Разработка и расчет фундаментов

1. Общие сведения

1.1 Цель и задачи курсового проектирования

Целью курсового проектирования является:

— закрепление теоретических и практических знаний, получаемых при изучении курса «Основания и фундаменты», и успешному применению этих знаний в решении инженерных задач;

— изучение современных методов расчета, проектирования и устройства оснований и фундаментов различных конструкций под здания различного назначения с учетом специфических особенностей инженерно-геологических условий площадки строительства;

— приобретение навыков самостоятельной работы с нормативной и другой литературой по строительному проектированию.

Курсовое проектирование должно способствовать дальнейшему углублению и закреплению знаний, а также применению этих знаний к выполнению конкретных инженерных задач. При выполнении курсового проекта предоставляется возможность проявить широкую инициативу и развить творческие способности в области фундаментостроения.

свайный фундамент строительство инженерный

1.2 Исходные данные

Данные о строительной площадке

Данные о сооружении:

Жилой дом

Конструктивные особенности здания

1. Несущие конструкции: поперечные стены из крупных легкобетонных блоков толщиной: наружные — 400 мм, внутренние — 300 мм.

2. Здание в осях 4−6 имеет подвал. Отметка чистого пола первого этажа +0.000 на 0.9 м выше отметки спланированной поверхности земли. Отметка пола подвала -3.000 м.

2. Оценка инженерно-геологических условий площадки строительства

В здании грунтовые условия площадки строительства представлены двумя выработками: скважинами № 1 и № 2. Рельеф местности, места расположения выработок и отметки их устьев показаны на плане площадки.

На основании исходных физических свойств, представленных в таблице 1, выполняем строительную классификацию грунтов.

Таблица 1. Физические свойства грунтов

ИГЭ — 1

Образец грунта №I отобран из скважины № 1 с глубины 1,3 м. Возраст грунта pQ_IV. Мощность элемента по скважинам: 1 скв. — 2,4 м; 2 скв. — 2,5 м; УГВ 6,7 м.

По ГОСТ 25.100−95

1. Класс — природно-дисперсные грунты

2. Группа — грунты связные

3. Подгруппа — осадочные грунты

4. Тип — полиминеральные грунты

5. Вид — глинистые грунты

6. Разновидность:

По числу пластичности:

I_P=W_L-W_P

I_P=26,0−19,0=7,0%

Вывод: согласно ГОСТ грунт супесь, так как 1< (I_P=7)

По показателю текучести:

%

Вывод: супесь пластичная, так как 0< (I_L=0,43)<1

Коэффициент пористости:

где — плотность частиц грунта, г/см³ (т/м³);

— плотность грунта, г/см³ (т/м³);

W — природная влажность грунта в долях единицы.

Механические свойства по СНиП 2.02.01−83^*:

1. Расчетное сопротивление R₀=239 кПа;

2. Сцепление С=13 кПа;

3. Угол внутреннего трения =23⁰;

4. Модуль деформации Е=15 МПа.

ИГЭ — 2

Образец грунта №II отобран из скважины № 2 с глубины 5,0 м. Возраст грунта pQ_IV. Мощность элемента по скважинам: 1 скв. — 4,2 м; 2 скв. — 3,7 м; УГВ 6,7 м.

По ГОСТ 25.100−95

1. Класс — природно-дисперсные грунты

2. Группа — грунты связные

3. Подгруппа — осадочные грунты

4. Тип — полиминеральные грунты

5. Вид — глинистые грунты

6. Разновидность:

По числу пластичности:

I_P=W_L-W_P

I_P=32,0−18,5=13,5%

Вывод: согласно ГОСТ грунт суглинок, так как 7< (I_P=13,5)<17

По показателю текучести:

%

Вывод: суглинок мягкопластичный, так как 0,5< (I_L=0,53)<0,75

Коэффициент пористости:

где — плотность частиц грунта, г/см³ (т/м³);

— плотность грунта, г/см³ (т/м³);

W — природная влажность грунта в долях единицы.

Механические свойства по СНиП 2.02.01−83^*:

1. Расчетное сопротивление R₀=187 кПа;

2. Сцепление С=17 кПа;

3. Угол внутреннего трения =16⁰;

4. Модуль деформации Е=9 МПа.

ИГЭ — 3

Образец грунта №III отобран из скважины № 2 с глубины 7.2 м. Возраст грунта aQ_III. Мощность элемента по скважинам: 1 скв. — 4,6 м; 2 скв. — 5,7 м; УГВ 6,7 м.

По ГОСТ 25.100−95

1. Класс — природно-дисперсные грунты

2. Группа — грунты несвязные

3. Подгруппа — осадочные грунты

4. Тип — полиминеральные грунты

5. Вид — пески

6. Разновидность:

6.1. По гранулометрическому составу:

Масса частиц крупнее 2 мм — 11,25% < 25%;

Масса частиц крупнее 0,5 мм — 11,25+20,14=31,39% < 50%;

Масса частиц крупнее 0,25 мм — 31,37+20,78=52,17% > 50%;

Вывод: песок средней крупности, так как масса частиц грунта крупнее 0,25 мм=52,57%>50%.

6.2. По коэффициенту пористости:

где — плотность частиц грунта, г/см³ (т/м³);

— плотность грунта, г/см³ (т/м³);

W — природная влажность грунта в долях единицы.

Вывод: согласно ГОСТ пески средней плотности, так как 0,55?(е=0,55)<0,7

6.3. По коэффициенту водонасыщения S_r:

где — плотность воды (1 г/см³)

Вывод: согласно ГОСТ пески насыщенные водой, так как 0,8<(S_r=0,88)?1,0

Механические свойства по СНиП 2.02.01−83^*:

1. Расчетное сопротивление R₀=400 кПа;

2. Сцепление Сп=2 кПа;

3. Угол внутреннего трения =38⁰;

4. Модуль деформации Е=40 МПа.

