,

h_s - толщина слоя грунта выше подошвы условного фундамента до пола подвала, м;

h_cf - толщина конструкции пола подвала, м;

г_cf - расчётное значение удельного веса материала пола подвала, кН/м³

d_b - глубина подвала - расстояние от уровня планировки до пола подвала;

c_II - расчётное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, c_II=0.

Тогда расчётное сопротивление грунта:

Следовательно, .

Условие выполняется. Расчёт осадки на основе модели линейного деформирования грунта можно проводить. В примере 12 приведён расчёт осадки ленточного свайного фундамента. Для отдельного свайного фундамента, проектирование которого рассмотрено в данном примере, разница в расчёте осадки будет состоять в вычислении ординат эпюры дополнительного давления у_zp, так как коэффициент б будет приниматься по колонке ?=?/b=1 (Приложение 1, табл. 11).

Пример 11. Подбор сваебойного оборудования и определение расчётного отказа

В примере 9 разработана конструкция ленточного свайного фундамента с использованием свай С60.30 длиной 6 м, сечением 0,3х0,3 м. Несущая способность сваи по грунту была рассчитана по формуле 7.8 [9] с использованием табличных значений расчётного сопротивления R под нижним концом сваи и расчётного сопротивления f по боковой поверхности и составила F_d=529,3 кH. Расчётная нагрузка Р_св=529,3/1,4=378 кН.

Для определения соответствия принятой в проекте несущей способности сваи по грунту F_d=529,3 кH ее реальной величине в условиях естественного состояния грунтов площадки предполагаемого строительства предусматривается проведение контрольных динамических испытаний свай С60.30 с определением отказа. В связи с этим необходимо:

-?подобрать молот для погружения свай С60.30 в грунты средней уплотнённости (инженерно-геологические условия площадки - см. пример 9);

-?определить расчётный отказ;

-?сделать заключение о несущей способности свай принятых в проекте (нужна или не нужна корректировка проекта).

1.?Подбор молота.

От правильного подбора молота многое зависит при проектировании и строительстве свайного фундамента: возможность уточнения несущей способности сваи при динамических испытаниях в инженерно-геологических условиях конкретной строительной площадки, сохранность головы сваи в процессе ее забивки, достижение сваей проектной отметки. От выбора молота зависит также производительность труда и сроки строительства.

В настоящее время наиболее совершенными конструкциями молотов считаются дизель - молоты штанговые и трубчатые. По технико-экономическим показателям трубчатые имеют некоторые преимущества перед штанговыми. Поэтому останавливаем свой выбор на трубчатом дизель-молоте. Подбор молота проводим по методике, приведённой в [5] п.8.5.2.

Для предварительного подбора молота определяется минимальная энергия удара молота Э исходя из расчётной нагрузки допускаемой на сваю Р_св=378 кН (см. Пример 9), по формуле:

Э=1,75·a·Р_св,(12.1)

где а - коэффициент, равный 25Дж/кН.

Э=1,75·25·378=16537,5 Дж=16,5 кДж

Затем по таблице технических характеристик трубчатых дизель-молотов

(Приложение 1, табл. 17) подбираем молот такой марки, энергия удара которого (обозначим ее Э_т) близка к полученному значению Э, но была больше его, т.е. Э_т>Э, такому условию удовлетворяет - молот марки С-995, энергия удара которого Э_т=19кДж>16,5кДж.

Далее производится проверка пригодности молота С-995 по условию:

(G_м+G_с)/Э_р?К_m,(12.2)

где G_м - полный вес молота (26 кН, табл.17)

G_с - вес сваи с наголовником и подбабком (принимаем вес наголовника 100 кгс=1 кН, подбабок не используется, вес железобетонной сваи 0,3²·6·24=12,96 кН; G_с=12,96+1=13,96 кН

Э_р - расчётная энергия удара, определяемая для трубчатых дизель-молотов по формуле: Э_р0,9G·Н (G - вес ударной части молота - 12,5 кН, табл.17; Н - фактическая высота падения молота, принимая на стадии окончания забивки - 2,8 м - табл.17). Э_р=0,9•12,5•2,8=31,5 кДж.

К_m=6 кДж - коэффициент применимости молота [5] табл.8.3.3.

(26+13,96)/31,5=1,27<6. Условие (12.2) выполнено. Молот пригоден.

2.?Определение расчётного отказа.

Расчётный (проектный) отказ s_d определяется по формуле:

,

где - k-m, принимаемый для железобетонных свай, забиваемых с наголовником, равным 1500кН/м²;

А - площадь поперечного сечения сваи 0,3•0,3=0,009м²;

- коэффициент восстановления удара при забивке железобетонных свай с применением наголовника и деревянного вкладыша в нем ;

- несущая способность сваи по грунту, определённая по формуле (7.8) [9] кН.

; ; (см. выше).

что окончательно подтверждает правильность выбора молота.

Если расчётный отказ будет меньше 0,002 м, то нужно применять молот с большей энергией удара.

3.?Заключение. Если при забивке сваи С60.30 молотом С-995 замеренный фактический отказ s_a , будет равен или меньше расчётного отказа s_d, то это будет означать, что несущая способность сваи F_d=529,3 кН, исходя из которой был определён расчётный отказ, обеспечивается, и проект свайного фундамента не нуждается в корректировке. Такой вывод можно делать лишь в том случае, когда динамические испытания проведены в необходимом количестве и результаты их обработаны с учётом требований соответствующих ГОСТ и СП [9] раздел 7.3.

Пример 12. Расчёт конечной (стабилизированной) осадки свайного фундамента методом послойного суммирования

Запроектированный ленточный свайный фундамент многоэтажного кирпичного здания имеет ширину условного фундамента b_усл=1,8 м. Вертикальное сжимающее напряжение под подошвой условного фундамента р=361,7 кПа, что меньше расчётного сопротивления ([6], формула (5.7)) суглинка тугопластичного R=466 кПа, который залегает под его подошвой. Выполнение условия р R позволяет в расчётах напряжённо-деформированного состояния грунтов основания пользоваться линейной моделью грунтов и, в частности, считать осадку методом послойного суммирования.

Инженерно-геологические условия на расчётной вертикали разреза, в которых запроектирован фундамент, его конструктивная схема, эпюры природного и дополнительного давления показаны на рис. 12.1.

