Определение физико-механических характеристик грунтов строительной площадки

1. Задание, содержание задания.

1.1 Конструкция сооружения, фундаменты, нагрузки.

1.2 Основание сооружения

2. Определение расчетных нагрузок на фундаменты

3. Определение физико-механических характеристик грунтов строительной площадки

4. Определение глубины заложения ленточного фундамента под наружную стену 15-этажного жилого дома.

4.1 Расчетная нагрузка на ленточный фундамент (наружная стена, ось А)

4.2 Расчетная нагрузка на отдельный фундамент под колонну (внутренняя стена, ось Б)

4.3 Отдельный фундамент для внутренней стены здания с подвалом

5. Определение размеров подошвы фундамента, расчёт сопротивления грунта основания.

5.1 Ленточный фундамент наружной стены здания с подвалом

6. Расчёт осадок фундаментов.

6.1 Определение конечной (стабилизированной) осадки фундамента мелкого заложения методом послойного суммирования (наружная стена)?

6.2 Определение конечной (стабилизированной) осадки фундамента мелкого заложения методом послойного суммирования (внутренняя колонна).

6.3 Определение конечной (стабилизированной) осадки фундамента мелкого заложения наружной стены методом эквивалентного слоя (метод Н.А. Цытовича)

7. Расчёт уклона (крена).

8. Проектирование свайных фундаментов.

8.1 Ленточный свайный фундамент под наружную стену жилого дома.

8.2 Столбчатый свайный фундамент под внутреннюю колонну здания.

8.3 Расчет свайного фундамента под наружную стену здания по II группе под наружную стену методом послойного суммирования.

8.4 Определение конечной (стабилизированной) осадки свайного фундамента предельных состояний (по деформациям).

1. Задание, содержание задания

1.1 Конструкция сооружения, фундаменты, нагрузки

Краткая характеристика здания:

1. Назначение здания: жилое.

2. Вариант геологии: 16

3. Вариант конструкции: 5

4. Размеры в плане (в осях): 12×71,2 м.

5. Количество этажей: 15.

6. Условная отметка пола первого этажа выше спланированной отметки земли: 0,90 м.

7. Наличие подвального помещения: под всем зданием.

8. Отметка пола подвала: -2,50 м.

9. Конструктивная схема здания:

Высота типового этажа-2,8 см Стены наружные — панельно-блочные толщиной 40 см.

Стены внутренние — панельно-блочные толщиной 39 см Перекрытия — сборные многопустотные ж/б плиты толщиной 22 см.

Покрытие — сборные железобетонные плиты.

10. Город строительства: Калуга.

11. Тип фундаментов:

Ленточный — под стены.

Отдельный — под колонны.

Характер передаваемой на них нагрузки — центральная.

Типовой план этажа

1.2.Основание сооружения

2. Определение расчетных нагрузок на фундаменты

здание фундамент уклон грунт свайный

Расчет оснований и фундаментов производится по расчетным нагрузкам, которые определяются как произведение нормативных нагрузок на соответствующие коэффициенты.

При проектировании ленточных фундаментов расчет ведется для одного метра его длины и определяется ширина подошвы фундамента. Проектирование оснований и фундаментов мелкого заложения ведется по II группе предельных состояний по деформациям.

Определение расчетной нагрузки проектируемого фундамента 14-этажного жилого здания с подвалом по II группе предельных состояний.

Нормативная нагрузка от веса здания на стену, А (по зданию):

Постоянная N_п=388 кН Временная N_в=42 кН Нормативная нагрузка от веса здания на колонну Б:

Постоянная N_п=466 кН Временная N_в=62 кН Нормативные нагрузки на стену, А от веса перекрытия над подвалом:

Постоянная N_пп=14 кН Временная N_вп=2 кН Нормативные нагрузки на колонну Б от веса перекрытия над подвалом:

Постоянная N_пп=65 кН Временная N_вп=6 кН Расчетная нагрузка, действующая по обрезу фундамента для здания с подвалом по II группе предельных состояний определяется по формуле:

N2=1*(Nп+ Nв) Таким образом:

Для стены: =1*(388+42)=430 кН/м Для колонны: =1*(466+ 62)=528 кН Определение расчетной нагрузки по 1-й группе предельных состояний (устойчивость).

Для стены: =1,2*430=516 кН/м Для колонны: =1,2*528=636,6кН

Расчетные нагрузки, действующие по обрезу фундамента

3. Определение физико-механических характеристик

Грунтов строительной площадки

Для каждого из слоев грунта, вскрытых двумя скважинами и одним шурфом, определяем расчетные характеристики.

Для каждого из слоев грунта, вскрытых двумя скважинами и одним шурфом, определяем расчетные характеристики.

Слой 1: Насыпь

Плотность грунта: с = 17кН/м³.

Влажность: 13%

Слой 2: Пылевато-глинистый грунт.

Удельный вес грунта: г = 19,3 кН/м3.

Удельный вес твердых минеральных частиц: гs = 26,7кН/м3.

Природная влажность грунта: W = 23,4%.

Влажность грунта на границе текучести: W_L = 24,0%.

Влажность грунта на границе раскатывания: W_P = 18,0%.

1) Определяем тип пылевато-глинистого грунта по показателю (числу) пластичности I_P:

I_P=W_L-W_p=24,0−18,0=6,0%.

Т.к. 1? (I_P = 2,7%)? 7, то тип рассматриваемого пылевато-глинистого грунта — супесь.

2) Определяем разновидность пылевато-глинистого грунта по консистенции I_L:

J_L=

Воспользуемся таблицей 2 для определения разновидности пылевато-глинистого грунта по степени текучести:

Таблица 2

Т.к I_L = 0,9>0, то разновидность рассматриваемого пылевато-глинистого грунта — супесь пластичная.

3) Определяем коэффициент пористости e:

е=(26,7/19,3)*(1+23,4/100)-1=0,7

4) Определяем условно-расчетное сопротивление R_o рассматриваемого грунта:

J_L =0 е=0,7 — R ₀=250кПа

Таким образом, исследуемый слой грунта представляет собой супесь твердую.

Условно-расчетное сопротивление R_o =250кПа.

Вывод: слой может служить естественным основанием.

Слой 3: Песчаный грунт.

Удельный вес грунта: г = 19,9кН/м3.

Удельный вес твердых минеральных частиц: гs = 26,6кН/м³.

Природная влажность грунта: W = 25,4%.

1) Определяем вид песчаного грунта по гранулометрическому составу:

Вес частиц крупнее 2,00 мм составляет: 3, 0%

Вес частиц крупнее 0,50 мм составляет: 12,0%.

Вес частиц крупнее 0,25 мм составляет: 33,0%.(12,0+21,0)

Вес частиц крупнее 0,10 мм составляет: 75,0% (33,0+42,0).

Т.к. вес частиц крупнее 0,10 мм составляет 75,0%, то рассматриваемый вид песчаного грунта — песок мелкий.

2) Определяем плотность сложения песчаного грунта по коэффициенту пористости e:

е=(26,6/19,9)*(1+25,4/100)-1=0,680

Т.к. e = 0,680< 0,6, то рассматриваемый грунт — песок мелкий средней плотности.

3) Определяем разновидность песчаного грунта по степени влажности S_r:

S_r=, где с_w =1т/м³ — плотность воды.

В данном случае: S_r= д.ед.

Т.к. 0 < (Sr = 0,327)? 0,5, то рассматриваемый грунт — песок мелкий средней плотности маловлажный.

4) Определяем условно-расчетное сопротивление R_o рассматриваемого грунта:

Для песка мелкого плотного влажного условно-расчетное сопротивление составит R_o = 300кПа.

Вывод: слой может служить естественным основанием.

Слой 4: Пылевато-глинистый грунт.

Удельный вес грунта: г = 19,3 кН/м3.

Удельный вес твердых минеральных частиц: гs = 27,4кН/м3.

Природная влажность грунта: W = 23,0%.

Влажность грунта на границе текучести: W_L = 30,0%.

Влажность грунта на границе раскатывания: W_P = 18,0%.

1) Определяем тип пылевато-глинистого грунта по показателю (числу) пластичности I_P:

I_P=W_L-W_p=30,0−18,0=12,0%.

Т.к. 1? (I_P = 2,7%)? 7, то тип рассматриваемого пылевато-глинистого грунта —суглинок.

2) Определяем разновидность пылевато-глинистого грунта по консистенции I_L:

J_L=

Воспользуемся таблицей 2 для определения разновидности пылевато-глинистого грунта по степени текучести:

Таблица 2

Т.к I_L = 0,4>0, то разновидность рассматриваемого пылевато-глинистого грунта — суглинок тугопластичный.

3) Определяем коэффициент пористости e:

е=(26,7/19,3)*(1+23,4/100)-1=0,715

4) Определяем условно-расчетное сопротивление R_o рассматриваемого грунта:

J_L =0 е=0,715 — R ₀=250кПа

Таким образом, исследуемый слой грунта представляет собой суглинок тугопластичный.

Условно-расчетное сопротивление R_o =250кПа.

Вывод: слой может служить естественным основанием.

Слой 5: Пылевато-глинистый грунт.

Удельный вес грунта: г = 19,2 кН/м3.

Удельный вес твердых минеральных частиц: гs = 27,3кН/м3.

Природная влажность грунта: W = 33,7%.

Влажность грунта на границе текучести: W_L = 53,0%.

Влажность грунта на границе раскатывания: W_P = 30,5%.

1) Определяем тип пылевато-глинистого грунта по показателю (числу) пластичности I_P:

I_P=W_L-W_p=53,0−30,5=22,5%.

Т.к., J_p,>17, J_p=22,5 то тип рассматриваемого пылевато-глинистого грунта —глина.

2) Определяем разновидность пылевато-глинистого грунта по консистенции I_L:

J_L=

Т.к I_L = 0,14>0, то разновидность рассматриваемого пылевато-глинистого грунтаглина полутвердая.

Воспользуемся таблицей 2 для определения разновидности пылевато-глинистого грунта по степени текучести:

Таблица 2

Т.к I_L = 0,14>0, то разновидность рассматриваемого пылевато-глинистого грунтаглина полутвердая.

3) Определяем коэффициент пористости e:

е=(27,3/19,2)*(1+33,7/100)-1=0,9

4) Определяем условно-расчетное сопротивление R_o рассматриваемого грунта:

J_L =0 е=0,9 — R ₀=283,3кПа

Таким образом, исследуемый слой грунта представляет собой глину полутвердая.

Условно-расчетное сопротивление R_o =283,3кПа.

Вывод: слой может служить естественным основанием.

Сводная таблица физико-механических свойств грунтов строительной площадки

4. Определение глубины заложения ленточного фундамента

Под наружную стену 14-этажного жилого дома.

Схематический рисунок с обозначением отметок:

Ленточный фундамент Отдельный фундамент

DL — планировочная отметка

FL — отметка подошвы фундамента

hs — толщина слоя грунта выше подошвы фундамента (до низа пола подвала)

hcf — толщина пола подвала — 0,5 м

d1 — приведенная глубина заложения фундамента со стороны подвала

db — расстояние от планировочной отметки DL до пола подвала

hп — разность отметок пола 1-ого этажа (0.000) и пола подвала — 2,5 м

hц — высота цоколя — разность отметок 0.000 и поверхности планировки DL — 0,6 м

h — высота

плиты ленточного фундамента (4);

подколонника в отдельном составном фундаменте (6)

hпл — высота (толщина) опорной плиты отдельного составного фундамента

1 — надподвальное перекрытие (пол первого этажа)

2 — пол подвала

3 — стена подвала (стеновая часть ленточного фундамента)

4 — опорная плита ленточного фундамента

5 — колонна

6 — подколонник в отдельном составном фундаменте

7 — опорная плита в отдельном составном фундаменте По экономическим соображениям глубина заложения фундамента d должна быть минимально возможной. Она определяется с учетом ряда факторов, из которых в курсовом проекте рассматриваются:

— конструктивные особенности сооружения (наличие подвала или иных подземных помещений);

— инженерно-геологические условия основания;

— гидрогеологические условия (положение уровня подземных вод);

— климатические условия (глубина промерзания).

В зависимости от этих факторов глубина заложения d может получаться разной.

Принимается наибольшая, из полученных минимально возможных ее значений.

4.1 Ленточный фундамент наружной стены здания с подвалом (Ось 1).

1)Глубина заложения фундамента исходя из конструктивных особенностей здания (для ленточного фундамента):

1)Глубина заложения фундамента исходя из конструктивных особенностей здания (для ленточного фундамента):

d=2,5+0,3+0,5−0,9=2,4 м.

Толщина (высота) опорной плиты, в зависимости от ее ширины b, по результатам дальнейших расчетов может измениться от 0,3 до 0,5 м.

2)На глубине 2,4м — песок мелкий средней плотности маловлажный с R₀=300кПа, на данный слой опирать фундамент можно.

3)Из гидрогеологических условий:

WL — ниже глубины заложения фундамента, следовательно, никаких специальных мер не требуется.

4) Из глубины сезонного промерзания грунта.

d_f = k_h· d_fn = 0,6· 1,84= 1,104 м где k_h= 0,6 — коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения

d_fn — нормативная глубина промерзания

= 0,28· = 1,84 м

= 0,28м — для песков;

=43,3 — для г. Калуги.

Отметка заложения фундамента значительно ниже глубины сезонного промерзания.

Принимаем глубину заложения фундамента по большему показателю: d=2,4 м.

Учет рассмотренных факторов, влияющих на глубину заложения фундамента, показывает, что определяющей является глубина заложения, полученная из конструктивных особенностей подземной части здания — d = 2,4 м. Относительная отметка подошвы фундамента наружной стены FL = -3,300.

4.2 Отдельный фундамент внутренней стены здания с подвалом (Ось 12).

1)Глубина заложения фундамента d, исходя из конструктивных особенностей:

d = hп — hц + hcf + hs = 2,5 — 0,9 + 0,2 + 0,5 = 2,3 м

2)Глубина заложения фундамента d, исходя из климатических условий района строительства (глубины промерзания), аналогична расчёту ленточного фундамента наружной стены и не оказывает существенного влияния на глубину заложения фундамента.

3)Глубина заложения фундамента d, исходя из гидрогеологических условий, аналогична расчёту ленточного фундамента наружной стены и не оказывает существенного влияния на глубину заложения фундамента.

Учет рассмотренных факторов, влияющих на глубину заложения фундамента, показывает, что определяющей является глубина заложения, полученная из конструктивных особенностей подземной части здания — d = 2,3 м. Относительная отметка подошвы внутренней колонны FL (ось Б) = —3,200 м.

5. Определение размеров подошвы фундамента мелкого заложения

5.1 Ленточный фундамент наружной стены здания с подвалом

Подбор площади подошвы фундамента A выполняется графическим методом.

Так как давление под подошвой фундамента р_II зависит от размеров площади подошвы, то этот размер подбирается методом последовательных приближений по условию

р_II? R.

Для этого задаемся тремя размерами ширины b фундамента, так как площадь подошвы ленточного фундамента равновеликa его ширине b

(А=bЧ1пог.м.= b)

Определяется среднее давление р_{II, i} под подошвой фундамента для каждой ширины по формуле:

Неизвестная расчетная нагрузка N_{фII, i} от веса еще не запроектированного фундамента, включающая вес опорной железобетонной плиты, стены подвала из бетонных блоков, часть бетонного пола подвала и грунта обратной засыпки, пригружающих внутренний и внешний консольные выступы опорной плиты, определяется для принятых 3-х значений ширины b по приближенной формуле:

N_{фII, 1} = b₁· 1·d·г_ср = 1· 1·2,5·20 = 50 кН

N_{фII, 2} = b₂· 1·d·г_ср = 2· 1·2,5·20 = 100 кН

N_{фII, 3} = b₃· 1·d·г_ср = 3· 1·2,5·20 = 150 кН

где b — ширина подошвы фундамента, численно равная площади подошвы;

d — глубина заложения фундамента, d=2,5 м.