ИГЭ — 4

Образец грунта №IV отобран из скважины № 1 с глубины 13,1 м. Возраст грунта aQ_III. Мощность элемента по скважинам: 1 скв. — 3,4 м; 2 скв. — 2,3 м; УГВ 6,7 м.

По ГОСТ 25.100−95

1. Класс — природно-дисперсные грунты

2. Группа — грунты связные

3. Подгруппа — осадочные грунты

4. Тип — полиминеральные грунты

5. Вид — глинистые грунты

6. Разновидность:

По числу пластичности:

I_P=W_L-W_P

I_P=43,0−22,0=21,0%

Вывод: согласно ГОСТ грунт глина, так как (I_P=21,0)<17

По показателю текучести:

%

Вывод: глина полутвердая, так как 0< (I_L=0,22)<0,25

Коэффициент пористости:

где — плотность частиц грунта, г/см³ (т/м³);

— плотность грунта, г/см³ (т/м³);

W — природная влажность грунта в долях единицы.

Механические свойства (согласно СНиП 2.02.01−83^*):

1. Расчетное сопротивление R₀=394 кПа;

2. Сцепление С=65 кПа;

3. Угол внутреннего трения =20⁰;

4. Модуль деформации Е=23 МПа.

Полученные свойства грунтов заносим в сводную таблицу 2.

Таблица 2. Сводная таблица свойств грунтов

Общая оценка площадки строительства:

Согласно геологическому разрезу строительная площадка характеризуется спокойным рельефом. Грунты имеют слоистое напластование с выдержанным залеганием грунтов.

В результате бурения скважин 1 и 2 были вскрыты 4 слоя грунта:

— первый слой представлен супесью пластичной;

— второй слой представлен суглинком мягкопластичным;

— третий слой представлен песком средней крупности, средней плотности, насыщенный водой;

— четвертый слой представлен глиной полутвердой.

Каждый из слоев может служить естественным основанием.

Также в результате вскрытия скважин 1 и 2 было установлено, что уровень грунтовых вод 6,7 м

3. Проектирование фундаментов мелкого заложения по 2 группе предельных состояний

3.1 Выбор глубины заложения фундаментов

d — расстояние от спланированной поверхности до подошвы фундамента (глубина заложения);

h — высота фундамента;

b — ширина фундамента

Глубина заложения фундаментов назначается в результате совместного рассмотрения инженерно-геологических и гидрогеологических условий строительной площадки, сезонного промерзания и пучинистости грунтов, конструктивных и эксплуатационных особенностей зданий, величины и характера нагрузки на основание.

При определении глубины заложения фундаментов следует руководствоваться пп. 2.25−2.33 СНиП.

Одним из основных факторов, определяющих глубину заложения фундаментов, является глубина сезонного промерзания грунтов. Различают нормативную и расчетную глубину сезонного промерзания грунтов.

Нормативная глубина сезонного промерзания грунтов d_fn, м определяется двумя способами:

1. На основе теплотехнического расчета по формуле:

d_fn = d_o,

где do — величина, принимаемая равной, м, для

суглинков и глин — 0,23;

супесей, песков мелких и пылеватых — 0,28;

песков гравелистых, крупных и средней крупности — 0,30;

M_t — безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму (ноябрь — март) в данном районе строительства, принимаемые по табл. СНиП.

₌

d_fn = 0,28 = 2,11 м.

2. По схематической карте глубин промерзания глинистых и суглинистых грунтов (прил. 1, рис. 3 СНиП [11]): d_fn=1,65 м.

В расчет принимаем значение d_fn=2,11 м.

Расчетная глубина сезонного промерзания грунтов d_f, м, определяется по формуле:

d_f = K_hd_fn,

где d_fn — нормативная глубина промерзания, м.

К_h — коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения, принимаемый для наружных фундаментов отапливаемых сооружений — по табл. 1 СНиП [10],

— для наружных фундаментов отапливаемых сооружений (без подвала с полами, устраиваемыми по утепленному цокольному перекрытию) К_h =0,7;

— для наружных фундаментов с подвалом К_h =0,5

— для внутренних фундаментов (без подвала) К_h=0,7

d_f = 0,7· 2,11= 1,477 м — для зданий без подвала;

d_f = 0,5· 2,11= 1,055 м — для зданий с подвалом.

Расчетную среднесуточную температуру воздуха в помещении, примыкающем к наружным фундаментам, принимаем 15^оС для подвала и 20^оС для безподвальной части здания.

В отапливаемых зданиях по условию недопущения морозного пучения грунтов основания глубина заложения фундаментов назначается:

а) для наружных фундаментов от уровня планировки по табл. 2 СНиП [10];

б) для внутренних фундаментов — независимо от расчета глубины промерзания грунтов.

При выборе глубины заложения фундаментов, согласно норм проектирования [15], рекомендуется:

принимать минимальную глубину заложения фундамента не менее 0,5 м от уровня планировки;

предусматривать заглубление фундамента в несущий слой грунта не менее 10−15 см;

избегать наличия под подошвой фундамента слоя грунта малой толщины, если его строительные свойства значительно хуже свойств подстилающего слоя;

при наличии подземных коммуникаций, подвалов и полуподвалов подошва фундаментов закладывается ниже пола подвала или отметки примыкания коммуникаций не менее чем на 0,4 м.

фундаменты сооружения или его отсека, как правило, должны закладываться на одном уровне. При заложении ленточных сборных фундаментов смежных отсеков на разных отметках переход от одной отметки заложения к другой осуществляется уступами высотой, равной высоте стенового блока (0.3, 0,6 м). Уступы располагают на расстоянии не менее двойной высоты уступа.