Вычисление ординат эпюры природного давления грунта .

На границе I и II слоёв грунта у_zg1= г₁·h₁=17·2= 34 кПа

На границе II и III слоёв грунта у_zg2= у_zg1+ г ₂·h₂=34+21·1=55 кПа

На границе III и IV слоёв грунта у_zg3= у_zg2+ г ₃·h₃=55+18,9·1=73,9 кПа

На границе IV и V слоёв грунта у_zg4= у_zg3+ г ₄·h₄ =73,9+10,25·1,2=86,2 кПа

С учётом давления толщи воды на водоупоре-суглинке тугопластичном

h_w =1,2 м

у'_zg,4= у_zg,4+г_w·h_w=86,2+10·1,2=98,2 кПа

На подошве условного фундамента

у_zg,0= у'_zg,4+ г₅·h₅^усл=98,2+19,1·1,65=129,72 кПа.

На глубине ожидаемой нижней границы сжимаемой толщи Н_с

на отм. 118.6 на 5,4 м ниже подошвы условного фундамента

у_zg,5,4= у_zg,0+ г ₅·h_5,4=129,72+19,1·5,4=232,86 кПа.

на отм. 118.24:

у_zg,5,76 =232,86+19,1·0,36=239,74 кПа.

Ординаты вспомогательной эпюры 0,2 у_zg, необходимые для нахождения нижней границы сжимаемой толщи на ее пересечении с эпюрой у_zp, достаточно вычислить только на глубинах ниже подошвы условного фундамента.

на отм. 124.00: 129,72·0,2=25,94 кПа,

на отм. 118,60: 232,86·0,2=46,57 кПа,

на отм. 118,24: 239,74·0,2=47,95 кПа.

Рис. 12.1. Расчётная схема для определения осадки свайного фундамента методом послойного суммирования.

Вычисление ординат эпюры дополнительного (осадочного) давления у_zp от сооружения.

Непосредственно под подошвой фундамента напряжение у_zg,0 вычисляется по формуле: у_zp,0=р - у_zg,0 =361,7-129,72=232 кПа.

Ниже подошвы условного фундамента напряжения у_zp,i= у_zp,0 ·б_i.

Коэффициент б выбирается из таблицы его значений ([1], стр. 140; [2], стр. 128; [6], стр. 37; Приложение 1, табл. 11) при шаге о, равном 0,8, то есть 0,8; 1,6; 2,4 и т. д. в верхней части сжимаемой толщи Н_с и с шагом о=0,4 в нижней части Н_с для более точного определения ее нижней границы. При этом толщины элементарных слоёв h_i в эпюре у_zp соответственно получаются 0,72 м и 0,36 м, что соответствует рекомендациям принимать величину h_i?0,4b=0,4·1,8=0,72 м.

Результаты вычислений ординат эпюры у_zp приводятся в таблице:

Для вычисления осадки необходимы значения модулей деформации Е грунтов, входящих в сжимаемую толщу Н_с. В данном случае в неё входит один грунт, модуль деформации которого Е=11100 кПа задан в исходных данных примера*.

Расчёт стабилизированной осадки проводится по формуле:

,

где в- безразмерный коэффициент, принимаемый равным 0,8 [6].

Осадка допустимая. S<S_u=10см - предельная осадка для зданий из кирпичной кладки без армирования.

Так как полученная расчётная осадка допустима, то конструктивная схема свайного фундамента, изображённого на рис. 12.1, может считаться окончательно принятой.

Пример 13. Отдельный фундамент мелкого заложения при наличии в основании подстилающего слоя слабых водонасыщенных структурно-неустойчивых грунтов

В данном разделе рассматривается несколько примеров проектирования фундаментов при наличии в основании структурно-неустойчивых грунтов.

К группе структурно-неустойчивых грунтов относят мёрзлые и вечно-мёрзлые грунты, лёссовые просадочные грунты, слабые водонасыщенные глинистые, засоленные, заторфованные грунты. В природном состоянии эти грунты обладают структурными связями, которые при определённых воздействиях разрушаются, при этом увеличивается сжимаемость грунтов и склонность к неравномерным осадкам.

Наиболее часто в практике строительства на территории России встречаются слабые водонасыщенные глинистые грунты. Небольшая прочность, обусловленная слабыми структурными связями резко уменьшается при быстром возрастании нагрузки. При строительстве на таких грунтах их толщу либо проходят свайными и другими фундаментами глубокого заложения, либо уменьшают нагрузку, увеличивая площадь фундамента, либо прибегают к замене грунта природного залегания грунтовыми подушками (Примеры 13, 14). Стабилизация осадок слабых водонасыщенных глинистых грунтов происходит достаточно долго и занимает от нескольких месяцев до нескольких лет. Время стабилизации зависит от толщины слоя, коэффициента консолидации и условий дренирования - наличия прослоек водопроницаемого грунта. При наличии таких грунтов в основании зданий часто рекомендуется проводить расчёт стабилизированных осадок методом эквивалентного слоя (Пример 15) и расчёт осадок во времени (Пример 16).

Инженерно-геологические условия строительной площадки, конструкция и размеры подземной части здания показаны на рис. 13.1. Проектируемый отдельный фундамент под внутреннюю колонну жилого дома с подвалом (отметка пола подвала -2,4 м) имеет глубину заложения d=2,85 м и площадь подошвы А=1,8х1,8 м (одноблочный сборный фундамент марки 2Ф18.9-3). Он опирается на суглинок тугопластичный. На расстоянии z=0,85 м ниже подошвы залегает подстилающий слой суглинка мягкопластичного. Сравнение инженерно-геологической информации об этих двух слоях суглинков показывает, что суглинок мягкопластичный является слабым подстилающим слоем по сравнению с рабочим слоем, представленным суглинком тугопластичным. Поэтому необходима проверка допустимости для слабого слоя величины того давления, которое передаётся на него на отметке его кровли. Характеристики грунта и с_II приняты по табл. СП. Общая (суммарная) расчётная нагрузка N_II,с от сооружения, фундамента и пригрузок на нем от грунта и пола подвала составляет 1200 кН.

1.?Определяем давление под подошвой проектируемого фундамента. Вычисляем давление p_II под подошвой фундамента 2Ф18.9-3, расчётное сопротивление R рабочего слоя - суглинка тугопластичного, и убеждаемся в том, что p_II не превышает расчётного сопротивления R, т.е. условие р_II?R выполняется.

p_II =N_II,c/A = 1200/1,8² = 370,4 кПа.

Предварительно находим необходимые для вычисления R величины (подробную расшифровку формулы для R см. в примере 3)

г'_II= (17,6Ч1+20Ч1,85)/(1+1,85) = 19,15 ;

d₁ = 0,9+0,2(22/19,15) = 1,13 м;

d_b= 1,75 м; = 1,2; = 1; k= 1,1; k_z = 1; M_г = 0,61; M_q = 3,44; M_с = 6,04

и вычисляем R*:

Условие p_II? R, по которому подбирается площадь подошвы фундамента, выполнено (370,4 кПа < 379 кПа). Фундамент 2Ф18.9-3 опирающийся на рабочий слой подобран правильно. Далее необходимо проверить будет ли при этом допустимо давление, передающееся на слабый подстилающий слой.

2.?Проверяем допустимость давления передающегося на подстилающий слой.

Проверка производится по условию

у_zg+у_zp ? R_z.(13.1)

Прежде чем вычислить входящие в условие проверки у_zg - природное давление от вышележащих слоёв грунта и у_zp - дополнительное (к природному) давление от сооружения на отметке кровли слабого слоя, (рис.13.1 отм. -4,35) сначала вычисляют их на отметке подошвы проектируемого фундамента (отм. -3,500). При этом им дают обозначения у_zg,o и у_zp,o.

у_zg,о= 17,6·1+20·1,85= 54,6 кПа;

у_zp,о= p - у_zg,о =370,4-54,6=315,8 кПа.

Далее вычисляюту_zp и у_zg на кровле подстилающего слоя (отметка -4.350), то есть на глубине z=0,85 м от подошвы проектируемого фундамента. Дополнительное давление у_zp вычисляют по формуле:



у_zp=у_zp,0•б(13.2)

Коэффициент (Приложение 1, табл. 11 или [1], стр. 140; [2], стр.128; [6], табл. 5.8) зависит от и от

Интерполируя между величинами =0,8 при табличном значении о=0,8 и б= 0,606 при получаем в колонке з=1 искомую величину =0,732 при нашем значении о=0,94. Тогда при = 0,732 на отметке кровли слабого подстилающего слоя получим:

у_zp= 315,8·0,732= 231,17 кПа.

у_zg=у_zg,о +г_II^2сл.•z=54,6+ 20·0,85= 54,6+17=71,6 кПа.

у_zp +у_zg =231,17+71,6=302,77 - левая часть условия проверки.

Далее вычисляем правую часть условия проверки - расчётное сопротивление R_z грунта слабого подстилающего слоя под условным фундаментом глубиной заложения d+ z и шириной b_z.

Для отдельного квадратного фундамента

Подготавливаем необходимые данные и вычисляем R_z (III слой):

; ;

d₁ =(0,9+0,85) + 0,2·22/19,35= 1,98 м;

d_b = 1,75 м; = 1; = 1; k= 1,1; k_z = 1;

Коэффициенты при ц_II=18°: M_г = 0,43; M_q = 2,73; M_с = 5,31.



Рис.13.1. Расчётная схема к проверке давления на слабый подстилающий слой. :

Левая часть условия у_zp+у_zg = 231,17+71,6= 302,77 кПа. Правая часть R_z = 253,98 кПа- условие не выполняется.

Можно было бы добиться выполнения условия проверки за счёт подъёма отметки заложения подошвы фундамента. Это привело бы к увеличению z и b_z, но по условиям привязки здания к разрезу сделать это невозможно. Поэтому необходимо снизить давление p_II под подошвой проектируемого фундамента за счёт увеличения площади его подошвы.

3.?Снижаем давление p_II за счёт увеличения площади подошвы фундамента.

Заменяем фундамент 2Ф18.9-3 с размерами подошвы 1,8х1,8 м на фундамент 2Ф21.9-3 с размерами подошвы 2,1х2,1 м.

Переход на другой, больший размер фундамента увеличивает суммарную нагрузку N_II,? на основание до величины

N_II^?_{, ?} = N_II +(Q_II?21 - Q_II?18)

где Q_II?21 -суммарная нагрузка от собственного веса фундамента 2Ф21.9-3 и пригрузок на нем от грунта G_гр и пола подвала G_пп.

Q_II?18 - то же от фундамента 2Ф18.9-3 и призрузок на нем.

а)?Определяем Q_II?21.

Общий объем фундамента 2Ф21.9-3 с пригрузкой грунтом

V_O=2,1²•0,9=3,97 м³.

Вес фундамента 2Ф21.9-3 составляет Q_ф =53 кН [17], табл. 2.1.

Объем фундамента .

Объем грунта V_гр= V_o -V_ф=3,97-2,2=1,77 м³.

Вес грунта G_гр= V_грМ г₃=1,77М18=31,86 кН (удельный вес грунта обратной засыпки принят г₃=18кН/м³).

Вес пригрузки от пола подвала G_пп=(2,1²- 0,4²)0,2 М22=18,7 кН.

Сес фундамента с пригрузкой грунтом и полом.

Q_II?21= Q_ф+ G_гр+ G_пп=53+31,86+18,7=103,6кН.

б)?Определяем Q_II?18

V_o=1,8²М0,9=2,9м³.

Вес фундамента 2Ф18.9-3 Q_ф = 40 кН [17], табл. 2.1.

Объем фундамента V_ф=Q_ф/г_ж.б.=40/24 =1,7 м³.

Объем грунта V_гр= V_o - V_ф=2,9-1,7=1,2 м³.

Вес грунта G_гр= V_грМг₃=1,2М•18=21,6 кН.

Вес пригрузки от пола подвала G_пп=(1,8² - 0,4²) 0,2•22=13,6 кН.



Q_II?18= Q_ф+ G_гр+ G_пп=40+21,6+13,6=75,2кН.

Nґ_II?=N_II+(Q_?,21?Q_?,18)=1200+(103,6?75,2)=1228,4 кН?1228кН.

Среднее давление рЧ_II под подошвой фундамента 2Ф21.9-3:

Как и следовало ожидать, pЧ_II оказалось значительно меньше R=379 кПа при b =1,8 м. При b=2,1 м R будет ещё больше, то есть в обоих случаях р_II значительно меньше R.

Вычисляем у'_zg,о и у'_zp,о на отметке подошвы фундамента 2Ф21.9-3

Так как отметка заложения фундаментов 2Ф18.9-3 и 2Ф21.9-3 не изменилась (отм.-3,500), то

у'_zg,о = у_zg,о =54,6 кПа;

у'_zp,о =p'_II-у_zg,о =278,5-54,6= 223,9 кПа.

Далее вычисляем напряжения у'_zp на отметке -4,35, т.е. на кровле подстилающего слоя, находящейся на глубине z =0,85 м ниже подошвы проектируемого фундамента.

у'_zp =у'_zp,о • б.

Как и в предыдущем случае значение коэффициента б находим по интерполяции при и .

Получаем б = 0,795. Тогда у'_zp =223,9•0,795=178,0 кПа.

Природное давление на отметке -4,350 уґ_zg = у_zg=71,6 кПа

Левая часть условия проверки:

у'_zp +у'_zg =178,0+71,6=249,6 кПа.

Вычисляется правая часть условия - R'_z слабого слоя под условным фундаментом глубиной заложения d+z и шириной

Информация, необходимая для вычисления R'_z - прежняя:

г_II=г_sв=10,2 кН/м³;

г^'_II=19,35;

d₁=1,98 м; d_в=1,75 м;

г_с1=1; г_с2=1;

k=1,1; k_z=1;

М_г=0,43; М_q=2,73; М_с=5,31.

Вычисляем :

Условие у ?_zp +у ?_zg ? R'_z выполнено (249,6 кПа < 255,4 кПа).

В проекте принимается отдельный одноблочный фундамент 2Ф21.9-3.

Пример 14. Отдельный фундамент мелкого заложения на песчаной подушке при наличии в основании слабого подстилающего слоя из слабых водонасыщенных структурно неустойчивых грунтов

Проектируется многоэтажный жилой дом каркасного типа из сборных железобетонных элементов и гибкой конструктивной схемой с колоннами сечением 0,4х0,4 м и шагом между ними 6 м, подвалом, пол которого заглублён на 2,4 м от поверхности пола 1-го этажа (отм.±0.00). Нагрузка, передаваемая внутренней колонной на фундамент на отметке пола подвала N_II =1200 кН. Площадка будущего строительства сложена до глубины 10 м мягкопластичным суглинком со следующими характеристиками физико-механических свойств, которые были определены непосредственными испытаниями: г_II=19,22 кН/м³; ц_II=13°; с_II=16 кПа; I_L=0,74; е= 0,805; с_s=2,74 г/см³; с=1,96 г/см³; w=29,1%; табличное значение расчётного сопротивления R_о =173 кПа. Ниже толщи мягкопластичного суглинка, вскрыта глина тугопластичная с I_L=0,48. Планировочная отметка DL совпадает с отметкой природного рельефа NL и находится ниже пола 1-го этажа на 1,0 м (рис. 14.1).

Строительная организация на момент начала строительства не располагает возможностью получать в больших количествах товарный бетон для устройства монолитных фундаментов больших размеров в плане. Решено использовать сборные одноблочные фундаменты стаканного типа марки 2Ф21.9-3, которые в случае необходимости (если их размеры в плане недостаточны) будут опираться на песчаную подушку из крупного песка. Карьер такого песка расположен недалеко от строительной площадки.

1.?Определяем давление p_II под подошвой сборного фундамента колонны. Учитываем нагрузки от сооружения N_II, собственного веса фундамента 2Ф21.9-3 Q_ф,II = 54,0 кН ([17], стр. 5, табл. 2.1), пригрузки на нем от собственного веса грунта обратной засыпки Q_гр,II с удельным весом г_II = 18 кН/м³, а также от бетонного пола подвала толщиной 0,2 м с удельным весом г_II =22 кН/м³.

Затем проверяем возможность опирания его на мягкопластичную глину по условию p_II ? R.

Определяем общий объем фундамента вместе с грунтовой пригрузкой

= A·h= 2,1²·0,9= 3,97 м³

Объем фундамента 2Ф21.9-3: V_ф=Q_ф/г_жб=54/24=2,25м³ (24 кН/м³- удельный вес железобетона).

Объем грунтовой пригрузки V_гр=V_o-V_ф= 3,97-2,25= 1,72 м³.

Вес грунтовой пригрузки Q_{гр, II} = 1,72·18=30,96 кН (18 кН/м³ - удельный вес грунта обратной засыпки).

Вес пригрузки от пола подвала Q_{пп, II} = (2,1²-0,4²)·0,2·22=18,7 кН.

Общий вес фундамента с пригрузкой грунтом обратной засыпки и полом подвала в пределах плана фундамента

Q_II = Q_ф,II + Q_гр,II + Q_{пп, II} = 54+30,96+18,7=103,66 кН.

Давление под подошвой фундамента:

Фундамент марки 2Ф21.9-3 - имеет третью несущую способность плиты (допустимое давление под подошвой плиты р - до 350 кПа, у нас р_II=295,61 кПа), то есть марка фундамента выбрана правильно.

2.?Проверяем возможность опирания фундамента 2Ф21.9-3 на мягкопластичный суглинок.

Определяем расчётное сопротивление R этого суглинка по формуле (5.7) [6]. Предварительно вычисляем приведённую глубину заложения d₁ со стороны подвала, находим расстояние от планировочной отметки до пола подвала d_b=1,4 м, коэффициенты г_с1 =1,1; г_c2=1 [6], табл. 3; k =1; k_z=1 [6], п. 2.41.

По значению ц=13⁰ для мягкопластичного суглинка принимаем по табл. 4 [6] (Приложение 1, табл. 8)коэффициенты M_г=0,26; M _q=2,05; М_с=4,55.

Так как условие p_II ? R не выполняется (так как p=295,61 кПа > R=166,98 кПа), то опирание фундамента 2Ф21.9-3 на мягкопластичный суглинок невозможно. Необходимо проектировать песчаную подушку. Хотя было бы проще и экономичнее (если бы строительная организация имела товарный бетон), увеличить площадь подошвы фундамента до необходимых размеров за счёт монолитной железобетонной плиты, которая бетонируется заранее, и на которую затем, после набора достаточной прочности, монтируется сборный фундамент или подколонник. Было бы ещё проще, если бы строительная организация вместо одноблочных фундаментов 2Ф21.9-3 имела бы фундаменты 2Ф28.9-3, изготовленные на заводе ЖБИ по ее спецзаказу.

Рис. 14.1. Песчаная подушка: a)?схема к определению размеров песчаной подушки; б) эпюры у_zg и у_zp по центральной оси фундамента.

3.?Выбираем тип песчаной подушки, проверяем возможность опирания на неё фундамента 2Ф21.9-3 и назначаем толщину подушки z.

В данных инженерно-геологических условиях песчаная подушка по экономическим соображениям не может опираться на более прочный слой тугопластичной глины, который залегает на глубине более 7 м от подошвы фундамента.

Поэтому подушку нужно проектировать “висячей” (рис. 14.1(а)). Высота (толщина) такой подушки zподбирается методом итераций до удовлетворения условия у_zp+у_zg ? R_z (см. пример 13), а также последующего расчёта по второму предельному состоянию (по деформациям) по условию s?s_u .

Песчаная подушка из крупного песка, имеющего плотность частиц с=2,65 г/см³, укладывается слоями и уплотняется до состояния средней плотности (е=0,55…0,7) и до достижения плотности скелета (сухого грунта) значения с_d =1,6…1,65 г/см³. Для подушек из крупного песка принимается расчётное сопротивление R = 300 кПа и модуль деформации Е_о = 30 000 кПа, из песка средней крупности: R =250 и Е_о =20 000 кПа ([5] стр. 264, табл. 11.18).

Сначала проверяем выполнение условия p_II ?R на контакте подошвы фундамента 2Ф21.9-3 с песчаной подушкой. Оно выполняется, так как p_II=295,61 кПа, а R =300 кПа, т.е. 295,61 < 300.

Затем назначаем толщину (высоту) песчаной подушки z=1,5 м и проверяем выполнение условия у_zp+у_zg ? R_z на контакте подошвы подушки с мягкопластичным суглинком.

4.?Проверяем достаточность назначенной высоты z песчаной подушки.

Давление от собственного веса грунта (суглинка мягкопластичного) на отметке подошвы фундамента:

у_zg,о = = 19,22·2,5 = 48,05 кПа.

Для того, чтобы вычислить давление от собственного веса грунта на отметке подошвы песчаной подушки, необходимо вычислить удельный вес грунта песчаной подушки. Сначала найдём степень водонасыщения мягкопластичного суглинка.

.



Так как суглинок находится в водонасыщенном состоянии (S_R=0,99), то и песок песчаной подушки тоже постепенно станет водонасыщенным. При этом влажность песка вычисляем по формуле:

Подушку уплотняют до плотности скелета с_d =1,6 …1,65 г/см³.

Примем с_d=1,6 г/см² и вычислим плотность песка по формуле:

с= с_d(1+w) =1,6 (1+0,245) = 1,992 г/см²;

тогда удельный вес песка подушки будет

г_п= с · g=1,992·9,81=19,54 г/см².

Давление от собственного веса суглинка и песка подушки на отметке подошвы подушки (на глубине z=1,5м от подошвы фундамента) составит:

у_zg,z = = 48,05+19,54 · 1,5 = 77,36 кПа. (рис. 14.1(б))

Дополнительное (осадочное) давление на отметке подошвы фундамента:

у_zp,0 = p_II -у_zg,0 = 295,61-48,05=247,56 кПа.

На отметке подошвы песчаной подушки (d + z): у_zp= у_zp,0 ·

Вычисляем коэффициент интерполяцией его значений в таблице 5.8 [6] при и , получаем б =0,516 (Приложение 1, табл. 11).

у_zp= у_zp,0· = 247,56·0,516=127,74 кПа.

Сумма давлений от собственного веса мягкопластичного суглинка и песка подушки у_zg, а также от сооружения у_zp на мягкопластичный суглинок под подошвой песчаной подушки: у_zp+ у_zg = 127,74+77,36= 205кПа.

Вычисляем расчётное сопротивление R_z мягкопластичного суглинка для условного фундамента шириной b_z и глубиной заложения d+z =2, 5+1,5=4,0 м.

Предварительно находим ширину условного фундамента равную ширине песчаной подушки b_z, осреднённую величину удельного веса грунта, залегающего выше подошвы условного фундамента г'_II, а также приведённую глубину заложения условного фундамента со стороны подвала d₁.

b_z= b+2· z· tgв= 2,1+2·1,5· tg35° = 4,2 м*.

Удельный вес грунта г'_II вычисляем как среднее значение удельного веса грунта обратной засыпки г=18кН/м³ и песчаной подушки г_п=19,54кН/м³.

.

d₁=h_s+h_cf (г_cf / г'_II) =(0,9+1,5)+0,2(22/18,53)=2,64 м; d_b=1,4 м.

Условие у_zp+у_zg ? R_z (205,1 кПа < 243,02 кПа) выполняется: с разницей 15,6%. Так как разница небольшая, можно толщину подушки оставить прежней z=1,5 м. Высота подушки z=1,5 м принимается в проекте, если расчёт осадки с модулем деформации подушки Е=30 000 кПа будет удовлетворять условию второй группы предельных состояний: s? s_и и ?s??s_и. Тогда можно будет считать, что первая и единственная попытка в назначении z=1,5 м оказалась удачной.

Пример 15. Определение стабилизированной осадки фундамента методом эквивалентного слоя

Метод предложен Н. А. Цытовичем. Идея метода состоит в том, чтобы при расчёте осадки решение сложной пространственной задачи о деформировании грунта свести к более простой одномерной и получить эквивалентный результат. Метод применяется для приближенных расчётов стабилизированной осадки и расчётов стабилизации осадки во времени. Сжатие линейно деформируемого грунтового основания под нагрузкой рассматривается при двух разных граничных условиях. В первом случае сжимается слой грунта ограниченной мощности h, нагруженный сплошной равномерно распределённой нагрузкой интенсивностью p, подстилаемый несжимаемой породой (одномерная задача). Во втором - полупространство, из такого же, как и в первом случае, грунта (одинаковые г, ц, с, Е, v) нагруженного местной нагрузкой той же интенсивности р, передающейся через некоторый фундамент, - то есть местная нагрузка (пространственная задача). Эквивалентным будет называться слой ограниченной мощности h=h_э(далее по тексту h_э), осадка которого равна осадке данного фундамента ([1] стр. 184...188; [2] стр. 234...240). Из этого определения следует, что для вычисления h=h_э нужно приравнять осадку грунта в условиях одномерной задачи, определяемую по формуле:

(15.1)

и осадку в пространственной задаче, определяемую по формуле Шлейхера:

(15.2)

и полученное равенство решить относительно h, которое и будет являться h_э.

,

или после сокращения на :

, откуда

Так как , то после алгебраических преобразований получим или

, где (15.3)

Произведение Ащ табулировано в зависимости от коэффициента Пуассона , различного для разных грунтов, и от щ _ коэффициента формы фундамента, характеризуемой для прямоугольного фундамента отношением сторон l/b (l - длина, b _ ширина) и его жёсткостью (щ₀ _ абсолютно гибкий фундамент, щ_m - фундамент конечной жёсткости, щ_const_жёсткий), см. Приложение 1, табл. 15.

Величина осадки рассчитывается по той же формуле (15.1) одномерной задачи , где h=h_э или, так как , где - относительный коэффициент сжимаемости, по формуле:

(15.4)

Из формулы (15.4) следует, что осадка пропорциональна произведению р·h_э, которое геометрически представляет собой площадь прямоугольной эпюры осадочного давления в условиях одномерной задачи. В условиях пространственной задачи эпюра осадочного давления криволинейная, уменьшающаяся с глубиной. Для упрощения вычислений она заменяется близкой по очертанию треугольной, равной по площади прямоугольной эпюре в одномерной задаче. Очевидно, что при равенстве площадей и верхней ординаты р этих эпюр, высота треугольной эпюры должна быть вдвое больше высоты прямоугольной и составлять 2h_э. Высота треугольной эпюры, равная 2h_элогично принимается за мощность сжимаемой толщи Н_c т.е. Н_c =2 h_э.

При вычислении осадки фундамента по формуле s=рh_эт_v не требуется знать величину мощности сжимаемой толщи Н_c, если грунт основания однородный и его деформируемость характеризуется единым значением т_v. Но в абсолютном большинстве случаев основание сложено несколькими слоями грунтов и тогда приходится вычислять среднее значение т_v в пределах сжимаемой толщи Н_c =2 h_э. Н_с необходимо знать также при расчёте стабилизации осадки слоистого основания во времени по теории фильтрационной консолидации. В этом расчёте приходится определять не только т_v, но и осреднённый коэффициент фильтрации k_ф, а также определять направление движения фильтрующейся воды в зависимости от напластования грунтов, входящих в сжимаемую толщу и имеющих разную водопроницаемость, что создаёт разные расчётные случаи, о чем было отмечено ранее (подробнее [1] стр. 195...197, рис. 7.10, 7.11).

Расчёт осадки методом эквивалентного слоя в условиях многослойного основания, когда необходимо усреднять относительный коэффициент сжимаемости т_v показан в примере 15 для фундамента мелкого заложения. Осадка основания свайного фундамента рассчитывается аналогично. Но также как и в методе элементарного суммирования вместо реального фундамента рассматривается условный фундамент с шириной b_усл и глубиной заложения d_усл.

По исходным данным предыдущего Примера 8, где осадка рассчитывалась методом послойного суммирования, необходимо рассчитать осадку того же фундамента методом эквивалентного слоя. Ширина фундамента 1,4 м, длина =20 м, отношение з= l / b = 20 / 1,4 > 10 - фундамент ленточный. Дополнительное (осадочное) давление у_zp,0=240,6 кПа.

Инженерно-геологические условия показаны на рис. 15.1.

Рис. 15.1. Схема к расчёту осадки методом эквивалентного слоя.

Осадка слоистого основания методом эквивалентного слоя вычисляется по формуле:

*

m_v - средневзвешенное значение относительного коэффициента сжимаемости в пределах сжимаемой толщи Н_с.

- мощность эквивалентного слоя.

- коэффициент эквивалентного слоя определяется по [1] табл. 7.2, стр. 186; или [2] табл. 11.4 стр. 236 или Приложение 1, табл. 15, в зависимости от значения н, которое в нашем случае можно приближённо принять равным н=0,2, так как в сжимаемой толще основания преобладают пески, а также от соотношения сторон з= l / b = 20 / 1,4 > 10 Фундамент следует считать обладающим конечной жёсткостью ( ). Поэтому Aщ нужно брать из колонки Aщ_m в таблице 15 Приложения 1. Получаем и h_э=Aщ_m b = 2,4·1,4 = 3,36 м. Так как основание слоистое, находим глубину сжимаемой толщи м.

Зная Н_с можно уточнить приближённо принятое х=0,2, вычислив его средневзвешенное значение по формуле

,

,

т.е. оно оказалось равным принимавшемуся. Если будет существенно отличаться от ранее взятого приближённо, то следует найти новое значение Aщ_m в зависимости от , уточнив h_э и Н_с и произвести осреднение т_н- относительного коэффициента сжимаемости. При известных значениях у_zp,0=240,6кПа и Н_с=6,72 м строим треугольную эпюру дополнительного давления (рис. 15.1) и определяем расстояние z, необходимое для вычисления

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

,

где: - относительный коэффициент сжимаемости i-го слоя грунта в пределах сжимаемой толщи H_c ;

- мощность i-го слоя;

- расстояние от середины i-го слоя до нижней границы сжимаемой толщи .(рис. 15.1)

Вычисляем относительные коэффициенты сжимаемости i-х грунтовых слоёв по формуле: используя значения модулей деформации этих слоёв, приведённые в предыдущем примере 13. Коэффициенты определяем через коэффициенты Пуассона , принимаемые для супеси твёрдой и суглинка полутвёрдого - 0,15, песков - 0,25, по формуле:

-?супесь твёрдая ;

-?песок мелкий ;

-?песок средней крупности ;

-?суглинок полутвёрдый ;

Средневзвешенное значение :

Подставляя в формулу осадки, получим:

.

Полученная величина осадки s=3,0 см < 10 см - предельной осадки для кирпичного многоэтажного дома (Приложение 1, табл.16). Условие второго предельного состояния выполнено.

Следует обратить внимание на то, что при одинаковых исходных данных примеров 8 и 15, осадка, полученная методом эквивалентного слоя - 3 см, превышает величину осадки, полученную методом послойного суммирования (2,03). это объясняется тем, что в первом случае учитывается частичная возможность бокового расширения грунта основания под подошвой фундамента, а во втором - не учитывается.

Пример 16. Расчёт стабилизации осадки во времени

Ленточный сборный фундамент имеет глубину заложения d=1,7 м, ширину подошвы 1,6 м, вертикальное сжимающее напряжение под подошвой p=200 кПа. Грунтовые условия основания представлены в инженерно-геологической колонке (рис. 16.1). Необходимо рассчитать стабилизацию осадки во времени.

1.?Сначала определяется стабилизированная осадка методом эквивалентного слоя по формуле:



а)?Предварительно вычисляется мощность эквивалентного слоя h_э по формуле:

h_э=A_щ·b

Коэффициент эквивалентного слоя A_щ зависит от отношения сторон фундамента, его жёсткости (в нашем случае щ_m - конечная жёсткость) и преимущественного в пределах сжимаемой толщи Н_с значения коэффициента относительной поперечной деформации . Предварительно в соответствии с инженерно-геологическими условиями, так как мощность сжимаемой толщи Н_с пока ещё не известна , приблизительно принимаем =0,25, находим значение A_щт в Приложении 1, табл. 15 вычисляем h_э и Н_с =2 h_э, а затем уточняем , рассчитав его средневзвешенное значение в пределах полученного значения мощности сжимаемой толщи Н_с по формуле:

.

Принимая l/b=10 (ленточный фундамент) и приближенное значение н=0,25 находим в таблице A_щт=2,54 и вычисляем h_э и Н_с .

Получаем: h_э= A_щт·b=2,54·1,6=4,06 м.

Н_с =2 h_э=8,12 м.

Уточняем н, вычисляя его средневзвешенное значение .

Полученное значение оказалось равным предварительно принятому н=0,25. Поэтому h_э остаётся равным 4,06 м и Н_с=8,12 м.

б)?Определяем средневзвешенное значение относительного коэффициента сжимаемости по формуле:

.

Рис. 16.1. Схема к расчёту стабилизации осадки во времени.

Для этого сначала вычисляем m_v каждого грунтового слоя входящего в сжимаемую толщу Н_с по формуле:

m_v=в/E, где

I слой - песок мелкий средней плотности =0,25

; m_v,1= в/E =0,83/22000=3,77^-5 кПа^-1

II слой - суглинок мягкопластичный =0,3.

; m_v,2= в/E =0,74/12000=6,17^-5 кПа^-1

III слой - глина тугопластичная =0,23.

; m_v,3= в/E =0,86/17000=5,06^-5 кПа^-1

Для вычисления необходимо построить треугольную эпюру дополнительного давления высотой Н_с=8,12 м и найти значения z_i - расстояния от нижней границы сжимаемой толщи ВС (рис. 16.1) до середины толщины каждого грунтового слоя, входящего в Н_с.

Для песка мелкого:

z₁=8,12-0,4/2=7,92 м.

Для суглинка:

z₂=8,12-0,4-2,3/2=6,57 м.

Для глины:

z₃=(8,12-0,4-2,3)-5,42/2 =2,71 м.

Вычисляем верхнюю ординату дополнительного (осадочного) давления

у_zp,o=p- у_zg,o=200-(19,1?1+9,9?0,7)=200-26,03=173,97 ?174 кПа.

в)?Вычисляем стабилизированную осадку

s= h_э • • у_zp,o=4,06•5,44^-5 •174=0,0384=3,84 см.

2.?Далее рассчитываем стабилизацию осадки во времени. Нестабилизированная осадка s_t на период времени t определяется по формуле:

s_t =u•s,

где u -степень консолидации, представляющая собой долю от конечной стабилизированной осадки s. Причём,

где N фактор времени, определяемый формулой:

Значения u в зависимости от N приводятся в таблице 7.5 [1], стр. 215; [2], стр. 195 или в Приложении 1, табл. 14в колонке «Случай 2» треугольная эпюра с вершинами треугольника внизу. По значениям N при различных величинах степени консолидации u (от 0 до 1) можно вычислять время t_i , соответствующее сформированию нестабилизированных осадок s_t,i .

Время t_i находят по формуле:

Для определения t_i предварительно находят значение коэффициента консолидации с_v по формуле:

,

где и - средневзвешенные значения соответственно коэффициентов фильтрации и относительной сжимаемости.

(вычислено выше)

.

Коэффициент консолидации с_v целесообразно привести к размерности , имея в виду, что 1 год= 365•24•60•60 секунд.

с_v =0,0137•365•24•60•60 = 432043

Для определения время стабилизации t по выражению

вычислим сомножитель, обозначенный буквой Т:

.

Вычисления стабилизации осадки во времени целесообразно вести в табличной форме.

u	N	t=Т·Nгод	t месяцы ...

Подобные документы

• Проектирование строительства здания

  Оценка инженерно-геологических условий площадки строительства. Гранулометрический состав грунта. Определение глубины заложения фундамента. Подбор и расчет фундамента мелкого заложения под наружную и внутреннюю стену. Определение осадки фундамента.
  
  курсовая работа [320,6 K], добавлен 04.03.2015
  

• Проектирование фундамента мелкого заложения

  Вертикальные и горизонтальные нагрузки, действующие на фундамент. Инженерно-геологические условия строительной площадки. Определение размеров обреза и глубины фундамента мелкого заложения. Размеры подошвы фундамента. Методика расчета осадки фундамента.
  
  курсовая работа [324,0 K], добавлен 14.12.2014
  

• Разработка вариантов фундаментов жилого дома

  Определение физико-механических показателей грунтов и сбор нагрузок на фундаменты. Оценка инженерно-геологических условий площадки строительства. Проектирование фундаментов мелкого заложения. Расчет ленточного свайного фундамента под несущую стену.
  
  курсовая работа [1,9 M], добавлен 19.04.2012
  

• Проектирование фундамента мелкого заложения мостовой опоры

  Инженерно-геологические условия строительной площадки. Определение глубины заложения фундамента, возводимого на водотоке. Проверка напряжений под подошвой фундамента. Определение глубины заложения и размеров ростверка. Длина и поперечное сечение свай.
  
  курсовая работа [377,9 K], добавлен 26.10.2015
  

• Проектирование фундамента мелкого заложения

  Анализ инженерно-геологических и гидрогеологических условий площадки строительства. Расчёт осадок свайного фундамента методом послойного суммирования. Определение глубины заложения фундамента. Расчет размеров подошвы фундамента мелкого заложения.
  
  курсовая работа [518,1 K], добавлен 17.04.2015
  

• Основания и фундаменты промышленного здания

  Характеристика проектирования оснований и фундаментов. Инженерно-геологические условия выбранной строительной площадки. Общие особенности заложения фундамента, расчет осадки, конструирование фундаментов мелкого заложения. Расчёт свайных фундаментов.
  
  курсовая работа [1,1 M], добавлен 08.03.2012
  

• Расчет и конструирование фундамента под опоры моста

  Инженерно-геологические условия строительной площадки. Проектирование фундамента мелкого заложения. Определение осадки фундамента. Расчетное сопротивление основания. Нагрузки, передаваемые на основание фундамента. Требуемая площадь подошвы фундамента.
  
  курсовая работа [552,3 K], добавлен 10.05.2012
  

• Разработка проекта 70-ти квартирного жилого дома

  Объемно-планировочное и конструктивное решение здания. Теплотехнический расчет наружной стены, ограждающих конструкций и чердачного перекрытия. Инженерно-геологические условия строительной площадки. Выбор типа фундамента и определение глубины заложения.
  
  дипломная работа [837,1 K], добавлен 07.10.2016
  

• Расчёт и проектирование фундаментов различного заложения

  Анализ инженерно-геологических данных. Определение значения условного расчетного сопротивления грунта. Расчет фундамента мелкого заложения, свайного фундамента и его осадки. Конструирование ростверка, его приближенный вес и глубина заложения, число свай.
  
  курсовая работа [973,6 K], добавлен 18.01.2014
  

• Расчет и проектирование фундаментов мелкого заложения и свайных фундаментов

  Анализ инженерно-геологических условий площадки. Проектирование фундамента мелкого заложения на естественном основании, искусственном основании в виде грунтовой подушки. Расчёт свайных фундаментов, глубины заложения фундамента. Армирование конструкции.
  
  курсовая работа [698,7 K], добавлен 04.10.2008
  

• Проектирование фундаментов пятиэтажного 20-квартирного дома до и после реконструкции

  Определение наименования и состояния грунтов. Построение инженерно-геологического разреза. Выбор глубины заложения фундамента. Определение осадки фундамента. Определение глубины заложения и назначение размеров ростверка. Выбор типа и размеров свай.
  
  курсовая работа [623,7 K], добавлен 20.04.2013
  

• Расчёт и проектирование фундаментов различного заложения

  Определение глубины заложения фундамента сооружения. Расчет осадки фундамента методами послойного суммирования и эквивалентного слоя. Проектирование свайного фундамента. Выбор глубины заложения ростверка, несущего слоя грунта, конструкции и числа свай.
  
  курсовая работа [1,1 M], добавлен 01.11.2014
  

• Основания и фундаменты промышленного здания

  Инженерно-геологические условия строительной площадки. Сбор нагрузок на обрез и на подошву фундамента. Определение глубины заложения фундамента. Выбор типа, длины и марки свай. Определение расчетного сопротивления грунта под подошвой фундамента.
  
  курсовая работа [2,6 M], добавлен 23.01.2013
  

• Проектирование фундаментов под 10- этажное здание в открытом котловане

  Проект фундаментов административного здания в 10 этажей: конструкция сооружения, нагрузки; привязка к инженерно-геологическому разрезу. Определение основных размеров, разработка конструкций свайных фундаментов; расчет стабилизационной осадки оснований.
  
  курсовая работа [1,9 M], добавлен 05.04.2011
  

• Проектирование оснований и фундаментов

  Условия производства работ по устройству основания и возведению фундаментов. Характеристики грунтов и анализ инженерно-геологических условий строительной площадки. Определение глубины заложения подошвы свайного и фундамента на естественном основании.
  
  курсовая работа [104,6 K], добавлен 23.05.2013
  

• Механика грунтов, основания и фундаменты

  Характеристика площадки, инженерно-геологические и гидрогеологические условия. Оценка строительных свойств грунтов площадки и возможные варианты фундаментов здания. Определение несущей способности и количества свай. Назначение глубины заложения ростверка.
  
  курсовая работа [331,0 K], добавлен 23.02.2016
  

• Проектирование устройства фундаментов и их оснований для жилого 16-этажного дома

  Анализ инженерно-геологических условий строительной площадки. Определение нагрузок на фундамент и глубина его заложения. Определение параметров ленточного и свайного фундамента в части здания без подвала и с ним. Расчет осадок фундамента под частями.
  
  курсовая работа [982,8 K], добавлен 20.06.2015
  

• Расчёт и проектирование фундаментов мелкого заложения

  Рассмотрение общих данных об инженерно-геологических условиях площадки строительства. Расчет глубины, подошвы и осадки фундаментов на естественном и на искусственном основании. Сравнение вариантов и определение наиболее рационального типа фундамента.
  
  курсовая работа [922,1 K], добавлен 29.05.2014
  

• Проектирование фундаментов для промышленного одноэтажного здания

  Оценка инженерно-геологических условий строительной площадки. Выбор глубины заложения фундаментов, сооружаемых в открытом котловане. Определение размеров подошвы фундаментов мелкого заложения (на естественном основании). Расчет свайного фундамента.
  
  курсовая работа [336,3 K], добавлен 13.12.2013
  

• Проектирование фундаментов вычислительного центра железной дороги

  Оценка инженерно-геологических условий площадки строительства. Определение глубины заложения ростверка и несущей способности сваи. Расчет фундаментов мелкого заложения на естественном основании и свайного фундамента. Технология производства работ.
  
  курсовая работа [1002,4 K], добавлен 26.11.2014
  

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам