Расчет фундаментов мелкого заложения и свайных фундаментов

 

3.Пострение инженерно-геологических  разрезов.

 

      Согласно с.7-8 [15], инженерно-геологические разрезы строятся по направлениям, являющимся наиболее информативными. В нашем случае наиболее информативными будут разрезы 1-1-по скважинам1-4 и 2-2 по скважинам 2-3.Они дают наибольшую информацию о состояние рельефа строительной площадки, т.к. разрезы примерно совпадают с направлением главных осей проектируемого здания.

       Построение инженерно-геологических  разрезов 1-1 и 2-2 см. на рис.

4. Расчет и проектирование  фундамента мелкого заложения.

 

4.1. Общие положения.

 

    Строительство ведется в г. Казань.

    Расчет и проектирование фундамента (ФМЗ-1) производим по заданной расчетной нагрузке на обрез фундамента: N*2=510 кН, и М*2=50 кН×м. В осях 1-3 А-В имеется отапливаемый подвал высотой hпод.=2 м.

    Мощность h1, начальное расчетное сопротивление Rо и модуль деформации Ео ИГЭ-1 является достаточными, чтобы использовать данный слой грунта в качестве несущего.

    Назначаем класс бетона фундамента  В20**. Толщину защитного слоя бетона принимаем*** аs=40 мм. Принимаем железобетонные колонны квадратного сечения с размерами сторон bc *hc=0,3*0,3 м.

    4.2. Определение высоты фундамента.

 

4.2.1определение высоты фундамента  по конструктивным 

требованиям.

 

    Определение высоты фундамента  по конструктивным требованиям  выполняем в следующей последовательности.

1.Назначаем  предварительную высоту плитной части фундамента, исходя из того, что dmin=0,2. Принимаем d=0,25 м.

2. Назначаем  предварительную глубину (высоту) стакана  фундамента hcf по формуле

 hcf= h3+0,05=0,45+0,05=0,5 м.

Где  0,05 м – зазор между нижним торцом колонны и дном стакана; h3- глубина (высота) заделки колонны в стакан фундамента*, принимается максимальной исходя из следующих условий:

а) жесткой заделки колонны в фундамент:

h3=1,5 hс=1,5×0,3=0,45 м

б) достаточной анкеровки продольной арматуры колонны в стакан  фундамента:

h3=25 ds=25×16=400 мм=0,4 м,

где ds- диаметр продольной арматуры колонны, принимаем

Класс бетона принимаем В20**.

Окончательно принимаем h3=0,45 м.

2. Определяем полную высоту фундамента Hf по конструктивным требованиям по формуле

Hf = hcf +d =0,5+0,25=0,75 м.

 

4.2.1Определение расчетной высоты  фундамента.

 

Определение расчетной высоты фундамента выполняем в следующей последовательности.

1. Уточняем требуемую рабочую высоту плитной части фундамента hopl по приближенной формуле

hopl =

Где hс и bс- соответственно высота и ширина колонны hс = bс=0,3 м; N1-расчетная нагрузка, передаваемая колонной на уровне обреза фундамента*,

N1=gf N2=1,2×510=960 Кн,  gf –коэффициент надежности по нагрузке =1,2; a-коэффициент,a=0,85; gb2- коэффициент, учитывающий длительность действия нагрузки, gb2=1; gb9- коэффициент, учитывающий вид материала фундамента, gb9=0,9; Rbt- расчетное сопротивление бетона растяжению, для бетона кл. В20 Rbt=0,9 Мпа, принимается прил. 8 табл.8.1 настоящих методических указаний; ргр- реактивный отпор грунта от расчетной продольной нагрузки N1 без учета веса фундамента и грунта на его уступах, определяется по формуле

ргр

 

2. Определяем требуемую расчетную высоту плитной части фундамента hpl по формуле

 hpl = hopl+аs=0,29+0,04=0,33 м >0,3 м, условие выполняется.

Полученную расчетную высоту плитной части фундамента hpl округляем кратно 0,15 м  в большую сторону, принимая равной hpl=0,45 м.

3.Определяем расчетную высоту  фундамента Нf по формуле

Нf = hpl + hcf =0,45+0,5=0,95 м.

Полученную высоту фундамента Нf округляем кратно 0,3 принимая во внимание, что минимальная высота фундамента должна быть не менее 1,5 м, но из конструктивных соображений принимаем Нf=1,2 м.

 

4.3.Определение глубины заложения  фундамента.

 

Определение глубины заложения фундамента производим согласно п. 2.25-2.23 [1] в следующей последовательности.

1. Определяем расчетную глубину промерзания df несущего слоя грунта по формуле

 df = кdfn =0,4×1,7=0,68 м.

    Где к – коэффициент, учитывающий температурный режим здания, принимается прил. 3 табл.3.1 настоящих методических указаний к=0,4; dfn – нормативная глубина промерзания грунта, определяется в зависимости от климатического района строительства принимается прил. 3 табл.1 настоящих методических указаний, для г. Казани dfn =1,7 м.

2. По прил. 2 табл.2.2 настоящих методических  указаний выясняем, зависит ли  глубина заложения фундамента  от глубины промерзания грунтов. Для этого определяем величину df +2=0,68+2=2,68 м.

Так как dw=10 > df + 2=2,68 м, то для нашего несущего слоя d1 назначается не менее расчетной глубины промерзания грунта df.

 

 

3. Определяем глубину заложения  фундамента d по конструктивным требованиям.

 D=hподв.+ hcf + h1 + Нf – hц=2+0,1+0,2+1,2-0,15=3,35 м,

где hподв.- высота подвала, hподв.=2 м; . hcf – толщина конструкции пола подвала, hcf =0,1;

h1 – толщина слоя грунта от обреза фундамента до низа пола подвала, h1 =0,2 м; Нf – высота фундамента, Нf =1,5 м; hц- высота цоколя, hц=0,15 м.

 

4.4.Определение размеров подошвы фундамента.

 

Определение размеров подошвы фундамента производится в следующей последовательности.

1. Так как фундамент испытывает воздействие нормальной силы N2 и изгибающего момента М2, он считается внецентренно нагруженным. Следовательно, фундамент проектируется прямоугольным в плане вытянутым в плоскости действия момента, при этом и соотношение сторон подошвы фундамента принимается в пределах h=bf/lf=0,6¸0,85. Принимаем h=0,75.
2. Исходя из принятого соотношения сторон, определяем предварительные размеры подошвы фундамента. Ширина подошвы фундамента bf определяется по формуле

Rо – начальное расчетное сопротивление грунта ИГЭ-1, Rо =400 кПа; gmt-осредненный удельный вес материала фундамента и грунта на его уступах, gmt=20 Кн/м3; d-глубина заложения фундамента, расстояние от уровня планировки земли до подошвы фундамента принимаем d=3,35 м.

Тогда длина подошвы фундамента lf определяется по формуле

Полученные размеры подошвы фундамента округляем кратно 0,3 м в большую сторону. Конструктивно принимаю размеры подошв фундамента bf =1,5 м  и lf=1,8 м.

3. Определяем соотношение длины здания или сооружения к его высоте

 L/H=36/18=2 м

4. По формуле (7) п.2.41 [1] уточняем расчетное сопротивление грунта основания R:

где gс1 и gс2 –коэффициенты условий работы прил. 4 табл.4.1 настоящих методических указаний gс1 =1,2 и  gс2 =1,06; к – коэффициент, т.к. прочностные характеристики грунта определены непосредственно испытаниями, то к=1; Мg, Мq, Mc-коэффициенты , зависящие от угла внутреннего трения j несущего слоя грунта, для  j=18°- Мg=0,43, Мq=2,73, Mc=5,31, принимаются прил. 4 табл.4.2 настоящих методических указаний;

bf – ширина подошвы фундамента, bf =1,5; кz-коэффициент, кz=1; т.к. ширина подошвы фундамента bf <10 м; db – глубина подвала – расстояние от уровня планировки до уровня пола подвала db =hподв +hц=2-0,15=1,85 м; с2-расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, с2=4 кПа; g’2-осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента определяется по формуле

здесьg1-удельный вес грунта ненарушенной структуры ИГЭ-1;

 р1=1,91 г/см3 – плотность грунта ненарушенной структуры ИГЭ-1; g=10м/с2- ускорение свободного падения; g2-то же, ниже подошвы фундамента.

Где gi = pi×g – удельный вес грунта ненарушенной структуры ИГЭ –1,2,3,4,5;

gsb1-удельный вес грунта ИГЭ-1 с учетом взвешивающего действия воды, определяется по формуле

gsb1=

где gw-удельный вес воды, е1=0,5-коэффициент пористости грунта ИГЭ-1; d1-приведенная глубина заложения фундамента от пола подвала, определяется по формуле

d1=

Где hs-толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала,

hs=1,7 м; hsf-толщина конструкции пола подвала, hsf=0,1 м; gcf-удельный вес конструкции пола подвала, для тощего бетона gcf=22 Кн/м3.

5. Определяем максимальное и минимальное краевое давление и среднее давление

под подошвой внецентренно нагруженного фундамента в предположение линейного распределения напряжений в грунте.

 

где W-момент сопротивления подошвы фундамента, определяется по формуле

6. Для исключения возникновение в грунте пластических деформаций  поверяем выполнение следующих условий:

Все условия выполняются, следовательно, фундамент подобран правильно и экономично.

 

4.5.Вычисление вероятной осадки  фундамента.

 

 

Вычисление вероятной осадки производится методом послойного суммирования в следующей последовательности.

1. Вычисление ординаты эпюр природного давления szg и вспомогательной 0,2szg по формуле

szgi=szgi-1 +g2ihi,

где hi- толщина i-ого слоя грунта; g2i- удельный вес  i-ого слоя грунта.

Точка 0 –на поверхности земли

szg=0;

0,2szg=0;

Точка 1 –на уровне подошвы фундамента (на уровне подземных вод)

szgо=(szgw ) =g1×h1/1=19,1×3,65=69,71 кПа;

0,2szgо=13,94 кПа;

Точка 2- на границе первого и второго слоя с учетом взвешивающего действия воды

szg1= szgо (szgw )+gsb1×h1/2=69,71+10,4×3,65=107,67 кПа;

0,2szg1=21,53 кПа;

Ниже первого слоя находится суглинок, поэтому к вертикальному напряжению на кровлю суглинка добавляется гидростатическое давление столба воды, находящиеся над суглинком.

sw = g w ×h1=10×7=70 кПа;

Полное вертикальное напряжение, действующее на кровлю глины

szg2 = szg1 +sw =107,67+70=177,67 кПа;

0,2szg2=35,53 кПа;

Точка 3- на границе 2-го и 3-го слоев

szg3 = szg2 +g2×h2=177,67+19×1=196,67 кПа;

0,2szg3=39,33 кПа;

Точка 4- на границе 3-го и 4-го слоев

szg4 = szg3 +g3×h3=196,67+20×4=276,67 кПа;

0,2szg4=55,33 кПа;

Точка 5- на границе 4-го и 5-го слоев

szg5 = szg4 +g4×h4=276,67+19,5×8=432,67 кПа;

0,2szg5=86,53 кПа;

Точка 6- вертикальное напряжение по подошве фундамента 5-го слоя

szg6 = szg5 +g5×h5=432,67+19,5×2=471,67 кПа;

0,2szg6=94,33 кПа;

 

2. По полученным значениям ординат на геологическом разрезе в масштабе строим эпюру природного давления szg и вспомогательной 0,2szg. (рис.)
3. Определяем дополнительное вертикальное давление на основание от здания или сооружения по подошве фундамента:

ро=р-szgо =237,38-69,71=167,67 кПа

4. Разбиваем толщу грунта под подошвой фундамента на элементарные подслои толщиной i=(0,2¸0,4)bf. Принимаем i=0,3bf=0,3×1,5=0,45 м.
5. Определяем дополнительные вертикальные нормальные szр напряжения на глубине zi от подошвы фундамента:

szр =ai pо,

где ai –коэффициент рассеивания напряжений для соответствующего слоя грунта, зависит от формы подошвы фундамента и соотношений x= 2zi / bf и h=lf/bf, где zi –глубина i-го элементарного слоя от подошвы фундамента

zi , определяется прл. 5 настоящих методических указаний.

Принимаем x=1,3 zi и h=1,4

6. По полученным данным строим эпюру дополнительных вертикальных напряжения szр от подошвы фундамента (рис.)
7. Определяем высоту сжимаемой толщи основания Hс, нижняя граница которой ВС принимается на глубине z=Hс, где выполняется условие равенства szр =0,2szg (рис.)
8. Определяем величину общей осадки по формуле

где b - безразмерный коэффициент, b=0,8; среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения от подошвы фундамента в i-ом слое грунта, равное полусумме напряжений на верхней zi-1 и нижней zi границах слоя по вертикали, проходящей через центр фундамента;  - толщина    i-ого слоя грунта; Ei –модуль деформации i-ого слоя грунта; n-количество слоев, на которые разбита сжимаемая толща основания.

9. Для удобства расчета осадки все вычисления ведем в табличной форме следующего вида

№ ИГЭ	Наименование грунта и его состояние	Мощность слоя, hi,м	, м	zi, м	xi	ai	кПа	кПа	Ei  кПа
ИГЭ-1	Песок средней крупности, средней плотности, влажный, непросадочный.	7	0,00 0,45 0,45 0,45 0,45 0,45 0,45 0,45 0,2	0,0 0,45 0,9 1,35 1,8 2,25 2,7 3,15 3,35	0,0 0,585 1,17 1,755 2,34 2,925 3,51 4,095 4,355	1,0 0,909 0,717 0,521 0,341 0,235 0,18 0,15 0,122	167,67 153,76 121,3 88,13 57,7 39,75 30,45 25,4 20,64	161,45 137,53 104,71 72,9 48,72 35,1 27,925 23,02	25000   ВС
ИГЭ-2	Суглинок текучий, насыщен водой, непросадочный.	1	0,45 0,45 0,1	3,8 4,25 4,35	4,94 5,525 5,655	0,091 0,084 0,079	15,4 14,2 13,36	18,02 14,8 13,78	6000