстояние (координата) от главной оси ростверка до оси, наиболее нагруженной сваи;

        y_i – расстояния (координаты) от оси каждой сваи до главной оси ростверка.

Рис.3.5. Фактическая нагрузка на фундамент (максимальной усилие на сваю 1)

 

В нашем случае формула примет вид:

 кН              (3.17)

N_ф1 = 620,76 кН < Р = 639,2 кН, условие выполняется.

 

Назначаем следующие размеры для  ростверка:

 Рис.3.6. Размеры фундамента, принимаемые к дальнейшим расчетам

 

 

 

 

Расчёт ростверка как  железобетонной конструкции.