г_ср — осредненный удельный вес материалов фундамента, пола и грунта на консольных выступах плиты, принимаемый равным 20 кН/м³.

Следовательно:

Вычисляется расчетное сопротивление грунта основания по формуле:

где г_с1 и г_с2 — коэффициенты условий работы грунтового основания и здания во взаимодействии с основанием, определяемые по таблице.

г_с1 — зависит от вида и разновидности грунта, лежащего под подошвой фундамента. В нашем задании — супесь твердая, имеющий I_L = ?0,82 и, следовательно, г_с1 = 1,25;

г_с2 — определяется для жёсткой конструктивной схемы здания в зависимости от отношения длины здания к его высоте.

Для данного значения L/H и показателя текучести грунта — коэффициент г_с2 — определяется путём интерполяции. При L/H = 1,5 — г_с2 = 1,1 и при L/H = 4,0 — г_с2 = 1,0.

k — коэффициент, принимаемый равным 1, так как прочностные характеристики грунта ц_II и c_II определены по результатам непосредственных испытаний грунтов.

Мг, Мq, Мc — коэффициенты, принимаемые по таблице в зависимости от расчетного значения угла внутреннего трения грунта ц_II, находящегося непосредственно под подошвой фундамента, т. е. «рабочего слоя». При ц_II = є Мг = 0,36, Мq = 2,43, Mc = 4,99.

k_z — коэффициент, принимается равным единице при ширине фундамента b < 10 м

b — меньшая сторона (ширина) подошвы фундамента, м

г '_II — осредненное (по слоям) расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше отметки подошвы фундамента, то есть в пределах глубины заложения фундамента d=2,50 м (от подошвы фундамента до уровня планировки срезкой или подсыпкой; предварительная высота фундаментной подушки ФЛ принята 0,3 м);

г '_II — определяется по формуле:

где:

h₁ и h₂ — мощности слоёв грунтов в пределах глубины заложения фундамента (соотв. 1,25 и 1,15 м)

г_{II 1,2} = с_1,2 · g, где с_1,2 — плотность соответствующего слоя грунта [т/м³], g — ускорение свободного падения

г_{II 1} = 1,7· 10 = 17 [кН/м³]

г_{II 2} = 1,93· 10 = 19,3 [кН/м³]

г_II — удельный вес грунта, залегающего ниже подошвы фундамента.

В данном случае г_II = г_{II 2} = 19,3 кН/м³

d₁ — приведенная глубина заложения фундамента со стороны подвала, м

Где г_cf — расчетное значение удельного веса материала конструкций пола подвала, принимается равным 22 кН/м³

d_b — расстояние от уровня планировки до пола подвала. В данном случае d_b = 1,6 м.

Вычисление R по формуле проводится при значении b=0 и любом другом значении, например b=3 м, так как его величина изменяется по линейному закону.

Определяем значение R₁ при b=0 м:

Определяем значение R₂ при b=3 м:

По полученным значениям р_{II, i} в зависимости от b_i строится график p_II =f (b), а по двум значениям R₁ и R₂ в зависимости от b строится график R=f (b) в выбранном масштабе.

Точка пересечения прямой R=f (b) и кривой p_II=f (b) определяет предварительное значение требуемой ширины подошвы ленточного фундамента b_Т=1,81 м.

Выбираем фундаментную плиту с шириной ближайшей к требуемой b_Т=1,81 м. Выбрали 2Ф21.9−3 шириной b=2,1 м, высотой h=0,3 м, и определяем новое значение R при такой ширине фундамента

Для ее возведения используются 4 сплошных стеновых блока ФБС24.6.6-Т длиной 2,4 м (для обеспечения перевязки швов в стенах подвала используются типовые блоки ФБС12.6.6-Т и ФБС9.6.6-Т), шириной 0,6 м и высотой 0,6 м из тяжелого бетона. Такие размеры блоков согласуются с величиной нагрузки N_II и шириной стены. Высота стены подвала равна расстоянию от верха опорной плиты до низа надподвального перекрытия. При толщинах пола подвала h_cf = 0,2 м и надподвального перекрытия — 0,3 м оно составит 2,4 м, что соответствует суммарной высоте 4 стеновых блоков.

Проверка фактического среднего давления р_II под подошвой фундамента.

Собственный вес 1 пог. м фундамента Q_II складывается из веса железобетонной фундаментной плиты ФЛ24.30−3, четырех бетонных стеновых фундаментных блоков сплошных ФБС и пригрузки от пола подвала на внутренней консольной части а_к опорной плиты.

Удельный вес бетона блоков ФБС и пола подвала принят равным г_б=г_cf =22 кН/м3. Удельный вес железобетона фундаментной плиты ФЛ24.30−3 принят равным г_жб =24 кН/м³.

Q_II =(b· h · г_жб + b_б· h_б· г_б· n + а_к · h_cf · г_cf) · 1,0= (2,1· 0,3·24 + 0,6· 0,6·22·4 + 0,75· 0,2·22) · 1,0 = 50,1 кН/м.

Вес грунта на консольной части фундаментной плиты с наружной стороны:

G_II = а_к · h·1·г_II = 0,75· 2,1·1·18,38= 28,94 кН/м а_к= 0,75 м — вылет консольной части плиты в сторону обратной засыпки (и в сторону подвала при вычислении веса пола подвала, входящего в Q_II);

г_II = 18 кН/м3 — удельный вес обратной засыпки.

а_к= 0,75 м — вылет консольной части плиты в сторону обратной засыпки (и в сторону подвала при вычислении веса пола подвала, входящего в Q_II);

г_II = 18 кН/м3 — удельный вес обратной засыпки.

Итак, полная расчетная нагрузка, действующая на грунт на отметке подошвы фундамента, при ширине опорной плиты b=2,1 м составляет:

N_II + Q_II + G_II= 430 + 50,1+28,94 = 509,04 кН/м.

При этом среднее напряжение p_II под подошвой фундамента на 1 пог. м его длины составит:

р_II = 242,4 кПа < R = 253,6 кПа Согласно п. 2.41 СНиП 2.02.01−83* среднее давление под подошвой фундамента р_II не должно превышать paсчетного сопротивления R несущего слоя основания, так как расчет ведется по модели линейного деформирования грунта. Определяем разницу между R и р_II:

Превышение расчётного сопротивления R над средним давлением, действующим под подошвой ленточного фундамента р_II не должно составлять более 10%. Так как оно составляет 7,6%, то ширина подошвы фундамента подобрана экономично.

Так как полученное значение р_II, не превышает расчетное сопротивление грунта основания R при использовании данной плиты, окончательно принимаем плиту 2Ф18.9−3.

Отдельный фундамент для внутренней колонны здания с подвалом

Подбор площади подошвы фундамента, А выполняется графическим методом.

Для этого задаемся как минимум тремя размерами площади подошвы Б_i отдельного фундамента под колонну, например: А₁=2 м², А₂=4 м², А₃=9 м² и определяем среднее давление под подошвой фундамента для каждого размера площади по формуле:

где N_II = 1651 кН — расчетная нагрузка на колонну;

N_{фII, i} — расчетная нагрузка от веса фундамента, грунта на его обрезах, определяемая по приближенной формуле:

N_фII =A_i Ч d₁ Ч г_ср

где г_ср — средний удельный вес грунта и материала фундамента, принимаемый равным 20 кН/м3;

d₁ — приведенная глубина заложения внутренних фундаментов в подвале

Вычисляется расчетное сопротивление грунта основания при ширине фундамента b =0 и b=3м по формуле:

где г_с1 и г_с2 — коэффициенты условий работы грунтового основания и здания во взаимодействии с основанием, определяемые по таблице.

г_с1 — зависит от вида и разновидности грунта, лежащего под подошвой фундамента. В нашем заданиисупесь твердая, следовательно, г_с1 = 1,25;

г_с2 — определяется для жёсткой конструктивной схемы здания в зависимости от отношения длины здания к его высоте.

Для данного значения L/H и показателя текучести грунта — коэффициент г_с2 — определяется путём интерполяции. При L/H = 1,5 — г_с2 = 1,1 и при L/H = 4,0 — г_с2 = 1,0.

k — коэффициент, принимаемый равным 1, так как прочностные характеристики грунта ц_II и c_II определены по результатам непосредственных испытаний грунтов.

Мг, Мq, Мc — коэффициенты, принимаемые по таблице в зависимости от расчетного значения угла внутреннего трения грунта ц_II, находящегося непосредственно под подошвой фундамента, т. е. «рабочего слоя». При ц_II = 16є Мг = 0,36, Мq = 2,43, Mc = 4,99.

k_z — коэффициент, принимается равным единице при ширине фундамента b < 10 м

b — ширина подошвы фундамента, м г '_II — осредненное (по слоям) расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше отметки подошвы фундамента, то есть в пределах глубины заложения фундамента d=2,7 м;

г '_II — определяется по формуле:

где:

h₁ и h₂ и h₃ — мощности слоёв грунтов в пределах глубины заложения фундамента (соотв. 1,52 и 0,78 м)

г_{II 1,2} = с_1,2 · g, где с_1,2 — плотность соответствующего слоя грунта [т/м³], g — ускорение свободного падения

г_II — удельный вес грунта, залегающего ниже подошвы фундамента.

В данном случае г_II = 19,3 кН/м³

d₁ — приведенная глубина заложения фундамента со стороны подвала, м

Где г_cf — расчетное значение удельного веса материала конструкций пола подвала, принимается равным 22 кН/м³

d_b — расстояние от уровня планировки до пола подвала. В данном случае d_b = 1,6 м.

Вычисление R по формуле проводится при значении b=0 (А = 0 м²) и любом другом значении, например b=3 м (А = 9 м²), так как его величина изменяется по линейному закону.

Определяем значение R₁ при b=0 м:

Определяем значение R₂ при b=3 м:

По полученным значениям р_{II, i} в зависимости от b_i строится график p_II =f (b), а по двум значениям R₁ и R₂ в зависимости от b строится график R=f (b) в выбранном масштабе.

Точка пересечения прямой R=f (b) и кривой p_II=f (b) определяет предварительное значение требуемой площади подошвы ленточного фундамента А_ф=6,700 м².

Фундамент под центрально нагруженную квадратную колонну принимается также квадратным со стороной b_Т = v, А = v6,700 = 2,58 м.

Поскольку максимальный размер основания ж/б сборных фундаментов под колонны = 2,1 м, то в качестве фундаментной подушки используем столбчатые раздельные фундаментные плиты ФП24.12 (2 шт). Суммарная площадь подушки будет составлять 2*1,2*2,4 = 5,76 м².

Определяем новое значение R при ширине фундамента

V_o = 2,4· 2,4·0,9 = 5,18 м³;

объем опорной плиты и подколонника

V_ф = 2,4· 2,4·0,3 + 1,2· 1,2·0,6 = 2,59 м³;

объем грунта на опорной плите вокруг подколонника

V_гр = V_o — V_ф = 5,18−2,59= 2,59 м³.

Удельный вес конструктивных элементов фундамента принимаем равным 24 кН/м³.

Таким образом, вес самого фундамента

Q_ф = 2,59· 24 = 62,2 кН.

Собственный вес колонны размером 0,4Ч0,4 м

Qk = 0,4· 0,4·3·24 = 11,52 кН.

Собственный вес ригеля размером 0,4Ч0,4 м длинной 5,6 м

Qp = 0,4· 0,4·5,6·24 = 21,50 кН.

Удельный вес грунта обратной засыпки принимаем равным 18 кН/м3.

Тогда вес грунта на обрезах фундамента

G_гр = 2,59· 18 = 46,62 кН.

Вес пригрузки от бетонного пола подвала в пределах плана фундамента

G_п=(2,4²?0,4²) · 0,2·22=24,64 кН.

Q_II= Q_ф+Q_k+ Q_p = 62,2+11,52+21,5=95,22 кН.

G_II= G_гр+ G_п = 46,62+24,64=71,26 кН

р_II =120,56 кПа < R=198,1 кПа.

Разница значений p_II и R в проекте для отдельно стоящих фундаментов не должна превышать 20%, причем p_II всегда должно быть меньше или равно R.

6. Расчет осадок фундаментов

6.1 Определение конечной (стабилизированной) осадки фундамента мелкого заложения методом послойного суммирования (наружная стена)

Деформационные свойства грунтов определены лабораторными компрессионными испытаниями (II и III слои) и полевыми штамповыми (IV и V слои), результаты которых даны в задании.

Фундаменты под стенами жилого дома, в особенности наружными, не являются центрально нагруженным. Но так как расчет осадки ведется для центральной оси фундамента, то за интенсивность нагрузки на грунт под подошвой фундамента принимается средняя ордината трапецеидальной эпюры внецентренно нагруженного фундамента, что в расчетном отношении позволяет считать его центрально нагруженным.

Подготавливаем графическую схему, необходимую для расчета осадки.

Вычисляем для ее построения необходимые данные.

Вычисляем ординаты эпюры природного давления у_zg,i :

у₁ = у₀ + г₁ · h₁ = 0 + 17 · 1,59 = 27,03кПа.

у₂ = у₁ + г₂ · h₂ = 27,03+ 19,3 · 0,99 = 46,14кПа.

у₃ = у₂ + г₃ · h₃ = 46,14+ 19,9· 1,3 = 70,84кПа.

у _4-WL = у₃ + г₄ · h₄ = 70,84+10,53· 1,2 = 83,47кПа.

у _42-WL = у_4-WL + г_w · h_w = 83,47+10· 1,2 = 95,47кПа.

у₅ = у_42-WL + г₅ · h₅ = 95,47 + 9,5 · 7 = 161,97кПа.

у_fl = у₁ + г₂ · h₂₁ = 27,03+19,3 · 0,51 = 36,9кПа.

По эпюре природных напряжений находим значение природного напряжения в уровне фундамента у_{zg, 0} = 27,03кПа.

Дополнительное напряжение в уровне условного свайного фундамента определяем по формуле:

у_{zp, 0} =Pуzg,=258,9 — 36,88=222,0 кПа Ординаты эпюры дополнительного осадочного напряжения определяем по формуле:

у_zp =б у_{zp, 0}

где б — коэффициент затухания напряжений, зависящий от геометрических параметров фундамента (з) и от относительной глубины рассматриваемой точки (ж);

Расчет ординат эпюры дополнительного осадочного напряжения выполняем в табличной форме (b=1.8м):

Согласно табл. строим эпюру дополнительных напряжений у_zp. Построением прямолинейной эпюры 0,2· у_zg ограничиваем активную зону сжатия и находим зону H_s, в пределах которой считаем осадку.

Нахожу сжимаемую глубину грунта графически: Н_сж = 8,54 м Для определения осадки необходимо найти модули деформации слоев грунта, входящих в активную зону сжатия. Для получения характеристик грунта проводились компрессионные испытания.

Компрессионные испытания

II слой, супесь пластичная, глубина отбора — 4 м.

Коэффициент сжимаемости:

Относительный коэффициент сжимаемости:

в принимается:

0,8 для песков

0,74 для супесей

0,62 для суглинков

0,4 для глин Модуль деформации:

III слой, песок мелкий средней плотности маловлажный, глубина отбора — 6 м.

Коэффициент сжимаемости:

Относительный коэффициент сжимаемости:

Модуль деформации:

Штамповые испытания

(диаметр штампа 27,7см)

IV слой, суглинок тугопластичный, глубина отбора-10,0 м.

Vслой, Глина тугопластичная, глубина отбора — 9,0 м.

Определение показателей сжимаемости грунта в пределах диапазона 100 — 200 кПа:

Вычисление осадки.

Осадка в каждом грунтовом слое складывается из осадок входящих в него элементарных слоев полных и неполных. Толщина полного элементарного слоя h определяется шагом о= 2Z/b и соответствующим ему шагом z, неполного — расстоянием от границы грунтового слоя (его кровли или подошвы) до границы ближайшего полного элементарного слоя.

II слой, 1 элементарный слой

Полученная осадка оказалась значительно меньше Su=10см — предельной величины осадки, приведенной в СНиП 2.02.01−83*, приложение 4, для многоэтажных бескаркасных зданий с несущими стенами из крупных блоков или кирпичной кладки без армирования. Следовательно, условие расчета по второму предельному состоянию s? sи выполнено и использованные в расчете осадки размеры фундамента — глубину заложения d=2,1 м и ширину фундамента b=1,8 м можно считать достаточными и окончательными. Но такое заключение можно делать только в том случае, если осадка внутренней стены этого дома тоже окажется меньше 10 см, а также будут удовлетворены и условия по относительной разности осадок.

6.2 Определение конечной (стабилизированной) осадки фундамента мелкого заложения методом послойного суммирования (внутренняя колонна)

Методика расчета вероятной конечной (стабилизированной) осадки фундамента мелкого заложения и последовательность его выполнения для ленточного или отдельного (столбчатого), сборного или монолитного фундамента наружной или внутренней стен, для здания с подвалом или без него принципиально не отличается.

Подготавливаем графическую схему, необходимую для расчета осадки.

Вычисляем для ее построения необходимые данные.

Вычисляем ординаты эпюры природного давления у_zg,i :

у₁ = у₀ + г₁ · h₁ = 0 + 17 · 1,52 = 25,84кПа.

у₂ = у₁ + г₂ · h₂ = 25,84 + 19,3 · 1,1 = 47,07кПа.

у₃ = у₂ + г₃ · h₃ = 47,07 + 19,9· 1,3 = 72,94кПа.

у _4-WL = у₃ + г₄ · h₄ = 72,94+10,53· 1,2 = 85,576кПа.

у _42-WL = у_4-WL + г_w · h_w = 85,576+10· 1,2 = 97,576кПа.

у₅ = у_42-WL + г₅ · h₅ = 97,576 + 9,5 · 7 = 164,076кПа.

у_fl = у₁ + г₂ · h₂₁ = 25,84+19,3 · 0,78 = 40,894кПа.

По эпюре природных напряжений находим значение природного напряжения в уровне фундамента у_{zg, 0} = 40,894кПа.

Дополнительное напряжение в уровне условного свайного фундамента определяем по формуле:

у_{zp, 0} =Pу_{zg, 0} = 315−40,894=274,106 кПа Ординаты эпюры дополнительного осадочного напряжения определяем по формуле:

у_zp =б у_{zp, 0}

где б — коэффициент затухания напряжений, зависящий от геометрических параметров фундамента (з) и от относительной глубины рассматриваемой точки (ж);

Расчет ординат эпюры дополнительного осадочного напряжения выполняем в табличной форме (b=2.4м):

Согласно табл. строим эпюру дополнительных напряжений у_zp. Построением прямолинейной эпюры 0,2· у_zg ограничиваем активную зону сжатия и находим зону H_s, в пределах которой считаем осадку.

Нахожу сжимаемую глубину грунта графически: Н_сж = 5,33 м Для определения осадки необходимо найти модули деформации слоев грунта, входящих в активную зону сжатия. Для получения характеристик грунта проводились компрессионные испытания.

Компрессионные испытания

II слой, супесь пластичная глубина отбора — 4 м.

Коэффициент сжимаемости:

Относительный коэффициент сжимаемости:

Модуль деформации:

III слой, песок мелкий средней плотности маловлажный, глубина отбора — 6 м.

Коэффициент сжимаемости:

Относительный коэффициент сжимаемости:

Модуль деформации:

Штамповые испытания

(диаметр штампа 27,7см)

IV слой, суглинок тугопластичный-10,0 м.

Vслой, Глина полутвердая, глубина отбора — 13,0 м.

Определение показателей сжимаемости грунта в пределах диапазона 100 — 200 кПа:

Вычисление осадки.

Осадка в каждом грунтовом слое складывается из осадок входящих в него элементарных слоев полных и неполных. Толщина полного элементарного слоя h определяется шагом о= 2Z/b и соответствующим ему шагом z, неполного — расстоянием от границы грунтового слоя (его кровли или подошвы) до границы ближайшего полного элементарного слоя.

II слой, 1 элементарный слой

III слой, 4 элементарных слоя

IV слой, 3 элементарных слоя

V слой, 7 элементарных слоёв

Полученная осадка оказалась значительно меньше Su=10см — предельной величины осадки, приведенной в СНиП 2.02.01−83*, приложение 4, для многоэтажных бескаркасных зданий с несущими стенами из крупных блоков или кирпичной кладки без армирования. Следовательно, условие расчета по второму предельному состоянию s? sи выполнено и использованные в расчете осадки размеры фундамента — глубину заложения d=2,3 м и ширину фундамента b=2,4 м можно считать достаточными и окончательными. Но такое заключение можно делать только в том случае, если осадка внутренней стены этого дома тоже окажется меньше 10 см, а также будут удовлетворены и условия по относительной разности осадок.

6.3 Определение конечной (стабилизированной) осадки фундамента мелкого заложения внутренней колонны методом эквивалентного слоя (метод Н.А. Цытовича)

Метод предложен Н. А. Цытовичем. Идея метода состоит в том, чтобы при расчете осадки решение сложной пространственной задачи о деформировании грунта свести к более простой одномерной и получить эквивалентный результат.

Осадка слоистого основания методом эквивалентного слоя вычисляется по формуле:

у_{zp, 0} =Pу_{zg, 0} = 315−42,22=272,78 кПа

— средневзвешенное значение относительного коэффициента сжимаемости в пределах сжимаемой толщи Н_с.

h_э = Aщ· b

Aщ — коэффициент эквивалентного слоя определяется по табл. 15, в зависимости от значения х, Для определения коэффициента эквивалентного слоя принимается среднее значение коэффициентов относительной поперечной деформации грунтов, лежащие в сжимающей толще. Т.к. для супесь н_{о, п} = 0,3, для песка (3 и 4 слои) н_{о, п} = 0,25, а для суглинка н_{о, сг} = 0,35, то для определения коэффициента эквивалентного слоя принимаем н_о = 0,288. А также от соотношения сторон. Фундамент следует считать обладающим конечной жесткостью (щ_m). Отсюда Aщ нужно брать из колонки Aщ_m и находить интерполяцией, относящейся к н_о = 0,288. Получаем:

Aщ = 1,146 и h_э = Aщ· b = 1,146· 2,4 = 2,75

Так как основание слоистое, находим глубину сжимаемой толщи Нс = 2h_э = 2· 2,75 = 5,5 м.

Зная Н_с можно уточнить приближенно принятое х=0,325, вычислив его средневзвешенное значение по формуле т. е. оно оказалось больше принимавшегося ранее.

Уточнённые данные:

Aщ = 1,17, hэ = Aщ· b = 1,17· 2,4 = 2,81 Нс = 2hэ = 2· 2,81 = 5,62 м.

При известных значениях у_tp, 0=272,78 кПа и Н_с = 5,62 м строим треугольную эпюру дополнительного давления и определяем расстояние z, необходимое для вычисления

Осредненное (средневзвешенное) значение относительного коэффициента сжимаемости определяется по формуле:

Вычисляем относительные коэффициенты сжимаемости i-тых грунтовых слоев по формуле:

используя значения модулей деформации, полученные ранее:

в принимается:

0,8 для песков

0,74 для супесей

0,62 для суглинков

0,4 для глин

7. Расчёт уклона (крена).

Уклон (крен) здания рассчитывается по формуле:

Где S₁ и S₂ — полученные значения осадки фундамента на разных осях здания (наружная и внутренняя стены); L — расстояние между осями. В расчёте используются значения осадки фундамента, полученные методом послойного суммирования.

Условие выполняется.

8. Проектирование свайных фундаментов

Инженерно-геологические условия участка строительства следующие:

8.1 Ленточный свайный фундамент под наружную стену жилого дома

1. Глубина заложения ростверка:

Назначаем высоту ростверка 90 см Выбираем в качестве рабочего слоя песок мелкий средней плотности насыщенный водой с R₀=200 кПа (ИГЭ-5), его характеристики полностью подходят для забивки сваи. Уровень грунтовых вод находится выше выбранного слоя, соответственно примем необходимые меры.

2. Выбор сваи В соответствии с инженерно-геологическими условиями принимаем железобетонную забивную сваю сечением 0,3Ч0,3 м длиной l=6 м С-6−30, длина острия 0,25 м; заделка сваи в ростверк принимается равной 0,1 м.

3. Несущая способность сваи по грунту (по СНиП 2.02.03.85)

Т.к. сваи передают нагрузку на грунты основания боковой поверхностью (за счет трения) и нижним концом, то данные сваи относятся к висячим сваям. Несущая способность висячей забивной сваи определяется по формуле:

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

R _ расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа (табл. 1 СНиП)

A — площадь опирания на грунт сваи, м² (площадь поперечного сечения сваи)

U — наружный периметр поперечного сечения сваи, м;

f_i — расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания по боковой поверхности сваи, кПа (табл.2 СНиП);

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

_СR, _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. Для забивных свай _{СR, cf} = 1.

Для суглинка при глубине погружения сваи 8,1 м, расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи будет равно

R = 2548кПа;

4. Допустимая расчетная нагрузка на сваю:

где г_g — коэффициент безопасности по грунту, принимаемый г_g = 1,4;

5. Требуемое количество свай на 1 погонный метр фундамента:

6.Шаг свай:

n>1 — принимаем двурядное расположение свай.

Расчетное расстояние между осями свай на погонный метр стены определяется по формуле:

Сваи в составе фундамента должны размещаться на расстоянии, равном 3d между их осями. Очевидно, что наиболее экономичным был бы ростверк с однорядным расположением свай при расстоянии, а между их осями, равном 3d=0,9 м. Но, так как полученное значение = 0,7 м < 0,9 м, приходится принимать двухрядное расположение свай, с тем, чтобы расстояние между соседними сваями одного и другого рядов составляло 3d=0,9 м, а по длине ростверка — 0,7 м. При этом расстояние С_Р между рядами свай определяется из соответствующего треугольника

Расстояние от внешней грани вертикально нагруженной сваи до края ростверка принимается равным 0,2d +5 cм при однорядном размещении свай и 0,3d + 5 см при двух и трех рядном (d — в см), но не менее 10 см. Исходя из этого, получаем ширину ростверка:

b_p=0,57+2· 0,15+2(0,3·0,30+0,05)=1,15 м.

8.Фактическая нагрузка, приходящаяся на одну сваю:

G_р — вес ростверка; определяется по формуле:

Где h_p — высота ростверка; h_p=0,9 м;

b_р — ширина ростверка; b_р = 1,15 м;

г_б — удельный вес бетона; г_б = 24кН/м³;