Расчет глубины заложения фундамента

Сечение 1-1

d не менее d_f, т.к. грунты под подошвой фундамента — супеси с

I_L=0,43>0,25 (d_w>d_f+2).

В данной части здание не имеет подвал, фундамент ленточный под наружную стену.

Исходя из конструктивных особенностей фундамента глубину заложения принимаем равной:

1,477 — 0,3 — 0,1 = 1,077

(2 блока по 0,6 м)

d = 0,6· 2 +0,3 +0,1 = 1,6 м

Вывод: глубину заложения фундамента принимаем равной d =1,6 м

Сечение 2 — 2

В данной части здание не имеет подвал, фундамент ленточный под внутреннюю стену.

Исходя из конструктивных особенностей фундамента глубину заложения принимаем равной d =1,6 м

Сечение 6 — 6

В данной части здание имеет подвал, фундамент ленточный под наружную стену.

Проведем расчет глубины заложения фундамента исходя из конструктивных соображений и модульности конструкций:

d_min=3,0−0,9+0,1+0,5=2,7 м,

h_бл = 2,7−0,5 -0,1 = 2,1 м

(3 блока по 0,6 м и 1 блок по 0,3 м)

d_треб=3· 0,6+0,3+0,5+0,1=2,7 м

Вывод: глубину заложения фундамента принимаем равной d =2,7 м

3.2 Определение размеров подошвы центрально нагруженных фундаментов

Сечение 1-1

Предварительно площадь А, м², подошвы фундамента определяют по формуле:

;

где No_II — нормативная вертикальная нагрузка от сооружения, приложенная к обрезу фундамента, определяемая как сумма постоянной и временной нагрузок,

No_II=N_пост+N_вр= (27,2+2,5)· 8=237,6 кН/м;

R₀ — условное расчетное сопротивление несущего слоя грунта основания,

R₀=239 кПа (см. табл. 2);

d — глубина заложения фундамента, d = 1,6 м;

г_ср — среднее значение удельного веса материала фундамента и грунта на его уступах, г_ср=20 кН/м³;

b = = 1,15 м

Размеры проектируемого фундамента вычисляют методом приближения и принимают с учетом модульности и унификации конструкций. Принимаем b=1,15 м.

Далее вычисляется расчетное сопротивление грунта основания под подошвой фундамента R, кПа;

где _с1 и _{с2 -} коэффициенты условий работы, принимаемые по таблице 3 СНиПа [10],

_с1 = 1,2 (т.к. супесь пластичная с I_l = 0,43);

_с2 =1,1 (т.к. отношение длины сооружения к высоте L/H=1,25<1,5);

k — коэффициент, принимаемый в курсовом проекте равным 1,1, т.к. прочностные характеристики грунта (и с) приняты по таблицам СНиПа [10];

M, M_q, M_с — коэффициенты, принимаемые по таблице 4 СНиПа [10], в зависимости от угла внутреннего трения () грунта

: M=0,69, M_q=3,65, M_с=6,24;

k_z — .коэффициент, принимаемый равным: при b < 10 м — k_z = 1;

b — ширина подошвы фундамента, м

_II — осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяются с учетом взвешивающего действия воды — _sb, кН/м³, определяемого по формуле:

где _i и h_i — соответственно удельный вес и толщина i-ого слоя грунта, залегающего ниже подошвы;

Удельный вес грунта, кН/м³ определяется:

г=с· g

где с — плотность грунта, т/м³ (см. табл. 1),

g — ускорение свободного падения, g = 10 м/с².

г₁=1,96· 10=19,6 кН/м³,

г₂=1,82· 10=18,2 кН/м³,

г₃=2,06· 10=20,6 кН/м³,

кН/м³,

кН/м³,

h₁' =0,85 м; h₂ = 3,95 м; h₃'=0,3 м; h₃'' = 4,85 м; h₄= 2,85 м

кН/м³,

'_II — то же для грунтов, залегающих выше подошвы фундамента.

кН/м³,

Для грунтов обратной засыпки:

'_II0 = 0,95'_II,

кН/м³

С — расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, С=13 кПа;

d₁ — глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки

d₁ =1,6 м,

d_b — глубина подвала

d_b=0

Итак расчетное сопротивление грунта основания под подошвой фундамента равно:

кПа

Зная R уточняем размеры подошвы фундамента из условия:

Размер незначительно изменился, поэтому принимаем фундаментную плиту марки ФЛ 12.24 (b = 1,2 м) и стеновой блок марки ФБС 24.4.6.-Т

кПа

Определив предварительные размеры фундамента, приступают к его конструированию. Конструирование фундаментов из сборных железобетонных элементов заключается в выборе отдельных стандартных изделий и составлении из них фундамента, отвечающего принятым при расчете основным его параметрам. Определение размеров центрально нагруженных фундаментов считается законченным, если выполняется условие:

Р_II? R

где Р_II — среднее давление под подошвой фундамента, кПа, определяемое по формуле:

где N_II — суммарная вертикальная нагрузка на основание, кН, включая вес фундамента N_фII и вес грунта на его уступах N_rpII:

N_II = N_0II + N_фII + N_rpII

N_0II = 237,6 кН,

N_фII = = 18,32 кН (табл. 10 [3]),

кН

N_II =237,6+18,32+19,36=275,28 кН

Величина Р_II должна не только удовлетворять условию, но и быть по возможности близка к значению расчетного сопротивления грунта (допустимое отличие от расчетного сопротивления должно быть не более 10% в меньшую сторону).

