Расчет основания фундамента по деформациям

I. Расчет фундамента мелкого заложения

1. Исходные данные

2. Оценка грунтов и грунтовых оснований

3. Назначение глубины заложения фундамента

4. Расчет естественного основания фундамента мелкого заложения по деформациям

4.1 Выбор конструктивных размеров подушки

4.2 Метод послойного суммирования

4.3 Проверка прочности подстилающего слабого слоя

5. Расчет крена фундамента от изгибающего момента

6. Расчет консолидации

II. Расчет свайного фундамента

1. Исходные данные

2. Грунтовая обстановка

3. Определение несущей способности висячих свай

4. Количество свай

5. Определение фактических усилий на каждую сваю

6. Расчет оснований свайного фундамента

6.1 Выбор условной подушки свайного фундамента

6.2 Метод послойного суммирования

6.3 Расчет крена фундамента от изгибающего момента

7. Расчет проектного отказа сваи

Вывод

Основания и фундаменты любого объекта должны проектироваться индивидуально с учетом особенностей строительной площадки, конструктивных решений и эксплуатационных требований, предъявляемых к зданиям и сооружениям.

Для проектирования и устройства фундаментов необходимо решить ряд вопросов, рассмотренных в данной работе.

При оценке категории сложности грунтовых условий следует определить основные показатели физико-химических свойств грунтов и обязательно главные из них: модуль деформации и расчетное сопротивление.

При назначении глубины заложения необходимо учесть:

1. назначения зданий и сооружений, наличие подвалов;

2. величины и характер нагрузок, действующих на основание;

3. геологические и гидрогеологические условия;

4. возможные влияния сезонного промерзания.

Для проектирования оснований и фундаментов необходимо располагать сведениями о сооружении и величине и характере нагрузок.

Сбор нагрузок, действующих на основание в плоскости подошвы фундамента, следует производить в соответствии со статической схемой сооружения. Для отдельно стоящих фундаментов нагрузка собирается с соответствующей грузовой площади.

В работе проводится расчет основания фундамента по деформациям, а также расчет осадки во времени (для определения скорости протекания осадки фундамента).

Если расчет основания под фундамент оказался удовлетворительным, то принимаются окончательные размеры фундамента. При этом выбранный фундамент рассчитывается как железобетонная конструкция.

I. Расчет фундамента мелкого заложения

1. Исходные данные

N = 4000 кН

M = 420 кНм

h₁ = 4.5 м

h₂ = 2.5 м

h_w = 3.2 м

2. Оценка грунтов и грунтовых оснований

По гранулометрическому составу

1-й слой: песок пылеватый, т.к. по ГОСТ 25 100–95 частицы размером более 0.1 мм составляют 73%, т. е. < 75%.

3-й слой: песок пылеватый, т.к. по ГОСТ 25 100–95 частицы размером более 0.1 мм составляют 72%, т. е. < 75%.

Плотность сложения по коэффициенту пористости

1-й слой: т/м³

2-й слой: т/м³

3-й слой: т/м³

Коэффициент пористости:

1-й слой:

2-й слой:

3-й слой:

По степени неоднородности

1-й слой: грунт неоднородный;

3-й слой: грунт неоднородный.

Где и определены по рисунку 1.

Рисунок 1. Графики неоднородности грунтов

Степень водонасыщения по степени влажности

1-й слой: грунт средней степени водонасыщения, т.к.

2-й слой: грунт средней степени водонасыщения, т.к.

3-й слой: грунт влажный, т.к.

Наименование по числу пластичности.

глина

Консистенция по индексу текучести.

глина мягкопластичная,

т.к.

Поведение при замачивании.

глина не набухающая

грунт просадочный

Вывод: 1-й слой песчаный грунт, пылеватый, средней плотности, неоднородный, средней степени водонасыщения.

2-й слой глина, мягкопластичная, насыщенная, просадочная при замачивании, не набухающая.

3-й слой песчаный грунт, средней крупности, пылеватый, неоднородный, влажный.

3. Назначение глубины заложения фундамента

Расчетная глубина промерзания:

т.к. г. Озерск;

По таблице 1 СНиПа 2.02.01−83* определяем (при t = 5^оС).

Конструктивная глубина заложения:

2.1 > 1.52

Таким образом, так как отметка планировки -0.000м, то отметка низа фундамента будет -2.100 (рисунок 2).

Несущий слой — песок, следовательно, глубина заложения фундаментов при условии должна быть не менее (по табл. 2 СНиП 2.02.01−83*).

Принимаем монолитный фундамент из бетона В20.

Рисунок 2. Конструкция фундамента

4. Расчет естественного основания фундамента мелкого заложения по деформациям

4.1 Выбор конструктивных размеров подушки

При расчете деформаций основания с использованием расчетных схем среднее давление под подошвой фундамента р_ср не должно превышать расчетного сопротивления грунта основания R, кПа:

Принимаем размеры фундамента:

l = 3.0 м

b = (0.6…0.8) l = 2.4 м

— площадь подошвы фундамента

Вес фундамента с грунтом на уступах:

где — осредненный удельный вес массива бетона и грунта.

Расчетное сопротивление грунта под подошвой фундамента:

где _с1 и _с2 — коэффициенты, условий работы, принимаемые по табл. 3; kкоэффициент, принимаемый равным: k₁ = 1, если прочностные характеристики грунта (и с) определены непосредственными испытаниями, и k₁ = 1,1, если они приняты по табл. 1−3 рекомендуемого приложения 1; М, М_q, M_c -коэффициенты, принимаемые по табл. 4;

k_z -коэффициент, принимаемый равным: при b 10 м — k_z = 1, при b 10 м — k_z = z₀/b + 0,2 (здесь z₀ = 8 м); b — ширина подошвы фундамента, м;

_II — осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), кН/м³ (тс/м³);

^/_II — то же, залегающих выше подошвы;

с_II -расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа (тс/м²);

d₁ -глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле

(8)

где h_s — толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м;

h_cf — толщина конструкции пола подвала, м;

_cf — расчетное значение удельного веса конструкции пола подвала, кН/м³ (тс/м³);

d_b -глубина подвала — расстояние от уровня планировки до пола подвала, м (для сооружений с подвалом шириной B 20 м и глубиной свыше 2 м принимается d_b = 2 м, при ширине подвала B 20 м — d_b = 0).

В данном случае:

по табл. 3 СНиП 2.02.01−83*;

т.к. b<10 м;

Коэффициенты М, М_q, M_c :

Для 1-ого слоя при ц = 33^о: М = 1.44, М_q = 6.76, M_c = 8.88.

Удельный вес грунтов под полошвой фундамента:

Удельный вес грунта выше подошвы фундамента:

— для песков этой составляющей нет

Так как все условия соблюдаются, то принимаем фундаментную подушку с размерами l = 3 м и b = 2.4 м.

фундамент свая грунтовой деформация

4.2 Метод послойного суммирования

Определение осадки подошвы фундамента производится методом послойного суммирования. Для этого по центральной вертикальной оси фундамента ведут построение эпюр бытового давления у_zg и дополнительного у_zp.

где имощность и удельный вес вышележащих слоев грунта.

Для грунтов ниже уровня Г. Г.В. учитывают удельный вес с учетом взвешивающего действия воды:

.

1-й слой: ,

2-й слой: ,

3-й слой: .

Определение осадки подошвы фундамента производится методом послойного суммирования. Для этого по центральной вертикальной оси фундамента ведут построение эпюр бытового давления у_zg и дополнительного у_zp.

Определяем дополнительное давлениеот внешней нагрузки:

где б — коэффициент, при l/b=3.5/2.8=1.25, определяемый по табл. 10 прил. 1 (метод.)

Нижняя граница сжимаемой толщи (НГСТ) основания определяется Н_с, по условию: .

Среднее дополнительное давление в элементарных слоях определяется по формуле:

и т.д.

Результаты расчета давлений у_zg и у_zp представлены в таблице 1.

Осадка фундамента определяется по формуле:

где — среднее дополнительное давление в элементарном слое.

После этого проверяем выполнение условия:. Принимаем предельную осадку. [6]

Таблица 1. Расчет осадки фундамента

Рисунок 3. Эпюры бытовых, дополнительных давлений

4.3 Проверка прочности подстилающего слабого слоя по условию

где левая часть условия — действующее суммарное давление на кровлю слабого слоя; - расчетное сопротивление на кровле слабого слоя.

,

— на подошве 1-го слоя:

по табл. 3 СНиП 2.02.01−83*;

т.к. b<10 м;

Коэффициенты М, М_q, M_c :

Для 1-ого слоя при ц = 33^о: М = 1.44, М_q = 6.76, M_c = 8.88.

где — соответственно b=2.4м; отсюда

— т.к. песок

- на кровле 2-го слоя:

по табл. 3 СНиП 2.02.01−83*;

т.к. b<10 м;

Для 2-ого слоя при ц = 13^о: М = 0.26, М_q = 2.05, M_c = 4.55.

— для глины

— на подошве 2-го слоя:

по табл. 3 СНиП 2.02.01−83*;

т.к. b<10 м;

Для 2-ого слоя при ц = 33^о: М = 1.44, М_q = 6.76, M_c = 8.88.

- на кровле 3-го слоя:

по табл. 3 СНиП 2.02.01−83*;

т.к. b<10 м;

Для 3-ого слоя при ц = 13^о: М = 0.26, М_q = 2.05, M_c = 4.55.

— на НГСТ:

Коэффициенты при ц = 33^о: М = 0.39, М_q = 2.57, M_c = 5.15.

b = 2.8 м

Эпюра расчетных сопротивлений приведена на рисунке 4.

Вывод: в пределах сжимаемой толщи основания нет слоя грунта меньшей прочности, чем прочность грунта вышележащих слоев и проверка прочности подстилающего слабого слоя не требуется.

Рисунок 4. Эпюра расчетных сопротивлений

5. Расчет крена фундамента от изгибающего момента

Крен фундамента под колонну, вызванный моментом сил М, определяют по формуле:

где н — коэффициент Пуассона (н =0,27)

k_e=0.45

E — модуль деформации несущего слоя

Расчетный крен i не должен превышать предельного значения i_u=0.003

условие выполняется.

6. Расчет консолидации

1. Характер работы слоя — независимый, односторонняя фильтрация. По очертанию эпюры дополнительных давлений — расчетный случай № 3 (табл. 11 прил 1 метод.)

2. Коэффициент консолидации слоя:

где Н — мощность слоя, в=0.3 (песок);

для 5-го расчетного случая:

при (табл. 13 метод.)

Полную расчетную осадку, определенную методом послойного суммирования, разделяем на осадку всех песчаных грунтов S_n и осадку глинистого грунта S_гл, т. е.

Расчет консолидации представлен в таблице 2.

Таблица 2. Расчет консолидации

Рисунок 4. График консолидации

Вывод: по заданным нагрузкам на ленточный фундамент и грунтовым условиям были определены параметры фундамента мелкого заложения.

Рассчитана осадка фундамента равная 2.4 см при допустимой — 8 см.

Проверка давления на слабый подстилающий слой не требуется, т.к. из эпюры расчетных сопротивлений следует, что таковой слой отсутствует.

Определен крен фундамента, вызываемый изгибающим моментом М. Он равен 0.0024 при допустимом i_u=0.003.

Рассчитана консолидация основания, составлен график. Полное время для осадки составляет 48.26 лет.

II. Расчет свайного фундамента

1. Исходные данные

См. п. 1 в разделе «Расчет фундамента мелкого заложения».

2. Грунтовая обстановка

См. п. 2 в разделе «Расчет фундамента мелкого заложения».

3. Определение несущей способности висячих свай

где _c — коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый c = 1;

R _ расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа (тс/м²), принимаемое по табл.1;

A — площадь опирания на грунт сваи, м², принимаемая по площади поперечного сечения сваи брутто или по площади поперечного сечения камуфлетного уширения по его наибольшему диаметру, или по площади сваи-оболочки нетто;

u — наружный периметр поперечного сечения сваи, м;

f_i — расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа (тс/м²), принимаемое по табл.2;

h_i — толщина 1-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м;

_{cR cf} — коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления грунта и принимаемые по табл. 3. [9]

В данном случае:

(находим по интерполяции по табл. 15 прил. 1 [3]) при глубине погружения 7.5 м в песчаный грунт средней крупности;

Выбираем сваю с размерами: l=7.5 м; d=40 см; А=0.16м²; u=1.6м

где

4. Количество свай

5. Определение фактических усилий на каждую сваю

где M_d и N_d-соответственно расчетное усилие и расчетный момент относительно центральной оси плана свай в плоскости подошвы ростверка;

n — число свай в фундаменте;

y_i — расстояние от главной оси свайного поля до оси каждой сваи;

y — то же, до оси сваи, для которой вычисляется нагрузка.

Рисунок 5. Схема расположения свай и ростверка

Проверка выполнения условий:

Так как условие надежности не выполняется, то увеличим размер сваи до 50 см. Принимаем размеры сваи l=7.5м, d=50 см, кол-во 6.

6. Расчет оснований свайного фундамента

6.1 Выбор условной подушки свайного фундамента

Свайный фундамент представляется в виде условного сплошного фундамента на естественном основании. Ширина и длина условной подошвы определяется с использованием угла рассеивания где

Рисунок 6. Размещение свай в плане

;

вес условного фундамента

Расчетное сопротивление грунта основания:

,

по табл. 3 СНиП 2.02.01−83*;

Коэффициенты М, М_q, M_c :

Для 1-ого слоя при ц = 37^о: М = 1.95, М_q = 8.81, M_c = 10.37.

т.к. песок

6.2 Метод послойного суммирования

Определение осадки подошвы фундамента производится методом послойного суммирования. Для этого по центральной вертикальной оси фундамента ведут построение эпюр бытового давления и дополнительного .

где имощность и удельный вес вышележащих слоев грунта.

Для грунтов ниже уровня Г. Г.В. учитывают удельный вес с учетом взвешивающего действия воды:

.

После построения эпюр давления определяем нижнюю границу сжимаемой толщи основания, по условию: (0,005 МПа).

Результаты расчета давлений и представлены в табл.3.

Осадка фундамента определяется по формуле:

где — среднее дополнительное давление в элементарном слое.

После этого проверяем выполнение условия:. Принимаем предельную осадку .

Нижняя граница сжимаемой толщи (НГСТ) основания определяется Н_с, по условию:

.

Среднее дополнительное давление в элементарных слоях определяется по формуле:

и т.д.

Результаты расчета давлений у_zg и у_zp представлены в таблице 4.

Осадка фундамента определяется по формуле:

где — среднее дополнительное давление в элементарном слое.

После этого проверяем выполнение условия:. Принимаем предельную осадку. [6]

Таблица 4. Расчет осадки фундамента

4.1см < 8 см

Эпюры бытовых и дополнительных давлений представлены на рисунке 7.

Рисунок 7. Эпюры бытовых и дополнительных давлений

6.3 Расчет крена фундамента от изгибающего момента

Крен фундамента под колонну, вызванный моментом сил М, определяют по формуле:

где н — коэффициент Пуассона (н =0.77)

k_e=0.45

E — модуль деформации несущего слоя

Расчетный крен i не должен превышать предельного значения i_u=0.003

условие выполняется.

7. Расчет проектного отказа сваи

где з — коэффициент для железобетонных свай, з=1500 кН/м²

A — площадь поперечного сечения сваи

E_d — расчетная энергия удара молота (Н = 1,9м — высота падения ударной части)

е² = 0,2 — коэффициент восстановления удара

m₁ — масса молота

m₂ — масса наголовка

m₃ = 0

Gм — масса молота

Так как все условия выполняются, то окончательно принимаем свайный фундамент с длиной сваи 7.5м, сечением 500×500мм.

Вывод

В данной работе был рассмотрен расчет фундамента мелкого заложения на естественном основании и свайного фундамента на этом же основании. Расчетные осадки получились: 4 см у фундаментов мелкого заложения и свайного. Учитывая грунтовую обстановку (наличие песчаного слабого слоя) целесообразна прорезка слабого грунта и устройство подбетонного основания в целях меньшего вымывания грунтов. Следовательно, необходимо применить фундамент мелкого заложения.