Выбор глубины заложения подошвы фундамента

Содержание

1. Исходные данные для проектирования оснований и фундаментов.

2. Анализ инженерно-геологических и гидрогеологических условий площадки строительства.

3. Расчет и проектирование фундамента мелкого заложения.

3.1 Выбор глубины заложения подошвы фундамента.

3.2 Определение размеров фундамента в плане.

3.3 Расчет деформаций основания фундамента.

 

 

1.

Исходные данные для проектирования

Исходные данные:

1. Район строительства – г. Мариуполь

2. Здание – «Спортивно-оздоровительный комплекс»

 

 

Размеры:

Вариант	L1, м	L2, м	L3, м	L4, м	L,м	lc,м	bc, м
	-		4,8		-	0,4	0,4

 

Основные физико-механические характеристики грунтов основания

№ слоя	Грунт	γs, кН/м3	γ, кН/м3	W	WL	Wp	E, МПА	φ, град	С, кПа
	Почвенно-растительный слой	25,5		0,1
	Глинистый	27,1		0,15	0,21	0,09
	Песок средней крупности	26,9	19,6	0,15	-	-
	Глинистый	27,3		0,16	0,33	0,15

 

Нагрузки действующие на обрез фундамента имеют следующие значения:

Вертикальная составляющая нагрузки F_v = 2500 кН

Горизонтальная составляющая нагрузки F_h = 15кН

Моментальная нагрузка М = 140 кН

Анализ инженерно-геологических условий площадки строительства

Выполняем анализ инженерно-геологических условий площадки строительства, устанавливаем пригодность грунтовых напластований к их использованию в качестве естественного основания фундаментов. При этом, предусмотрим срезку плодородного слоя почвы для последующего озеленения района застройки.

Для оценки строительных свойств каждого слоя (за исключением почвенно-растительного) определим производные и классификационные характеристики:

 

 

ИГЭ-1 – слой насыщенного грунта. Удельный вес которого γ = 12 кН/м³ грунт не может использоваться в качестве основания в связи со своей неоднородностью и большим содержанием органических включений. Грунт подлежит срезке.

- удельный вес сухого грунта

γ _d = , кН/м³;

ИГЭ-2: γ _d = = 16,52 кН/м³;

ИГЭ-3: γ _d = = 17,04 кН/м³;

ИГЭ-4: γ _d = = 17,24 кН/м³ ;

- коэффициент пористости

e =

ИГЭ-2: e = = 0,64;

ИГЭ-3: e = = 0,58;

ИГЭ-4: e = = 0,58;

- удельный вес грунта во взвешенном в воде состоянии

γ _sb =

где γ _w – удельный вес воды, принимается равным 10 кН/м³;

ИГЭ-2: γ _sb = = 10,42 кН/м²;

ИГЭ-3: γ _sb = = 10,69 кН/м²;

ИГЭ-4: γ _sb = = 10,95 кН/м²;

- степень влажности

S_r = ;

ИГЭ-2: S_r = = 0,64;

ИГЭ-3: S_r = = 0,70;

ИГЭ-4: S_r = = 0,75;

для глинистых грунтов дополнительно определяются:

- число пластичности

I_p = W_L – W_p;

ИГЭ-2: I_p = 0,21 - 0,09 = 0,12;
ИГЭ-4: I_p = 0,33 - 0,15 = 0,18;

 

- показатель текучести

I_L = ;

ИГЭ-2: I_L = = 0,5;

ИГЭ-4: I_L = = 0,05;

- полная влагоемкость

W_sat =

ИГЭ-2: W_sat = = = 0,24;

ИГЭ-3: W_sat = = = 0,22;

ИГЭ-4: W_sat = = = 0,21;

- показатель текучести полностью водонасыщенного грунта

I_L,sat = ;

ИГЭ-2: I_L,sat = = 1,5;

ИГЭ-4: I_L,sat = = 0,33;

ИГЭ-2 – суглинок тугопластичный

ИГЭ-3 – песок средней крупности и плотности, влажный

ИГЭ-4 – глина полутвердая

 

 

Слой	γd, кН/м3	е	γsb, кН/м3	Sr	Ip	IL	Wsat	IL,sat
Суглинок тугопластичный	16,52	0,64	10,42	0,64	0,12	0,5	0,24	1,5
Песок средней крупности	17,04	0,58	10,69	0,7	-	-	0,22	-
Глина полутвердая	17,24	0,58	10,95	0,75	0,18	0,05	0,21	0,33

 

По результатам исследования производных характеристик грунтов основания и из условия экономного пользования строительных материалов и работ принимаем в качестве основания грунт второго инженерно-геологического элемента ИГЭ-2 – суглинок тугопластичной консистенции.

 

 

Расчет и проектирование столбчатого фундамента

Выбор глубины заложения подошвы фундамента

Для привязки здания по вертикали выполняем разрез по скважинам 1-4. Инженерно-геологический разрез с привязкой здания по вертикали приведен

 

 

При этом необходимо учитывать требованиям СНиП [7], среди которых можно выделить три основных требования:
1. Инженерно-геологические условия – грунт должен обладать соответствующими строительными свойствами, анализ которых приведен выше, подошва фундамента должна быть расположена ниже кровли слоя на 300 мм и выше подошвы слоя на 500 мм;

2. Конструктивные особенности фундамента;

3. При определении глубины подошвы фундамента учитывается глубина сезонного промерзания грунта основания.

Во всех случаях минимальная глубина заложения фундамента должна быть не менее 0,5 м.

Учитывая конструктивные особенности возводимого сооружения глубина заложения подошвы фундамента должна быть не менее:

- для столбчатого фундамента под железобетонную колону 400х400 мм
d = h_f + h₄ = 0,95 + 0,15 = 1,1м;
h_f = h₁ + h₂ + h₃ = 0,5 + 0,05 + 0,4 = 0,95м,
где h_f – высота фундамента;

h₁ – толщина бетонной плиты под стаканом, принимается не менее 0,2м;

h₂ – рихтовочный зазор под колонну, принимается равным 0,05 м;

h₃ – глубина заделки колонны в стакан; принимается не менее большей стороны сечения колоны, м;

h₄ - толщина конструкции пола, принимается равной 0,15 м.

Для определения мощностей слоев грунта по оси фундамента производится привязка здания или сооружения к геологическому разрезу.

Глубина заложения фундамента принимается в зависимости от расчетной глубины сезонного промерзания грунта df, которая определяется по формуле:

d_f = k_h ∙ d_fn, м

Где k_h – коэффициент теплового режима здания, принимаем 0,7

d_fn – нормативная глубина промерзания грунта, принимая по схематичной карте, принимаем 1м.

d_f = 1∙ 0,7 = 0,7м

Окончательной глубиной заложения фундамента принимаем 1,1м как наибольшую из величин, полученных при анализе вышеуказанных факторов. Схема расположения здания по вертикали на геологическом разрезе приведена:

 

 

3.2 Определение размеров фундамента в плане

Критерии выбора размеров подошвы фундамента основывается на требованиях расчета оснований по предельным состояниям. Согласно ДБН расчет фундаментов по второй группе предельных состояний (деформациям) ведется в предположении линейной деформируемости основания, которая реализуется при выполнении следующих условий:

P_cp ≤ R,

P_max≤ 1,2∙ R,

P_min > 0

Где Р_ср – среднее давление по подошве фундамента, кПа;

R – расчетное сопротивление основания, кПа;

P_max и P_min – максимальное и минимальное краевое давление, кПа.

Для центрально нагруженных фундаментов достаточно соблюдения одного условия P_cp ≤ R.

Среднее давление под подошвой фундамента находят по формуле
P_cp = + γ_mt ∙ d

P_cp = + 20 ∙ 1,1 = + 22 = + 22

Где F_v – результирующая вертикальная сила на обрез фундамента, кН;

b и l – соответственно ширина и длина подошвы фундамента, м;
Примем длину подошвы фундамента l = b∙a, где а = 1,5 т.к. внецентренно нагруженный фундамент.

γ_mt - осредненный удельный вес фундамента и грунта на его уступах (принимается в диапазоне 20…22 кН/м³);

d – глубина заложения подошвы фундамента от поверхности планировки, м;

Краевые давления под подошвой фундамента находят по формуле:

P = P_ср ± (М+F_h ∙ h_f) / W = + 22 ±

Где F_h – результирующая горизонтальная сила на обрез фундамента, кН;

W – момент сопротивления подошвы фундамента (для фундаментов прямоугольных)

W = b∙ l²/6 = b∙ (ba)²/6 = 0,375b³

Расчетное сопротивление грунта R характеризует уровень напряжений в грунте, при котором основание еще можно считать линейно деформируемой средой находят по формуле:
R = ∙ [М_у ∙ k_z ∙ b ∙ _II + M_q ∙ d₁ ∙ ’_II + (М_q – 1) ∙ d_b ∙ ’_II + М_с ∙ с_II ] =

= ∙ [0,56 ∙ 1 ∙ b ∙ 17,92 + 3,24 ∙ 1,1 ∙ 17,59 + 0 + 5,84 ∙ 27] = 10,9∙b + 240,2

где и - соответственно коэффициенты условий работы грунтового основания

k – коэффициент, принимаемый k=1 – если прочностные характеристики грунта определены непосредственными испытаниями и k= 1,1 – если определены по таблицам

М_у, M_q, М_с – коэффициенты, зависящие от значения грунта, залегающего под подошвой фундамента

b – ширина подошвы фундамента, м;

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

γ_II и γ_II’ – осредненные расчетные значения удельного веса грунтов, залегающих соответственно ниже и выше подошвы фундамента;

c_II – расчетное значение удельного сцепления под подошвой фундамента;

d₁ – расчетное значение глубины заложения фундамента, м;

d_b – расстояние от уровня планировки до пола подвала, м (d_b = 0).

Расчетные значения _II, c_II, φ_II находятся по формуле:

X = ∑ X_i ∙ h_i / ∑ h_i =

Где X_i – значение характеристики i ^-того инженерно-геологического элемента: h_i – толщина i ^-того инженерно-геологического элемента (ИГЭ).

Удельный вес грунта выше подошвы фундамента определяем по формуле:

γ_II = = 17,92 кН /м³

γ_II’ = = 17,59 кН/м³

 

Определение ширины подошвы фундамента выполняем графоаналитическим методом;

Таблица. Характерные точки графиков напряженного состояния основания для определения ширины подошвы фундамента

Напряжение, мПа	Ширина подошвы фундамента, м
		1,5		2,5
Pcp		1689,0	762,9	438,8	288,7	207,2
Pmax		2106,3	886,5	490,9	315,4	222,7
R	240,2	251,1	256,6	262,0	267,5	272,9
1,2R	288,2	301,3	307,9	314,4	320,9	327,5

 

В качестве окончательной ширины подошвы фундамента принимается большее значение, округленное с точностью до десятых b = 2,7м, тогда длина фундамента равна 2,7∙1,5 = 4м. При этом, учитывая погрешности построения графиков, необходимо выполнить проверки условия P_cp ≤ R и P_max≤ 1,2∙ R с принятым значением ширины подошвы фундамента:

P_cp = 2500/2,7∙4 + 22 = 251кПа < R = 10,9 ∙ 2,7 + 240,2 = 269,7 кПа

P_max = 251 + (140+15 ∙ 1,1) ∙ 6/4²∙2,7 = 272,7 кПа < 1,2R = 323,6 кПа

P_min = 251 - (140+15 ∙ 1,1) ∙ 6/4²∙2,7 = 229 кПа > 0

В случае невыполнения условий P_cp ≤ R и P_max≤ 1,2∙ R более чем на 5% требуется корректировка размеров фундамента в сторону их увеличения.