Р_II = кПа

Условие Р_II < R выполняется т.к.

Р_II = 229,4 кПа< R = 250,7 кПа,

Недонапряжение составляет 8%. Это допустимо.

Окончательно принимаем:

Фундаментную плиту марки ФЛ 12.24

Размеры: b = 1200 мм;

l = 2380 мм;

h = 300 мм;

V_бет = 0,703 м³;

Вес плиты 17,60 кН.

и стеновой блок марки ФБС 24.4.6.-Т

Размеры: l = 2380 мм;

b = 400 мм;

h = 580 мм;

V_бет = 0,54 м³;

Вес блока 13,0 кН.

Сечение 2-2

Предварительно площадь А, м², подошвы фундамента определяют по формуле:

;

где No_II — нормативная вертикальная нагрузка от сооружения, приложенная к обрезу фундамента, определяемая как сумма постоянной и временной нагрузок,

No_II=N_пост+N_вр= (39,2+5,0)· 8=353,6 кН/м;

R_{0 -} условное расчетное сопротивление несущего слоя грунта основания,

R₀=239 кПа (см. табл. 2);

d — глубина заложения фундамента, d = 1,6 м;

г_ср — среднее значение удельного веса материала фундамента и грунта на его уступах, г_ср=20 кН/м³;

b = = 1,71 м

Размеры проектируемого фундамента вычисляют методом приближения и принимают с учетом модульности и унификации конструкций. Принимаем b=1,71 м.

Далее вычисляется расчетное сопротивление грунта основания под подошвой фундамента R, кПа;

где _с1 и _{с2 -} коэффициенты условий работы, принимаемые по таблице 3 СНиПа [10],

_с1 = 1,2 (т.к. супесь пластичная с I_l = 0,43);

_с2 =1,1 (т.к. отношение длины сооружения к высоте L/H=1,25<1,5);

k — коэффициент, принимаемый в курсовом проекте равным 1,1, т.к. прочностные характеристики грунта (и с) приняты по таблицам СНиПа [10];

M, M_q, M_с — коэффициенты, принимаемые по таблице 4 СНиПа [10], в зависимости от угла внутреннего трения () грунта

: M=0,69, M_q=3,65, M_с=6,24;

k_z — .коэффициент, принимаемый равным: при b < 10 м — k_z = 1;

b — ширина подошвы фундамента, м

_II — осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяются с учетом взвешивающего действия воды — _sb, кН/м³, определяемого по формуле:

где _i и h_i — соответственно удельный вес и толщина i-ого слоя грунта, залегающего ниже подошвы;

Удельный вес грунта, кН/м³ определяется:

г=с· g

где с — плотность грунта, т/м³ (см. табл. 1),

g — ускорение свободного падения, g = 10 м/с².

г₁=1,96· 10=19,6 кН/м³,

г₂=1,82· 10=18,2 кН/м³,

г₃=2,06· 10=20,6 кН/м³,

кН/м³,

кН/м³,

h₁' =0,85 м; h₂ = 3,95 м; h₃'=0,3 м; h₃'' = 4,85 м; h₄= 2,85 м

кН/м³,

'_II — то же для грунтов, залегающих выше подошвы фундамента.

кН/м³,

Для грунтов обратной засыпки:

'_II0 = 0,95'_II,

кН/м³

С — расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, С=13 кПа;

d₁ — глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки

d₁ =1,6 м,

d_b — глубина подвала

d_b=0

Итак расчетное сопротивление грунта основания под подошвой фундамента равно:

кПа

Зная R уточняем размеры подошвы фундамента из условия:

м²

м²

Размер незначительно изменился, поэтому принимаем фундаментную плиту марки ФЛ 16.24 (b = 1,6 м) и стеновой блок марки ФБС 24.3.6.-Т

кПа

Определив предварительные размеры фундамента, приступают к его конструированию. Конструирование фундаментов из сборных железобетонных элементов заключается в выборе отдельных стандартных изделий и составлении из них фундамента, отвечающего принятым при расчете основным его параметрам. Определение размеров центрально нагруженных фундаментов считается законченным, если выполняется условие:

Р_II? R

где Р_II — среднее давление под подошвой фундамента, кПа, определяемое по формуле:

где N_II — суммарная вертикальная нагрузка на основание, кН, включая вес фундамента N_фII и вес грунта на его уступах N_rpII:

N_II = N_0II + N_фII + N_rpII

N_0II = 353,6 кН,

N_фII = = 18,53 кН (табл. 10 [3]),

кН

N_II =353,6+29,05+15,73=401,18 кН

Величина Р_II должна не только удовлетворять условию, но и быть по возможности близка к значению расчетного сопротивления грунта (допустимое отличие от расчетного сопротивления должно быть не более 10% в меньшую сторону).

Р_II = кПа

Условие Р_II < R выполняется т.к.

Р_II = 250,7 кПа< R = 256 кПа,

Недонапряжение составляет 2%, что допустимо. Окончательно принимаем:

Фундаментную плиту марки ФЛ 16.24

Размеры: b = 1600 мм;

l = 2380 мм;

h = 300 мм;

V_бет = 0,987 м³;

Вес плиты 24,7 кН.

и стеновой блок марки ФБС 24.3.6.-Т

Размеры: l = 2380 мм;

b = 300 мм;

h = 580 мм;

V_бет = 0,41 м³;

Вес блока 9,7 кН.

3.3 Расчет внецентренно нагруженных фундаментов при наличии подвала

Сечение 6-6

При наличии подвала фундамент наружных стен воспринимает давление от обратной засыпки грунта.

Расчетная схема ленточного фундамента под стену при наличии подвала

Его определяют по формулам активного давления на подпорные стенки с учетом сцепления. Однако при малой высоте этих стенок (до 4х м) и выполнении обратной засыпки за пазух и фундамента грунтом нарушенной структуры ограничиваются обычно приближенным расчетом. При вычислении давления грунта на подпорную стенку учитывают временную нагрузку на поверхности грунта q = 10 кН/м².

Размеры подошвы фундамента определяют так же, как и для центрально нагруженного фундамента.

Предварительно площадь А, м², подошвы фундамента определяют по формуле:

;

где No_II — нормативная вертикальная нагрузка от сооружения, приложенная к обрезу фундамента, определяемая как сумма постоянной и временной нагрузок,

No_II=N_пост+N_вр= (43,4+4,1)· 8=380 кН/м;

R_{0 -} условное расчетное сопротивление несущего слоя грунта основания,

R₀=187 кПа (см. табл. 2);

d — глубина заложения фундамента, d = 2,7 м;

г_ср — среднее значение удельного веса материала фундамента и грунта на его уступах, г_ср=20 кН/м³;

b = = 2,86 м

Размеры проектируемого фундамента вычисляют методом приближения и принимают с учетом модульности и унификации конструкций. Принимаем b=2,86 м.

Далее вычисляется расчетное сопротивление грунта основания под подошвой фундамента R, кПа;

где _с1 и _{с2 -} коэффициенты условий работы, принимаемые по таблице 3 СНиПа [10],

_с1 = 1,0 (т.к. суглинок мягкопластичный с I_l = 0,53);

_с2 =1,0 (т.к. отношение длины сооружения к высоте L/H=1,25<1,5);

k — коэффициент, принимаемый в курсовом проекте равным 1,1, т.к. прочностные характеристики грунта (и с) приняты по таблицам СНиПа [10];

M, M_q, M_с — коэффициенты, принимаемые по таблице 4 СНиПа [10], в зависимости от угла внутреннего трения () грунта

: M=0,36; M_q=2,43; M_с=4,99;

k_z — .коэффициент, принимаемый равным: при b < 10 м — k_z = 1;

b — ширина подошвы фундамента, м

_II — осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяются с учетом взвешивающего действия воды — _sb, кН/м³, определяемого по формуле:

где _i и h_i — соответственно удельный вес и толщина i-ого слоя грунта, залегающего ниже подошвы;

Удельный вес грунта, кН/м³ определяется:

г=с· g

где с — плотность грунта, т/м³ (см. табл. 1),

g — ускорение свободного падения, g = 10 м/с².

г₁=1,96· 10=19,6 кН/м³,

г₂=1,82· 10=18,2 кН/м³,

г₃=2,06· 10=20,6 кН/м³,

кН/м³,

кН/м³,

h₂= 3,7 м; h₃'=0,3 м; h₃'' = 4,85 м; h₄= 2,85 м

кН/м³,

'_II — то же для грунтов, залегающих выше подошвы фундамента.

кН/м³,

Для грунтов обратной засыпки:

'_II0 = 0,95'_II,

кН/м³

С — расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, С=17 кПа;

d₁ — приведенная глубина заложения для наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле:

d₁ =0,5+0,1=0,62 м,

d_b — расстояние от уровня планировки до пола подвала, м

Для сооружений с подвалом шириной В<20 м и глубиной свыше 2 м принимается d_b=2

Итак расчетное сопротивление грунта основания под подошвой фундамента равно:

Зная R уточняем размеры подошвы фундамента из условия:

м²

м²

Размер незначительно изменился, поэтому принимаем фундаментную плиту марки ФЛ 32.12 (b =3, 2 м) и стеновые блоки марки ФБС 12.4.6-Т и ФБС 12.4.3-Т

Определив предварительные размеры фундамента, приступают к его конструированию. Конструирование фундаментов из сборных железобетонных элементов заключается в выборе отдельных стандартных изделий и составлении из них фундамента, отвечающего принятым при расчете основным его параметрам.

Активное давление грунта G_II, кПа, на подпорную стенку у подошвы фундамента вычисляют по формуле:

при этом L = d + h_np — высота подпорной стенки с учетом приведенной высоты слоя грунта, h_np, м:

L=2,7+0,54=3,24 м

где — расчетный удельный вес грунта обратной засыпки, = 18,5 кН/м³;

— угол внутреннего трения грунта обратной засыпки, в практических расчетах принимаемый равным 20°.

Далее определяются составляющие усилий, действующих в уровне подошвы фундамента:

— суммарная равнодействующая нагрузка:

N_II = N_0II + N_фII + N_rpII

— момент от равнодействующей активного давления грунта с учетом нагрузки грунта на уступах фундамента:

где e₁ — эксцентриситет действующей нагрузки от грунта, лежащего на уступах фундамента, относительно его центра тяжести, определяемый согласно рис. 6, е₁=0,9 м.

N_0II=380 кН

N_фII= кН

N_rpII=1,4· 1·2,2·=1,4·1·2,2·18,5=56,98 кН

N_II = 380+52,8+56,98=489,78 кН.

Эксцентриситет е, м, равнодействующей суммарной вертикальной нагрузки относительно центра подошвы фундамента определяется по формуле:

м.

Максимальное и минимальное давления под краем фундамента при действии момента сил относительно только одной из главных осей инерции площади подошвы фундамента определяются из выражения:

где N_II — суммарная вертикальная нагрузка на основание. кН;

А — площадь подошвы проектируемого фундамента, м²;

е — эксцентриситет равнодействующей вертикальной нагрузки относительно центра подошвы фундамента, м;

l — большая сторона подошвы фундамента.

