Основания и фундаменты

Аналогично п. 3.1 назначаем глубину ростверка предварительно из конструктивных соображений hp=0,5 м, получим глубину заложения ростверка dpот планировочной отметки 152,2 м по формуле: dp2,5+0,2+0,5−0,9=2,3 м, где2,5 — расстояниеототметки пола1-го этажа до пола подвала;

0,2 — толщинаполапола подвала;

0,5 — высотаростверка;

0,9 — высотацоколя (расстояниеот отм. 0.00 до отм. NL, DL).Инженерно-геологические условия и глубина промерзания при назначении глубины заложения ростверка в данном случае не учитываются. Полученную при dр=2,3 м отметку подошвы ростверка и соответственно дна котлована 150,8 м. Выбираем типовую железобетоннуюзабивнуюсваюдлинной l5,0 м, квадратного сечения 30×30см марки С50.30 (ГОСТ 19 804.

1−79), укоторой нижнийконецзабиваетсявпесок средней крупности на глубину1,25 м. Заделкусваив ростверк, так как нагрузкацентрально приложенная, принимаем минимальной, равной0,1 м. По способу работы в грунте принимаем висячие сваи, работающие за счет трения по боковой поверхности и сопротивления под нижним концом. Несущая способностьпо грунту одиночной забивной висячейсваи определяется по формуле: Fd c (CR RAucffihi), где γскоэффициент условий работы сваи в грунте, принимаем равным 1;γcr- коэффициент условий работы грунта под нижним концом сваи, учитывающий влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления грунта; принимается по табл. 7.4[7]; при погружении сплошных с закрытым нижним концом свай молотами равен 1;R — расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, определяемое по табл.

7.2 [7]; в зависимости от вида грунта под нижним концом сваи и глубины погружения нижнего конца сваи. Для песка средней крупности при глубине погружения сваи 7,2 м R=7327 кПа. A — площадь поперечного сечения сваи, А=0,09 м²;u — наружный периметр поперечного сечения сваи, и=1,2 м;γcf — коэффициенты условий работы грунта на боковой поверхности сваи, учитывающий влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления грунта; принимается по табл. 7.4 [7], при погружении сплошных с закрытым нижним концом свай молотами γcf=1;fi — расчетное сопротивление і - го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, определяемое по табл. 7.3 [7], методом интерполяции; при определении расчетных сопротивлений грунтов на боковой поверхности сваи пласты грунтов следует расчленять на однородные слои толщиной не более 2 м. hi -толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м. Разбиваем грунты основания на слои в пределах погружения свай под стены 4,7:h1=0,45 м; h2=1,6 м; h3=1,6 м; h4=1,25 м. Расстояние от планировочной поверхности до центров слоев: z1=2,525 м; z2=3,55 м; z3=5,15 м; z4=6,575 м. По интерполяции в зависимости от вида грунта по табл. 7.3 СП 24.

13 330.

2011 «Свайные фундаменты» определяем сопротивление по боковой поверхности:

Таблица 3.

3.1Слойhi, мzi, мfi, кПаII0,452,52 545,15III1,63,5510,511,65,1512,14IV1,256,57 559,15Fd =1(1· 7327·0,09+1,2·1(45,15·0,45+10,51·1,6+12,14·1,6+59,15·1,25)=816 кН. Расчетнаянагрузка, допускаемаяна сваюпо грунту, составит:kкоэффициент надежности по грунту,k 1,4.Необходимое количествосвай определяетсяприближенно по формуле:

где NI =442,8 кН/пог.

м -расчетнаянагрузкадлярасчетапопервомупредельномусостоянию;

8 d2 — осредненная грузовая площадь вокруг сваи, с которой передается нагрузка от собственного веса ростверка, надростверковой конструкции и грунтовой пригрузке на ростверке; d — диаметр (сторона) квадратной сваи м;h — высота ростверка истеновой части фундамента (надростверковой конструкции);сpсредний удельный вес материала ростверка, надростверковой, конструкции и пригрузки грунтомна ростверке, принимаемый равным cp20кН/м3.Рис. 3.

3.1. Схема к определению несущей способности сваи под стены 4,7Расчетное расстояние между осями свай на 1 пог.

м. стены:

Так как ар>3d, принимаем однорядное расположение свай. Расстояние между сваями в продольном направлении принимаем ар=1,2 м (рис. 3.

3.2). Ширина монолитного ростверка bр=0,3+(0,3d+0,05)2=0,3+(0,3· 0,3+0,05)·2=0,58 м. Принимаем bp=0,6 м, hp=0,5.Рис. 3.

3.2. План расположения свай под ростверком.

Определяем фактическую нагрузку, приходящуюся на одну сваю по формулегде 1,2 — коэффициент перевода нормативной нагрузки в расчетную для первого предельного состояния;n — количество свай. Вычисление фактической нагрузки F, передаваемой на сваю. pВес ростверка: QP=0,6· 1·0,5·24=7,2 кН. Вес надростверковой конструкции Qнк (одного пог.

м стены подвала и пола) из 4 блоков.

ФБС24.

4.6:Qнк=0,6· 0,4·1·4·22+0,2·0,2·22=22,0 кН;Общий вес Q ростверка и надростверковой конструкции: Q=QP+Qнк=7,2+22,0=29,20 кН;.F=472,0 кН< Fd=816 кН — условие выполняется.

3.4. Расчет свайного фундамента под стены 4, 7 по II группе предельных состояний (по деформациям) Расчет свайного фундамента и его основания по II группе предельных состояний (по деформациям) производим для условного фундамента на естественном основании в соответствии с требованиями СП 24.

13 330.

Проверяем давление на грунт под подошвой условного свайного фундамента в плоскости нижних концов свай. Для расчета осадки необходимо вначале определить давление p на грунт под подошвой условного свайного фундамента, то есть в плоскости нижних концов свай и убедиться, что оно не превышает расчетного сопротивления R этого грунта, то есть соблюдается условие PII≤R.Определение среднего давления Р под подошвой условного фундамента.

Для вычисления Р необходимо определить площадь подошвы условного ленточного фундамента Аусл и нагрузки, передающиеся на эту площадь от собственного веса всех элементов, входящих в объем условного фундамента, а также и от сооружения. Площадь условного ленточного фундамента, где φср — среднее значение угла внутреннего трения грунтов, залегающих в пределах рабочей длины сваи lсв=4,9 м. tg5,35º=0,094.lсв — длина сваи, работающая с грунтом (в работе сваи принимают участие только грунты, имеющие расчетное сопротивление), lсв=4,9 м;d — сторона сечения сваи, равна 0,3 м. bусл=0,3+2· 4,9·0,094=1,22 м. Площадь условного фундамента на 1 пог.

м определяется по формуле:

Аусл=bусл· 1пог.

м.=1,22· 1=1,22 м². Объем условного фундамента определяется по формуле:.Вес ростверка и надростверковой части конструкции свайного фундамента равен: Gр=Q=7,2+22=29,2 кН. Вес свай на 1 пог.

м. свайного фундаментаGсв=γб· lсвd2/ар=24·4,9·0,32/1,2=8,82 кН. Вес грунта на 1 пог.

м. условного свайного фундамента Gгр=(Vусл-Vсв)γ`II, где γ`II — осредненное (по слоям) расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы условного фундамента, определяется по формуле:

где γi и hi — расчетные значения удельных весов и мощностей слоев грунтов, залегающих выше подошвы условного фундамента. Тогда Gгр=(5,98−0,36)· 15,0=84,3 кН. Давление на грунт под подошвой условного свайного фундамента в плоскости нижних концов свай определяется по формуле:

Расчётное сопротивление грунта основания вычисляется по формуле, где γс1 и γс2 — коэффициенты условий работы грунтового основания и здания во взаимодействии с основанием принимаются по табл. 5.4 СП [6], γс1=1,4; γс2 =1,4;k — коэффициент принимаемый равным 1, так как прочностные характеристики грунта определены по результатам непосредственных испытаний грунтов;

Мγ, Мq, Mc -коэффициенты, принимаемые по табл. 5.5 СП [6] в зависимости от расчётного значения угла внутреннего трения φIIгрунта, находящегося непосредственно под подошвой фундамента, т. е. «рабочего слоя», при φII=27°Мγ= 0,91, Мq=4,65, Mc=7,15;kz — коэффициент, принимается равным единице при ширине фундамента b<10 м;bширина подошвы условного фундамента, равна 1,22 м;γII — средневзвешенное значение удельного веса грунтов выше подошвы фундамента, равно 15,0 кг/м3; СII — расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего под подошвой фундамента;d1- приведённая глубина заложения фундамента со стороны подвала, определяется по формуле:, где hS — толщина слоя грунта от отметки подошвы фундамента до отметки низа пола подвала, м;hсf — толщина конструкции пола подвала, м;γсf — расчётное значение удельного веса материала конструкции пола подвала, 22 кН/м3;db — глубина подвала — расстояние от уровня планировки до пола подвала, равна 1,6 м. Следовательно, Р=463,21 кПа < R=992,8 кПа, условие выполняется. Прочность основания под подошвой условного фундамента обеспечена. Окончательно свайное основание подбираем из железобетонных свай сечением 0,3×0,3 м, стандартной длины l=5,0 м, С 50.30 (ГОСТ 19 804.

1−79).Рис. 3.

4.1 Схема свайного фундамента по оси 2Определение осадки методом послойного суммирования.

Фактическое давление в уровне условного свайного фундамента PII=463,21 кПа. Ширина условного свайного фундамента равна Вусл=1,22 м. Высота от спланированной отметки (DL) до подошвы условного свайного фундамента равна Z=7,2 м. Деформационные свойства грунтов определены лабораторными компрессионными испытаниями (II иIV слои) и полевыми штамповыми (III иIVслои). Ординаты эпюры природного давления аналогичны пункту 3.3 и приведены в табл. 3.

4.1. σzg15,6751,3182,5794,92 118,28185,78 291,380.

2σzg, i3,1310,2616,5118,9823,6537,1558,27Верхняя ордината эпюры на уровне подошвы определяется по формуле:

Затем вычисляем ординаты эпюры дополнительного осадочного напряжения по формуле, где αi — коэффициент затухания напряжений, зависящий от геометрических параметров фундамента (η=l/b) и от относительной глубины рассматриваемой точки (ζ=2z/b).Все необходимые для построения эпюр природного давления и дополнительного давления, а также для определения нижней границы сжимаемой толщи вычисления сводим в табл. 3.

4.2Таблица 3.

4.2№ слоя.

Слои основанияIV0,000,368,2994,9218,98Песок средней крупности, средней плотности1,310,80,723 266,27103,1820,630,82,621,60,445 163,88111,2322,240,83,772,30,323 118,95185,7837,150,7V5,413,30,23 084,70204,5640,99Супесь твердая1,07,054,30,17 865,55223,8644,831,08,695,30,14 553,40243,1548,671,010,326,30,12 244,93262,4452,511,0Рис. 3.

4.2. Схема к расчёту осадки методом послойного суммирования.

Определение модуля общей деформации Е0 по результатам компрессионных и штамповых испытаний.

Модули деформации Е0 определяются для всех слоев грунтов, входящих в сжимаемую толщу Нс. На основании таблицы в данную зону входят два слоя грунта: песок средней крупности, супесь твердая. Материалов для определения модулей являются результаты лабораторных либо полевых испытаний каждого слоя, которые приводятся в задании. Слой № 4 (песок средней плотности) Для вычисления модуля деформации определим напряжения, действующие в четвертом слое на глубине 8,0 м, диаметр штампа d=27,7 см используем данные в табл. 3.

4.3. Таблица 3.

4.3P, кПа5 010 015 020 025 029 591 0400S, мм0,00,390,811,191,581,992,394,929,46 где ν0 — коэффициент относительной поперечной деформации грунта, зависящий от вида грунта, для супеси пластичной 0,25;d — ширина штампа, равна 27,7 см. Слой № 5 (супесь твердая) Для вычисления модуля деформации определим напряжения, действующие в пятом слое на глубине 11,0 м используя данные в табл. 3.

4.4Определяем модуль деформации по формуле:

где β - безразмерный коэффициент, определяемый по формуле: где ν - коэффициент относительной поперечной деформации грунта (коэф. Пуассона), зависящий от вида грунта; для супеси твердой равен 0,25, тогда β=0,93.mν - коэффициент относительной сжимаемости грунта, определяется по формуле:

где m0 — коэффициент сжимаемости грунта в интервале изменения действующих напряжений, определяется по формуле:

Таблица 3.

4.4P, кПа50 100 200 400е0,6800,6720,6600,6510,640Коэффициент сжимаемости: Относительный коэффициент сжимаемости: Модуль деформации: Вычисление осадки фундамента.

Определяем полную осадку грунтов в пределах сжимаемой толщи Нс=5,75 м по формуле:

где β- коэффициент перехода от плоской задачи к пространственной, равно 0,8;σzpi — значение дополнительного давления на кровле i-го элементарного слоя грунта;σzp (i+1) — значение дополнительного давления на подошве i-го элементарного слоя грунта;hi — толщина i-го элементарного слоя грунта, м;Е0i — модуль деформации i-го элементарного слоя грунта. Осадка IV слоя (3 элементарных слоя):Осадка V слоя (3 элементарных слоев): Суммарная осадка S1=3,28+0,74=4,02см<SПРЕД=10 см. Предельно допустимая осадка согласно СП 22.

13 330.

2011"Основания зданий и сооружений" для жилого здания со стенами из крупных панелей составляет 10 см. Так как 4,02см<10 см, то запроектированный свайный фундамент удовлетворяет требованиям СП 22.

13 330.

2011"Основания зданий и сооружений".

5. Проектирование котлована.

Возведение фундаментов 9-ми этажного жилого здания планируется в открытом котловане. Размеры здания в осях 16,8×19,5 м. Форма здания в плане прямоугольная. Глубина котлована под фундаменты мелкого заложения 2,1 м, под свайные фундаменты 2,3 м. Грунты откоса котлована: насыпь γ=1,65 т/м3, мощность слоя 0,95 м, глина полутвердая γ=1,98 т/м3, мощность слоя 1,8 м. Уровень грунтовых вод вскрыт на глубине 2,8…3,10 м от дневной поверхности строительной площадки. При напластовании различных видов грунта крутизну откосов принимают по наименее устойчивому виду от обрушения откоса, следовательно, максимальную крутизну откосов котлована принимаем 1:1 (45°) (для слоя насыпи при глубине котлована до 3,0 м) указанного в табл. 4 СНиП III-4−80 «Техника безопасности в строительстве».Тогда минимальное заложение откоса котлована: bk1,min=hkctg45°=2,1· 1=2,1 м — для фундаментов мелкого заложения;bk2,min=hkctg45°=2,3· 1=2,3 м — для свайных фундаментов. Принимаем заложение откоса котлована равным 2,1 — м для фундаментов мелкого заложения и 2,3 м — для свайных фундаментов. Объем котлована равен: Vк=hk/6[l· b+(b+bk)(l+lk)+bklk], где hk — глубина котлована, равно 2,1 м и 2,3 м для фундаментов мелкого заложения и свайных соответственно;b — ширина котлована по дну: bм=16,8+2,0· (0,5+0,7)=19,2 м — для фундаментов мелкого заложения;bсв=16,8+2,0· (0,3+0,7)=18,8 м — для свайных фундаментов;l — длина котлована по дну: lм =19,5+2,0· (0,5+0,7)=21,9 м;lсв =19,5+2,0· (0,3+0,7)=21,5 м;bk — ширина котлована по верху: bk, м=19,2+2,1=21,3 м;bk, св=18,8+2,3=21,1 м;lk — длина котлована по верху: lk, м =21,9+2,1=24,0 м;lk, св=21,5+2,3=23,8 м;Vм=2,1/6[21,9· 19,2+(19,2+21,3)(21,9+24,0)+21,3·24,0]=976,72 м³. Vсв=2,3/6[21,5· 18,8+(21,1+18,8)(21,5+23,8)+21,1·23,8]=1040,3 м³.

6. Подбор сваебойного оборудования.

Подбор молота для погружения свай осуществляем в соответствии с приложением Д СП 45.

13 330.

2012 «Земляные сооружения. Основания и фундаменты».Нагрузка на сваю фундамента расчетная допускаемая Рсв=582,8 кН, несущая способность Fd=816 кН. Подбор молота проводим для максимальной расчетной допускаемой нагрузки. Для предварительного подбора молота определяется минимальная энергия удара молота Э, исходя из расчетной нагрузки допускаемой на сваю, по формуле:

Э=1,75· a·Рсв, где, а — коэффициент, равный 25Дж/кН.Э=1,75· 25·582,8=25 497.

Дж=25,49кДж.По таблице технических характеристик трубчатых дизель-молотов подбираем молот такой марки, энергия удара которого Этблизка к полученному значению Э и при этом больше ее по значению (Эт>Э). Такому условию удовлетворяет — молот марки С-996, энергия удара которого Эт=27,0 кДж>25,49 кДж. Проводим проверку пригодности молота С-996 по условию:(Gм+Gс)/Эр≤Кm, где Gм — полный вес молота (36,5кН);Gс — вес сваи с наголовником и подбабком (принимаем вес наголовника 100кгс=1кН, подбабок не используется), вес железобетонной сваи:

0,32· 5·24=10,8кН; Gс=10,8+1=11,8кН.Эр — расчетная энергия удара, определяемая по формуле:

Эр=0,9G· Н, где G — вес ударной части молота — 18,0 кН;Н — фактическая высота падения молота, принимая на стадии окончания забивки — 2,8 м.Эр=0,9· 18,0·2,8=45,36 кДж. Кm=6кДж — коэффициент применимости молота.(36,5+11,8)/45,36=1,06<6. Условие выполнено. Молот пригоден. Определение расчетного отказа:

Расчетный (проектный) отказ Sp определяется по формуле:

гдеη- коэффициент, принимаемый для железобетонных свай, забиваемых снаголовником, равным 1500кН/м2;А- площадь поперечного сечения сваи 0,32=0,09 м²;ε- коэффициент восстановления удара при забивке железобетонных свай с применением наголовника и деревянного вкладыша в нем ε2=0,2;Fd-несущая способность сваи по грунту Fd=816кH.Условие выполнено.

Список литературы

1. Ухов С. Б., Семёнов В. В., Знаменский В. В., Тер-Мартиросян З.Г., Чернышев С. Н. Механика грунтов, основания и фундаменты. М., Издательство «Высшая школа» 2002 г.

2. Ухов С. Б., Семёнов В. В., Знаменский В. В., Тер-Мартиросян З.Г., Чернышев С. Н. Механика грунтов, основания и фундаменты. М., Издательство АВС, 1994 г.

3. Веселов В. А. Проектирование оснований и фундаментов. Основы теории и примеры расчета. М., Стройиздат, 1990 г.

4. Проектирование фундаментов зданий и подземных сооружений. Учебное пособие под редакцией Далматова Б. И. Издательство АВС. Москва — Санкт-Петербург, 1999 г.

5. Основания, фундаменты и подземные сооружения. Справочник проектировщика. М., Стройиздат, 1985 г.

6.СП 22.

13 330.

2011"СНиП 2.

02.01−83* Основания зданий и сооружений"7. СП 24.

13 330.

2011"СНиП 2.

02.03−85 Свайные фундаменты"8. СП 45.

13 330.

2012"СНиП 3.

02.01−87 Земляные сооружения, основания и фундаменты"9. СНиП 12−03−2001.

Безопасность труда в строительстве. Часть 1. Общие требования.