Расчет фундаментов мелкого заложения и свайных фундаментов

С учетом наличия изгибающего момента окончательно принимаем n = 4 шт.

Рис. 4.1. К расчету несущей способности одиночной висячей сваи

4.3. Конструирование ростверка

Размещение свай в плане и конструирование ростверка выполняем конструктивно, руководствуясь следующими требованиями (рис. 4.2):
равнодействующая от постоянных нагрузок должна проходить как можно ближе к центру тяжести условной подошвы свайного фундамента;
минимальное расстояние в плане между осями свай должно быть не менее (3 ( 6)d, где d – диаметр круглой или размер стороны поперечного сечения квадратной сваи, принимаем 5d = 5(0,3 = 1,5 м;
расстояние от края ростверка до оси крайнего ряда свай принимаем равным размеру поперечного сечения сваи, т.е. 0,15 м.
с целью использования унифицированной опалубки, габаритные размеры ростверка в плане должны быть кратны 0,3 м, а по высоте – 0,15 м.


Рис. 5.2 - Конструирование ростверка свайного фундамента
4.4. Определение размеров условного фундамента

Определение размеров условного фундамента производится в следующей последовательности.
Определяем размеры условного фундамента. Границы условного свайного фундамента определяются следующим образом (рис.4 .3): снизу – плоскостью АБ, проходящей через нижние концы свай; сверху – поверхностью планировки земли; с боков – вертикальными плоскостями АВ и ВБ, отстоящими от нагруженных граней крайних рядов вертикальных свай на расстоянии hу.ф.(tg(, где ( – угол распределения напряжений, определяется по формуле
3,94(,
где (II,mt – усредненный угол внутреннего трения в пределах грунта, пробиваемого сваей (рис. 4.3), определяется по формуле

15,74(.

Определяем ширину подошвы условного фундамента bу.ф.:

bу.ф. = 5d + 2tg((lсв = 5(0,3 + 2(tg3,94(5,75= 2,3 м,

где d – диаметр круглой сваи или размер стороны квадратного поперечного сечения сваи, d = 0,3 м; lсв – длина сваи без учета заделки в ростверк, определяется по формуле
lсв = Lсв – hз = 6,05 – 0,3 = 5,75 м.
здесь hз – высота (глубина) заделки сваи в ростверк, hз = 0,3 м.
Определяем длину подошвы условного фундамента lу.ф.:

lу.ф. = 5d + 2tg((lсв = 5(0,3 + 2(tg3,94(5,75 = 2,3 м.
Определяем площадь подошвы условного фундамента Aу.ф.:
Aу.ф. = bу.ф.(lу.ф. = 2,3(2,3 = 5,29 м2.
Определяем собственный вес свай Gсв:
Gсв = Vсв((m = 1,33(25 = 33,25 кН,
где Vсв – объём свай, определяется по формуле
Vсв = Aсв(lсв(n = 0,09(5,75(4 = 2,07 м3,
здесь Aсв – площадь поперечного сечения сваи, Aсв = 0,09 м2; lсв – длина сваи без учета заделки в ростверк, lсв = 5,75 м;
n – количество свай, n = 4 шт;(m = 25 кН/м3 – удельный вес бетона сваи.
Определяем собственный вес ростверка Gр:
Gр = Vр((m = 3,375(25 = 84,375 кН,
где (m = 25 кН/м3 – удельный вес бетона ростверка; Vр – объём ростверка, определяется по формуле
Vр = lпл(bпл(hпл + lп(bп(hп = 2,1(2,1(0,6 + 0,9(0,9(0,9 = 3,375 м3,
здесь lпл, bпл, hпл, lп, bп и hп – длина, ширина и высота соответственно плиты и подколонника ростверка.
Определяем собственный вес грунта Gгр, расположенного на уступах ростверка, определяется по формуле:
Gгр = (Vу.ф. – Vр – Vсв)(= (14,12 – 3,375 – 2,07)(19,7 = 170,9 кН,
где Vу.ф. – объём условного фундамента грунта (прямоугольник ABCD, рис. 5.3), определяется по формуле:
5,29(3,65 = 14,12 м3,
здесь – площадь подошвы условного фундамента, = 5,29 м2;
– осреднённое значение удельного веса грунта расположенного на подошве ростверка (при наличии грунтовых подземных вод определяется с учётом взвешивающего действия воды), принимается равным = 19,7(кН/м3.
Определяем среднее давление Pу.ф. под подошвой условного фундамента:
= 242,63 кН.
Определяем расчетное сопротивление грунта основания несущего слоя под подошвой условного фундамента:
,
где (с1 и (с2 – коэффициенты условий работы, (с1 = 1,4 и (с2 = 1,34, согласно табл. 3 [1] или прил. 4, табл. 4.1 настоящего учебного пособия;
k – коэффициент, k = 1,0, т.к. прочностные характеристики грунта (ИГЭ-4), залегающего под подошвой условного фундамента (( и cII), определены непосредственными испытаниями;
М(, Мq, Мс – коэффициенты, зависящие от угла внутреннего трения ( (п.7, табл. №14) несущего слоя грунта, принимаются согласно табл. 4 [1] или прил. 5 настоящего учебного пособия, для ( = 20( М( = 0,51, Мq = 3,05, Мс = 5,66;
bу.ф. – ширина условного фундамента, bу.ф. = 2,3 м; kz – коэффициент, kz = 1,0, т.к. ширина условного фундамента bу.ф. = 1,5 < 10 м;
db – глубина подвала – расстояние от уровня планировки до пола подвала, db = 0;
сII – расчётное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой условного фундамента, сII = 22 кПа;
– осредненное расчетное значение удельного веса грунта, залегающего выше подошвы условного фундамента (при наличии грунтовых подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), определяется по формуле:
25,3кН/м3
(II – то же, ниже подошвы условного фундамента, определяется по формуле
14,2 кН/м3.
Тогда, = 2476,2 кПа.
Проверяем условие, по которому среднее давление под подошвой условного фундамента не должно превышать расчетного сопротивления несущего слоя грунта Rу.ф под подошвой условного фундамента, т.е. должно выполняться условие Pу.ф. + ( Rу.ф.
242,63 + = 287,88 кПа < 2476,2 кПа.
Условие выполняется, следовательно, фундамент запроектирован верно.

4.5. Вычисление вероятной осадки свайного фундамента

Вычисление вероятной осадки свайного фундамента производится методом послойного суммирования в следующей последовательности.
Вычисляем ординаты эпюр вертикальных напряжений от действия собственного веса грунта (природное давление) (zg и вспомогательной 0,2(zg.
Точка О – на поверхности земли (рис. 4.3)
(zg = 0; 0,2(zg = 0;
точка 1 – на уровне подошвы фундамента
(zg0 = (2(h2/1 = 19,7(1,95 = 38,42 кПа; 0,2(zg0 = 7,68 кПа;
точка 2 – на границе 2-го и 3-го слоев
(zg1 = (zg0 + (2(h2/2 = 38,42 + 19,7(1,75 = 72,9 кПа; 0,2(zg1 = 14,58 кПа;
точка 3 – на границе 3-го и 4-го слоев
(zg2 = (zg1 + (3(h3 = 72,9 + 19,5(3,5 = 141,15 кПа; 0,2(zg2 = 28,23 кПа;
точка 4 – на границе 4-го и 5-го слоев (на уровне подземных вод)
(zg3= (zg2 +(3(h3 = 141,15 + 19,8(4,2 = 224,31 кПа;
0,2(zg3 = 44,86 кПа.
Ниже 4-го слоя песка залегает глина, являющаяся водоупорным слоем, поэтому к вертикальному напряжению на кровлю глины добавляется гидростатическое давление столба воды, находящегося над глиной,
(w = (w(h4 = 10,0(8,2 = 82,0 кПа;
полное вертикальное напряжение, действующее на кровлю глины,
(zg5 = (zg4 + (w = 224,31 + 82= 306,31 кПа; 0,2(zg5 = 61,26 кПа;
точка 6 и – вертикальное напряжение по подошве 5-го слоя
(zg6 = (zg5 + (5(h5 = 306,31 + 20,0(8,2 = 470,31 кПа; 0,2(zg5 = 94,06 кПа.
По полученным значениям ординат на геологическом разрезе в масштабе строим эпюру природного давления (zg,i (слева от оси ОZ) и вспомогательную эпюру 0,2(zg,i (справа от оси OZ) (рис. 4.3).
Определяем дополнительное вертикальное давление на основание от здания по подошве условного фундамента:
р0 = р – (zq0 = 242,63 – 130,2 = 112,43 кПа,
здесь р – среднее давление под подошвой фундамента, р = 242,63 кПа.
Разбиваем толщу грунта под подошвой условного фундамента на элементарные подслои толщиной (i = (0,2 ( 0,4)(bу.ф., где bу.ф. – ширина подошвы условного фундамента. Принимаем (i = 0,2bу.ф. = 0,2(2,1 = 0,42 м.
Определяем дополнительные вертикальные нормальные напряжения (zpi на глубине zi от подошвы фундамента:
(zpi = (i(p0,
где (i – коэффициент рассеивания напряжений для соответствующего слоя грунта, зависит от формы подошвы условного фундамента и соотношений ( = 2zi /bу.ф. и ( = lу.ф. /bу.ф., где zi – глубина i-го элементарного слоя от подошвы фундамента, (n – количество элементарных слоев), определяется по прил. 2, табл. 1 [1] или прил. 5 настоящего учебного пособия. Принимаем ( = 0,84zi и ( = 1,0.
По полученным данным строим эпюру дополнительных вертикальных напряжений (zp от подошвы условного фундамента (справа от оси ОZ) (рис. 5.3).
Определяется высота сжимаемой толщи основания Hс, нижняя граница которой ВС принимается на глубине z = Hс, где выполняется условие равенства (zp = 0,2(zg (рис. 5.3).
Определяем величину общей осадки по формуле:
,
где ( – безразмерный коэффициент, ( = 0,8; – среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения от подошвы условного фундамента в i-ом слое грунта, равное полусумме напряжений на верхней zi–1 и нижней zi границах слоя по вертикали, проходящей через центр фундамента; (i – толщина i-ого слоя грунта; Ei – модуль деформации i-ого слоя грунта; n – количество слоев, на которое разбита сжимаемая толща основания.
Для удобства расчета вероятной осадки, все вычисления ведём в табличной форме (табл. 5.1).








Таблица 4.1
Расчет вероятной осадки свайного фундамента СФ-1 в сечении I-I

№ИГЭ Наименование грунта и его состояние Мощность слоя,
hi, м (i,м zi,
м (i (i (zp,i,
кПа ,
кПа Ei,
кПа ИГЭ-4 Суглинок текучепластичный, просадочный 4,2 0 0 0 1 112,43 12000 110,18 0,42 0,42 0,4 0,960 107,93 101,19 0,42 0,84 0,7 0,840 94,44 84,04 0,42 1,26 1,1 0,655 73,64 66,5 0,42 1,68 1,4 0,528 59,36 51,77 0,42 2,10 1,8 0,393 44,18 39,86 0,42 2,52 2,1 0,316 35,53 34,47 0,42 2,94 2,2 0,297 33,4

0,00354 м = 0,35 см;
11. Сравниваем полученное расчетное значение общей осадки Sобщ со значением предельных деформаций основания Su, принимаемой в зависимости от конструктивной системы здания или сооружения по прил. 4 [1] или прил. 7 настоящих методических указаний.
Sобщ = 0,35 см < Su = 8 см, условие выполняется.


Рис. 4.3. К расчету осадки свайного фундамента СФ-1 в сечении I-I (А-7): DL – отметка планировки; NL – отметка природного рельефа; FLр – отметка подошвы ростверка; FLу.ф. – отметка подошвы условного фундамента; WL – уровень подземных вод; BC – нижняя граница сжимаемой толщи; Hc – толщина сжимаемой толщи; d1 – глубина заложения фундамента от уровня планировки; bf – ширина фундамента; эп.(zg и эп.0,2(zg – соответственно, основная и вспомогательная эпюры вертикальных напряжений от собственного веса грунта; эп.(zp – эпюра дополнительного вертикального напряжения от подошвы фундамента






Список использованной литературы

СНиП 2.02.01-83 Основания зданий и сооружений. Нормы проектирования. – М.: 1985. – 41 с.
СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты. Нормы проектирования. – М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1985. – 42 с.
СНиП 2.01.01-82. Строительная климатология и геофизика. – М.: Стройиздат, 1983. – 136 с.
СНиП 2.01.07-85 Нагрузки и воздействия./Госстрой СССР. – М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1988. – 362 с.
СНиП 2.03.01-84 Бетонные и железобетонные конструкции/Госстрой СССР. – М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1985. – 79 с.
Основания, фундаменты и подземные сооружения. Справочник проектировщика. – М.: Стройиздат, 1985. – 480 с.
Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП 2.02.04-83)/НИИОСП им. Герсеванова: – М.: Стройиздат, 1986. – 415с.
Пособие по проектированию фундаментов на естественном основании под колонны промышленных зданий (к СНиП 2.03.01-84). – М., 1985.
Берлинов М.В. Основания и фундаменты: Учеб. для строит. специальностей вузов. -3-е изд., стер: – М.: Высш. шк., 1999: – 319с.
Веселов В.А. Проектирование оснований и фундаментов (основы теории и примеры расчета): Учеб. пособ. для вузов. – 3-е изд., пераб. и доп.– М.: Стройиздат, 1990. – 304 с.; ил.
Лапшин Ф.К. Основания и фундаменты в дипломном проектировании. Саратов: Изд-во Саратовского университета, 1986. – 224 с.: ил.
Далматов Б.И. Механика грунтов, основания и фундаменты (включая специальный курс инженерной геологии). – 2-е изд. перераб. и доп.– Л.: Стройиздат, 1988. – 415 с.; ил.
Проектирование фундаментов зданий и подземных сооружений: Учеб. пособие/Под ред. Б.И.Далматова. – М.: Изд-во АСВ; СПб.: СПбГАСУ, 1999. – 340 с.; ил.
Байков В.А., Сигалов Э.Е. Железобетонные конструкции: Общий курс: Учеб. для вузов. – 5-е изд., перераб. и доп.– М.: Стройиздат, 1991. – 767с.; ил.
Авазов Р.Р. Основания и фундаменты: Методические указания к курсовому проекту. – Казань, КИСИ, 1989.

Примечания: ( Здесь природная влажность грунта W в долях единиц.
** Вывод пишется после анализа каждого ИГЭ. В нем отражаются полученные классификационные характеристики грунта.
Примечания: ( Здесь природная влажность грунта W в долях единиц.
** Вывод пишется после анализа каждого ИГЭ. В нем отражаются полученные классификационные характеристики грунта.
Примечание: ( Индекс I означает, что расчет ведётся по первой группе предельных состояний.
( Для колонн сплошного прямоугольного сечения из условия жесткой заделки колонны в фундамент, глубина заделки hз принимается равной 1(1,5 наибольшего размера поперечного сечения колонны hc(bc). Из условия достаточной анкеровки продольной арматуры колонны в стакан фундамента, высота заделки hз принимается равной 25(30ds – для колонн из бетона кл. В15 и hз = 20(25ds – для колонн из бетона кл. В20 и выше, где ds – диаметр продольной рабочей арматуры колонны. Для двухветвевых колонн hз ( 0,5(0,33hc, где hc – расстояние между наружными гранями ветвей колонны, м; а толщина стенок стакана должна быть не менее 0,2hc.
(( Класс бетона и диаметр продольной рабочей арматуры колонны принимается студентом самостоятельно ((s,min = 16 мм) или по согласованию с руководителем проекта.

Примечание: ( Если при определении размеров bf и lf получается, что, например, bf = 1,84 м, то при округлении кратно 0,3 м в большую сторону следовало бы принять bf = 2,1 м. Но это может привести к неоправданному перерасходу материала, поэтому рекомендуется принимать bf = 1,8 м.












39





Рис. 4.1 Схема для определения глубины заложения фундамента по конструктивным требованиям