кПа

кПа

Среднее давление под подошвой фундамента Р_II, кПа, определяем по формуле:

Р_II = кПа

Для внецентренно нагруженного фундамента должны выполняться следующие условия:

— для среднего давления Р_II

Р_II R,

153,1 кПа < 175,26 кПа. Условие выполняется;

— для максимального краевого давления при эксцентриситете относительно одной главной оси инерции подошвы фундамента

Р_IImax 1,2R

170,85 кПа < 210,31 кПа. Условие выполняется;

— для минимального краевого давления:

Р_min > 0,

Р_min = 135,26 > 0. Условие выполняется.

Все условия выполняются, значит, окончательно принимаем:

фундаментную плиту марки ФЛ 32.12.

Размеры: b = 3200 мм;

l = 1180 мм;

h = 500 мм;

V_бет = 1,6 м³;

Вес плиты 40,0 кН.

и стеновые блоки марки ФБС 12.4.6.-Т

Размеры: b = 400 мм;

l = 1180 мм;

h = 580 мм;

V_бет = 0,26 м³;

Вес плиты 6,4 кН

и марки ФБС 12.4.3.-Т

Размеры: b = 400 мм;

l = 1180 мм;

h = 280 мм;

V_бет = 0,13 м³;

Вес плиты 3,1 кН

3.4 Проверка прочности подстилающего cлоя

Сечение 1-1

Расчетная схема фундамента при наличии подстилающего слоя слабого грунта

При наличии под несущим слоем на глубине Z слоя грунта меньшей прочности, чем прочность грунта несущего слоя, размеры фундамента должны назначаться такими, чтобы полное давление на кровлю подстилающего слоя не превышало его расчетного сопротивления, т. е. обеспечивалось бы условие:

у_zp + у_zq? R_z,

где у_zp — дополнительное вертикальное напряжение на глубине Z от подошвы фундамента от нагрузки на основание под подошвой фундамента, определяемое по формуле:

у_zp = р₀

где — коэффициент рассеивания напряжений с глубиной, принимаемый в зависимости от формы подошвы фундамента, соотношения сторон прямоугольного фундамента и относительной глубины :

= f (=, =)

здесь l — длина; b — ширина подошвы фундамента.

==1,417; интерполируя, находим = 0,694;

р₀ — дополнительное вертикальное давление на основание, определяемое как разность между средним давлением под подошвой фундамента Р и напряжением от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента у_zq0.

р₀ = P_II — у_zq0,

у_zq0 = dг₁= 1,619,6 = 31,36 кПа

P_II = 219,3 кПа р₀ =219,3 — 31,36 = 197,94 кПа у_zp = 0,694 197,94 =137,37 кПа у_zq — вертикальное напряжение от собственного веса грунта на глубине Z от подошвы фундамента, определяемое по формуле:

где г_i и h_i — соответственно удельный вес и толщина i-го слоя грунта.

у_zq = 19,6 2,45 = 48,02 кПа у_zp + у_zq=137,37+48,02=185,02 кПа

R_z — расчетное сопротивление грунта на глубине кровли слабого подстилающего слоя.

Величину R_z определяют по формуле как для условного фундамента шириной b_z и глубиной заложения d_z. Коэффициенты условии работы _с1 и _с2 и надежности к, а также коэффициенты M, M_q, M_с находят применительно к слою слабого грунта.

Площадь подошвы условного фундамента A_z, м². определяется по формуле:

где N_II = N_0II + N_фII + N_rpII — суммарная вертикальная нагрузка на основание.

N_II = 263,18 кН,

м²;

Ширина подошвы условного фундамента b_z, м, определяется из условия:

— для ленточного фундамента b_z = A_z/1;

b_z=1,92 м Вычисляем расчетное сопротивление грунта основания R_z как для условного фундамента шириной b_z = 5,8 м и глубиной заложения d_z =2,45 м, кПа;

где _с1 и _с2 — коэффициенты условий работы, принимаемые по таблице 3 СНиПа [10],

_с1 = 1,0

_с2 =1,0 (т.к. L/H=1,251,5);

k — коэффициент, принимаемый в курсовом проекте равным 1,1, т.к. прочностные характеристики грунта (и с) приняты по таблицам СНиПа [10];

M, M_q, M_с — коэффициенты, принимаемые по таблице 4 СНиПа [10], в зависимости от угла внутреннего трения () грунта,

=16; M=0,36, M_q=2,43, M_с=4,99;

k_z — .коэффициент, принимаемый равным: при b < 10 м — k_z = 1;

b_z — ширина подошвы фундамента, м; b_z = 1,92 м

_II — осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента на всю глубину разведанной толщи грунтов (при наличии подземных вод определяются с учетом взвешивающего действия воды) — _sb, кН/м³, определяемого по формуле:

где _i и h_i — соответственно удельный вес и толщина i-ого слоя грунта, залегающего ниже подошвы;

Удельный вес грунта, кН/м³ определяется:

г=с· g

где с — плотность грунта, т/м³ (см. табл. 1),

g — ускорение свободного падения, g = 10 м/с².

г₁=1,96· 10=19,6 кН/м³,

г₂=1,82· 10=18,2 кН/м³,

г₃=2,06· 10=20,6 кН/м³,

кН/м³,

кН/м³,

h₂= 3,95 м; h₃'=0,3 м; h₃'' = 4,85 м; h₄= 2,85 м

кН/м³,

'_II — то же для грунтов, залегающих выше подошвы фундамента.

кН/м³,

Для грунтов обратной засыпки:

'_II0 = 0,95'_II,

кН/м³

С — расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, С=17 кПа;

d₁ — глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки

d₁=2,45 м,

d_b — глубина подвала — расстояние от уровня планировки до пола подвала, м

d_b=0 м Итак расчетное сопротивление грунта основания под подошвой фундамента равно:

Проверяем выполнение условия:

у_zp + у_zq? R_z

185,02 кПа < 192,9 кПа Выполнение данного условия свидетельствует о том, что в слое слабого подстилающего слоя не будут развиваться пластические деформации.

Сечение 6−6

Расчетная схема фундамента при наличии подстилающего слоя слабого грунта

При наличии под несущим слоем на глубине Z слоя грунта меньшей прочности, чем прочность грунта несущего слоя, размеры фундамента должны назначаться такими, чтобы полное давление на кровлю подстилающего слоя не превышало его расчетного сопротивления, т. е. обеспечивалось бы условие:

у_zp + у_zq? R_z,

где у_zp — дополнительное вертикальное напряжение на глубине Z от подошвы фундамента от нагрузки на основание под подошвой фундамента, определяемое по формуле:

у_zp = р₀

где — коэффициент рассеивания напряжений с глубиной, принимаемый в зависимости от формы подошвы фундамента, соотношения сторон прямоугольного фундамента и относительной глубины :

= f (=, =)

здесь l — длина; b — ширина подошвы фундамента.

==2,3125; интерполируя, находим = 0,493;

р₀ — дополнительное вертикальное давление на основание, определяемое как разность между средним давлением под подошвой фундамента Р и напряжением от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента у_zq0.

р₀ = P_II — у_zq0,

у_zq0 = h₁г₁+ h₂г₂= 19,6· 2,45+18,2·0,25=52,57 кПа

P_II = 153,1 кПа р₀ =153,1 — 52,57 = 100,53 кПа у_zp = 0,493 100,53 =49,6 кПа у_zq — вертикальное напряжение от собственного веса грунта на глубине Z от подошвы фундамента, определяемое по формуле:

где г_i и h_i — соответственно удельный вес и толщина i-го слоя грунта.

у_zq = 19,6 2,45+18,23,95 = 48,02+71,89=119,91 кПа

у_zp + у_zq=49,6+119,91=169,51 кПа

R_z — расчетное сопротивление грунта на глубине кровли слабого подстилающего слоя.

Величину R_z определяют по формуле как для условного фундамента шириной b_z и глубиной заложения d_z. Коэффициенты условии работы _с1 и _с2 и надежности к, а также коэффициенты M, M_q, M_с находят применительно к слою слабого грунта.

Площадь подошвы условного фундамента A_z, м². определяется по формуле:

где N_II = N_0II + N_фII + N_rpII — суммарная вертикальная нагрузка на основание.

N_II = 489,78 кН,

м²;

Ширина подошвы условного фундамента b_z, м, определяется из условия:

— для ленточного фундамента b_z = A_z/1;

b_z=9,91 м Вычисляем расчетное сопротивление грунта основания R_z как для условного фундамента шириной b_z = 9,91 м и глубиной заложения d_z =6,4 м, кПа;

где _с1 и _с2 — коэффициенты условий работы, принимаемые по таблице 3 СНиПа [10],

_с1 = 1,4

_с2 =1,4 (т.к. L/H=1,251,5);

k — коэффициент, принимаемый в курсовом проекте равным 1,1, т.к. прочностные характеристики грунта (и с) приняты по таблицам СНиПа [10];

M, M_q, M_с — коэффициенты, принимаемые по таблице 4 СНиПа [10], в зависимости от угла внутреннего трения () грунта,

=38; M=2,11, M_q=9,44, M_с=10,8;

k_z — .коэффициент, принимаемый равным: при b < 10 м — k_z = 1;

b_z — ширина подошвы фундамента, м; b_z = 9,91 м

_II — осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента на всю глубину разведанной толщи грунтов (при наличии подземных вод определяются с учетом взвешивающего действия воды) — _sb, кН/м³, определяемого по формуле:

где _i и h_i — соответственно удельный вес и толщина i-ого слоя грунта, залегающего ниже подошвы;

Удельный вес грунта, кН/м³ определяется:

г=с· g

где с — плотность грунта, т/м³ (см. табл. 1),

g — ускорение свободного падения, g = 10 м/с².

г₁=1,96· 10=19,6 кН/м³,

г₂=1,82· 10=18,2 кН/м³,

г₃=2,06· 10=20,6 кН/м³,

кН/м³,

кН/м³,

h₂= 3,95 м; h₃'=0,3 м; h₃'' = 4,85 м; h₄= 2,85 м

кН/м³,

'_II — то же для грунтов, залегающих выше подошвы фундамента.

кН/м³,

Для грунтов обратной засыпки: '_II0 = 0,95'_II,

кН/м³

С — расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, С=2 кПа;

d₁ — приведенная глубина заложения для наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле:

d₁ =(3,7+0,5)+0,1=4,32 м,

d_b — расстояние от уровня планировки до пола подвала, м Для сооружений с подвалом шириной В<20 м и глубиной свыше 2 м принимается d_b=2

Итак расчетное сопротивление грунта основания под подошвой фундамента равно:

Проверяем выполнение условия:

у_zp + у_zq? R_z

169,51 кПа < 2510,9 кПа Выполнение данного условия свидетельствует о том, что в слое слабого подстилающего слоя не будут развиваться пластические деформации.

3.5 Расчет осадки основания методом послойного суммирования

Расчет оснований по деформациям производится из условия:

S S_n,

где S_n — предельное значение совместной деформации основания и сооружения, определяемой по таблице приложения 4 СНиП [10], S_n = 10 см;

S — совместная деформация основания и сооружения, определяемая расчетом в соответствии с указаниями приложения 2 СНиП.

Расчет осадки основания S, м, в методе послойного суммирования находят простым суммированием осадок всех элементарных слоев в пределах сжимаемой толщи Н_с по формуле:

где в — безразмерный коэффициент, равный 0,8;

у_zр,i — среднее значение дополнительного вертикального напряжения в i-ом слое грунта, равное полусумме указанных напряжений на верхней Z _i-1 и нижней Z _i границах элементарного слоя по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента;

h_i и E_i — соответственно толщина и модуль деформации i-ого элементарного слоя грунта;

n — число слоев на которое разбита сжимаемая толща основания.

Напряжение от собственного веса грунта у_zq определяется в следующих характерных точках грунтового основания: на уровне планировки, подошвы фундамента, подземных вод, на контактах инженерно-геологических элементов (слоев грунтов) по формуле:

где г_i и h_i — соответственно удельный вес и толщина 1-го слоя грунта.

Удельный вес водопроницаемых грунтов, к которым условно отнесем все пески, супеси, суглинки, залегающих ниже уровня подземных вод, но выше водоупора — глины, вычисляется с учетом взвешивающего действия воды — г_sb.

где г_s, г_w — удельный вес частиц грунта и воды соответственно;

е — коэффициент пористости.

В этом случае к вертикальному напряжению от собственного веса грунта у_zq на кровлю водоупора добавляется гидростатическое давление б_гидр столба воды, определяемое по формуле:

б_гидр = h_w· г_w,

где h_w и г_w — соответственно высота столба воды и удельный вес воды.

Дополнительные вертикальные напряжения у_zp на глубине Z от подошвы фундамента определяются по формуле:

у_zp = р₀

где — коэффициент рассеивания напряжений с глубиной, принимаемый в зависимости от формы подошвы фундамента, соотношения сторон прямоугольного фундамента и относительной глубины

= f (=, =)

здесь l — длина; b — ширина подошвы фундамента.

р₀ — дополнительное вертикальное давление на основание, определяемое как разность между средним давлением под подошвой фундамента Р и напряжением от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента у_zq0.

Для обеспечения необходимой точности расчета, сжимаемую толщу основания ниже подошвы фундамента разбивают на элементарные слои, толщина которых h, м, должна удовлетворять условию:

h 0,4b,

где b — ширина подошвы фундамента.

Дополнительные вертикальные напряжения у_zq определяют на границах элементарных слоев.

Сечение 1 -1

Схема к расчету осадки методом послойного суммирования.

Определяем ординаты эпюры вертикальных напряжений от действия собственного веса грунта и вспомогательной эпюры 0,2у_zq:

1. На уровне спланированной поверхности:

у_zq = 0г₁= 0 кПа

0,2у_zq = 0 кПа

2. На уровне подошвы фундамента:

у_zq0 = у_zq0+ dг₁=0 + 1,619,6 = 31,36 кПа

0,2у_zq0 = 6,27 кПа

3. На границе слоев ИГЭ-1 и ИГЭ-2:

у_zq1 = у_zq +h₁ г₁= 0+19,62,45 = 48,02 кПа

0,2у_zq1 =9,604 кПа

4. На границе слоев ИГЭ-2 и ИГЭ-3:

у_zq2= у_zq1 + h₂ г₂ = 48,02+18,23,95 = 119,91 кПа

0,2у_zq2= 23,982 кПа

5. На уровне грунтовых вод:

у_zqw = у_zq2 + h'₃ г₃= 119,91+0,320,6 = 126,09 кПа

0,2у_zqw=25,218кПа

6. На границе слоев ИГЭ-3 и ИГЭ-4 с учетом взвешивающего действия воды:

у_zq3 = у_zqw + h₃г_sb3= 126,09 + 4,8510,7 = 177,985 кПа

0,2у_zq3=35,597 кПа

7. От действия столба воды:

у_гидр= h_w· г_w= 4,8510 = 48,5 кПа

8. Полное напряжение на границе слоев ИГЭ3 и ИГЭ4 (на кровлю водоупора):

у_zqполн= у_zq3 + у_гидр = 177,985 + 48,5 =226,485 кПа

0,2у_zqполн=45,3 кПа

9. На подошве ИГЭ-4:

у_zq4 = у_zqполн + h₄г₄= 226,485 +2,8520,9 = 286,05 кПа

0,2у_zq4 =57,21кПа

Значения напряжений у_zq откладывают влево от оси фундамента. Вспомогательная эпюра напряжений от собственного веса грунта, значения абсцисс которой составляют 20% соответствующего значения напряжения от собственного веса грунта у_zq, откладывается вправо от оси фундамента.

h 0,4b, 0,4· 1,2=0,48 м условие выполняется

Результаты вычислений приведены в табл. 3

S=2,56+6,09+0,08=8,73 см < Sи=10 см Условие выполняется

Сечение 6 -6

Схема к расчету осадки методом послойного суммирования.

Определяем ординаты эпюры вертикальных напряжений от действия собственного веса грунта и вспомогательной эпюры 0,2у_zq:

1. На уровне спланированной поверхности:

у_zq = 0г₁= 0 кПа

0,2у_zq = 0 кПа

2. На границе слоев ИГЭ-1 и ИГЭ-2:

у_zq1 = у_zq +h₁ г₁= 0+19,62,45 = 48,02 кПа

0,2у_zq1 =9,604 кПа

3. На уровне подошвы фундамента:

у_zq0 = у_zq1 + h'₂г₂=48,02 + 18,20,25 = 52,57 кПа

0,2у_zq0 = 10,514 кПа

4. На границе слоев ИГЭ-2 и ИГЭ-3:

у_zq2= у_zq1 + h₂ г₂ = 48,02+18,23,95 = 119,91 кПа

0,2у_zq2= 23,982 кПа

5. На уровне грунтовых вод: