книги / Механика грунтов, основания и фундаменты.-1
.pdfмерзание грунтов. В неотапливаемых зданиях глубина заложения фундаментов для пучинистых грунтов принимается не менее расчет ной глубины промерзания.
Т аб л и ц а 10.1. Глубина эаложеавя фундамента i в зависимости от расчетной глубины промерил*
|
Глубина заложена! фундамента при глуби |
|
Грунта под подошвой фундамента |
не поверхности подземных вод м |
|
|
d^^df+2 |
dw>df+2 |
Скальные крупнообломочные с песчаным заполнителем, пески гравелистые, крупные
исредней крупности Пески мелкие и пылеватые
Супеси с показателем текучести Ii< 0 То же, при 7 j> 0
Суглинки, глины, а также крупнообломоч ные грунты с глинистым заполнителем при показателе текучести грунта или заполнителя 7 ^ 0 ,2 5
То же, при 7/,<0,25
Не зависит от d/ |
Не зависит от df |
Не менее d/ |
То же |
То же |
» |
»Не менее <//
»»
»Не менее 0,5<//
Расчетная глубина сезонного промерзания грунта
df =kKdfiH |
(10.1) |
где кн— коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения, принимаемый для наружных фундаментов отаплива емых сооружений по табл. 10.2, а для наружных и внутренних фундаментов неотапливаемых сооружений — равным 1,1, кроме районов с отрицательной среднегодовой температурой, для кото рых,расчетная глубина промерзания грунта определяется по тепло техническим расчетам; — нормативная глубина сезонного про мерзания грунта, м.
Т абли ца 10.1 Значения коэффициента кк
Коэффициент ккпри расчетной среднеме сячной температуре воздуха в помещении, Особенности сооружения примыкающем х наружным фундаментам,
'С
|
. 0 |
5 |
10 |
15 |
20 н более- |
Без подвала с полами, устраиваемыми: |
0,9 |
0,8 |
0,7 |
0,6 |
0,5 |
по грунту |
|||||
на лагах по грунту |
1,0 |
0,9 |
0,8 |
0,7 |
0,6 |
по утепленному цокольному перекрытию |
1,0 |
1,0 |
0.9 |
0,8 |
0,7 |
С подвалом или техническим подпольем |
0,8 |
0,7 |
0,6 |
0,5 |
0,4 |
Нормативная глубина сезонного промерзания грунта устанав ливается по данным многолетних наблюдений (не менее 10 лет) за
281
фактическим промерзанием грунтов в районе предполагаемого строительства под открытой, лишенной снега поверхностью. За dfi, принимают среднюю из ежегодных максимальных глубин сезон* ного промерзания. При отсутствии данных многолетних наблюде ний нормативную глубину сезонного промерзания грунтов опреде ляют на основе теплотехнических расчетов или в соответствии
срекомендациями СНиП 2.02.01 — 83*.
Конструктивные особенности сооруж ения. Основными конструктивными особенностями возводимого сооружения, влия ющими на глубину заложения его фундамента, являются: наличие и размеры подвальных помещений, приямков или фундаментов под оборудование; глубина заложения фундаментов примыкающих со оружений; наличие и глубина прокладки подземных коммуникаций
иконструкций самого фундамента.
Взданиях с подвалом и полуподвалом, а также около приямков
или каналов, примыкающих к фундаментам, глубина заложения фундамента принимается на 0,2...0,5 м ниже отметки пола в этих помещениях, что предусматривает запас на высоту фундаментного блока или конструкции приямка (рис. 10.11, а).
Фундаменты сооружения или его отсека стремятся закладывать на одном уровне. При необходимости заложения смежных отсеков на разных отметках требуется выполнение следующего условия. Разность отметок заложения расположенных рядом отдельных фун даментов (или отдельного и ленточного) при расстоянии в свету а между наиболее близкими точками не должна превышать вели чину AЛ (рис. 10.11, а):
АЛ ^ a (tg (pj+cjjp), |
(10.2) |
где <р/— расчетное значение угла внутреннего трения грунта, град; Cj — расчетная удельная сила сцепления грунта, кПа; р — среднее давление под подошвой расположенного выше фундамента, кПа.
При выполнении условия (10.2) исключается ослабление основа ния соседнего фундамента и опирание нового фундамента на насып ной грунт ранее засыпанного котлована. Это же условие распрост раняется и на случай определения допустимой разности отметок заложения фундаментов сооружения и рядом расположенных кана лов, тоннелей и пр.
Фундаменты проектируемого сооружения, непосредственно при мыкающие к фундаментам существующего, рекомендуется закла дывать на одном уровне. При переходе на большую глубину зало жения должно выполняться условие (10.2). Если же оно не выполня ется, необходимо проведение специальных мероприятий, которые рассматриваются в § 18.3.
При наличии коммуникаций (трубы водопровода, канализации и т. д.) подошва фундамента должна быть заложена ниже их ввода.
282
При этом условии трубы не |
|
||||||||
подвержены дополнительно |
|
||||||||
му давлению от фундамен |
|
||||||||
та, а фундаменты не опира |
|
||||||||
ются |
на |
насыпной |
грунт |
|
|||||
траншей, вырытых для про |
|
||||||||
кладки |
труб. |
Кроме |
того, |
|
|||||
в случае аварии уменьшает |
|
||||||||
ся зона замачивания грунта, |
|
||||||||
а при необходимости заме |
|
||||||||
ны труб не будут нарушены |
|
||||||||
грунты основания. |
|
|
|
||||||
Переход от одной отмет |
|
||||||||
ки |
заложения |
ленточного |
|
||||||
фундамента к другой осуще |
|
||||||||
ствляется ступенями. Высо |
|
||||||||
та уступа в случае сборного |
|
||||||||
фундамента принимается рав |
|
||||||||
ной высоте стенового блока |
|
||||||||
(рис. 10.11, б). При устрой |
|
||||||||
стве монолитного ленточно |
Рве. 10.11. Выбор глубины заложения фун |
||||||||
го фундамента соотношение |
дамента в зависимости от конструктивных |
||||||||
между |
высотой |
и |
длиной |
особенностей сооружения: |
|||||
а —здание с подвалом в разных уровнях н при |
|||||||||
уступа |
в |
связных |
грунтах |
||||||
ямком; б — изменение глубины заложения лен |
|||||||||
принимается |
равным |
1 :2, |
точного фундамента; 1 —фувдамшгные плиты; |
||||||
а в несвязных — 1:3 при вы |
2 — приямок; 3 — трубопровод; 4 — стена |
||||||||
здания; 5'— подвал; 6 — ввод трубопровода; |
|||||||||
соте |
уступа, |
не |
превыша |
7 —стеновые блохи |
|||||
ющей 0,5...0,6 м.
Наряду с выполнением рассмотренных требований в ряде случа ев при выборе глубины заложения фундаментов учитывается также возможность дальнейшей реконструкции проектируемого сооруже ния (устройство новых коммуникаций, подвальных помещений, фу ндаментов под оборудование и пр.).
Определение формы и размеров подошвы фундаментов. Форма подошвы фундамента во многом определяется конфигурацией в плане возводимой надземной конструкции. Она может быть круг лой, кольцевой, многоугольной (под дымовые трубы, водонапор ные и силосные башни), квадратной, прямоугольной, ленточной (под колонны, столбы, стены), тавровой, крестообразной (под стены с пилястрами, отдельные опоры), а в стесненных условиях и более сложного очертания. В сборных фундаментах ее определяет и форма составных элементов и блоков.
При расчетах фундаментов мелкого заложения по второму пре дельному состоянию (по деформациям) площадь подошвы пред варительно может быть определена из условия
283
Pu^R» |
(Ю.З) |
где pn — среднее давление по подошве фундамента от основного сочетания расчетных нагрузок при расчете по деформациям; R — расчетное сопротивление грунта основания, определяемое по фор
муле (9.5).
Выполнение условия (10.3) осложняется тем, что обе части не равенства содержат искомые геометрические размеры фундамен та. В результате расчет приходится вести методом последователь ных приближений, хотя для некоторых расчетных случаев пред ложены различные приемы, графики и таблицы, упрощающие эти расчеты.
Ц ентрально нагруженный фундамент. Центрально нагру женным считают фундамент, у которого равнодействующая внеш них нагрузок проходит через центр площади его подошвы. Реактив ное давление грунта по подошве жесткого центрально нагружен ного фундамента принимается равномерно распределенным интен сивностью
Pn=(N0u+GfII+GglI)jA, |
(10.4) |
где Nan — расчетная вертикальная нагрузка на уровне обреза фун дамента; Gfn и GgII— расчетные значения веса фундамента и грунта на его уступах (рис. 10.12); А — площадь подошвы фундамента.
В предварительных расчетах вес грунта и фундамента в объеме параллелепипеда ABCD, в основании которого лежит неизвестная площадь подошвы А, определяется приближенно из выражения
Gfn+GgU=ymAd, |
(10.5) |
где ут— среднее значение удельного веса фундамента и грунта на
его уступах, принимаемое обычно равным 20 кН/м3; d — глубина заложения фундамента, м.
Приняв pn = R и учтя (10.5), из уравнения (10.4) получим фор мулу для определения необходимой площади подошвы фунда
мента |
|
A = N 0n i(R -ymd). |
(10.6) |
Рассчитав площадь подошвы фундамента, находят его ширину Ь. Ширину ленточного фундамента, для которого нагрузки определя ют на 1 м длины, находят как Ь=А/\. У фундаментов с прямоуголь ной подошвой задаются отношением сторон п=1/Ь, тогда ширина
подошвы Ь= у/А1п, для фундаментов с круглой подошвой
D=Xs/Ajn.
284
Поскольку значение |
R в |
|
|
формуле (10.6) также неизвест |
|
|
|
но, искомую величину А нахо |
W//////-, У777? |
ГЖ Я |
|
дят из совместного решения |
|
|
|
уравнений (9.5) и (10.4) анали |
% |
С£П |
|
тическим или графическим ме |
I' |
( I |
|
тодом. При решении графичес |
|||
ким методом формулу (10.4) за |
|||
писывают в виде зависимости |
|
,Рж |
|
Pu= f (Ь), которая в общем слу |
|
||
|
|
||
чае является гиперболой: |
|
|
----------- _——« |
Pu=NolI/A + ynd. |
(10.7) |
|
|
нагруженного фундамента |
|||
Формула (9.5) является уравнением прямой R=f2(b).
Если построить графики по этим формулам, то пересечение полученной кривой и прямой даст искомое значение Ь, соответст вующее расчетному давлению. Соответствующие расчеты и постро ения будут показаны ниже в примере 10.1.
После вычисления значения b принимают размеры фундамен та с учетом модульности и унификации конструкций и прове ряют давление по его подошве по формуле (10.4). Найденная ве личина рп должна не только удовлетворять условию (10.3), но и быть по возможности близка к значению расчетного сопротивле ния грунта R. Наиболее экономичное решение будет в случае их равенства.
Внецентренно нагруженный фундамент. Внецентренно на груженным считают фундамент, у которого равнодействующая внешних нагрузок не проходит через центр тяжести площади его подошвы. Такое нагружение фундамента является следствием пе редачи на него момента или горизонтальной составляющей нагруз ки, либо результатом одностороннего давления грунта на его боко вую поверхность, как, например, у фундамента под наружную стену заглубленного помещения.
При расчете давление по подошве внецентренно нагруженного фундамента принимают изменяющимся по линейному закону, а его краевые значения при действии момента сил относительно одной из главных осей определяют по формуле (5.7), как для случая внецентренного сжатия. Подстановкой значений A —lb, W=bHj6 и M=Nae формула (5.7) приводится к следующему более удобному для рас
чета виду: |
|
Ртах= (Nn/A) (1± 6е/Ь), |
(10.8) |
где Nn — суммарная вертикальная нагрузка на основание, включая вес фундамента и грунта на его уступах; А — площадь подошвы
285
фундамента; е — эксцентриситет равнодействующей относительно центра тяжести подошвы; Ъ— размер подошвы фундамента в плос кости действия момента.
Эпюра давления грунта, рассчитанная по формуле (10.8), может быть однозначной и двузначной, как это показано на рис. 10.13. Как правило, размеры подошвы фундамента стараются подобрать та ким образом, чтобы эпюра была однозначной, т. е. чтобы не было отрыва подошвы фундамента от основания. В противном случае в зазор между подошвой и грунтом может проникнуть вода, что нежелательно, поскольку это может привести к ухудшению свойств грунтов основания. Исключение допускается для фундаментов
встесненных условиях, когда отсутствует возможность развить их
внужном направлении, и для фундаментов, нагруженных знакопе
ременными моментами, когда нельзя подобрать размеры и форму подошвы, по которой действовали бы только сжимающие напряже-
“ поскольку при внецентренном нагружении относительно одной из центральных осей максимальное даление на основание действует только под краем фундамента, при подборе размеров подошвы фундамента его допускается принимать на 20% больше расчетного сопротивления грунта, т. е.
|
|
/>ш«<1,2Л. |
(10.9) |
|
|
Одновременно среднее давле |
|||
|
ние по подошве фундамента, опре |
|||
|
деляемое |
как Pn=NujA i должно |
||
|
удовлетворять условию (10.3). |
|||
|
В тех случаях, когда точка |
|||
|
приложения равнодействующей |
|||
|
внешних сил смещена относитель |
|||
|
нопи обеихUUWQAuwnосей ппьинерциипи upmviujпрямоу- |
|||
© |
® гольной |
подошвы |
фундамента, |
|
|
как это |
показано |
на рис. |
10.14, |
давление под ее угловыми точка ми находят по формуле
( 10. 10)
Поскольку в этом случае мак симальное давление действует только в одной точке подошвы фундамента, допускается, чтобы
286
его значение, найденное по формуле (10.10), удовлетво °> ряло условию
/£«<1,5Л. (10.11)
Одновременно проверяются и условия (10.3) и (10.9).
На практике задачу подбо ра размеров подошвы внецентренно нагруженного фундамен та решают следующим обра зом. Сначала принимают, что действующая нагрузка прило жена центрально, подбирают
соответствующие размеры подошвы из условия (10.3), а затем уточняют их расчетом на внецентренную нагрузку, соблюдая изло женные выше требования и. добиваясь удовлетворения условий (10.9) и (10.11). При этом иногда смещают подошву фундамента в сторону эксцентриситета так, чтобы точка приложения равнодей-
.ствующей всех сил совпадала с центром тяжести подошвы фун дамента (рис. 10.14, 6).
Проверка давления на подстилающий слой слабого грунта. При наличии в пределах сжимаемой толщи основания слабых грунтов или грунтов с расчетным сопротивлением меньшим, чем давление на несущий слой (рис. 10.15), необходимо проверить давление на них, чтобы уточнить возможность применения при расчете основа ния теории линейной деформируемости грунтов. Последнее требу ет, чтобы полное давление на кровлю подстилающего слоя не превышало его расчетного сопротивления, т. е.
(10.12)
где azp и — вертикальные напряжения в грунте на глубине z от подошвы фундамента (соответственно дополнительное от нагрузки на фундамент и от собственного веса грунта); Л* — расчетное со противление грунта на глубине кровли слабого слоя;
Величину Rz определяют по формуле (9.5) как для условного фундамента шириной Ьг и глубиной заложения dz. Коэффициенты условий работы yCi, yCi и надежности к, а также коэффициенты М7, M qи Ме находят применительно к слою слабого грунта.
Ширину условного фундамента Ъг назначают с учетом рассеива ния напряжений в пределах слоя толщиной z. Если принять, что давление azp действует по подошве условного фундамента АВ, то площадь его подошвы должна составлять
287
Az= N0„/ozp, (10.13)
где N0ii — вертикальная на грузка на уровне обреза фу ндамента.
Зная Az, найдем ширину условного прямоугольного фундамента по формуле
Рнс. 10.15. Расчетная схема к проверке давле ния на подстилающий слой слабого грунта
Ъг= у ] Т Л 1 ? -а , (10.14)
где а={1—Ь)!2 (/ и b — дли на и ширина подошвы про ектируемого фундамента). Для ленточных фундамен тов bz= A zjl.
Если условие (10.12) при этом не удовлетворяется, то необходимо принять боль шие размеры подошвы, при которых оно будет удовлет воряться.
■ Пример 10.1. Определить основные размеры центрально нагруженного лен точного сборного фундамента наружной стены девятнэтажного жилого дома. Здание имеет подвал, пол которого на 1,3 м ниже уровня поверхности грунта (рис. 10.16). Пол подвала бетонный с цементной стяжкой, общая толщина конструкции пола 0,1 м. Планировочная отметка совпадает с природным рельефом. Расчетная вертикаль ная нагрузка на 1 м фундамента составляет 7Von=370 кН.
Строительная площадка под проектируемое здание имеет следующее геологичес кое строение:
I — растительный слой мощностью 0,4 м (уп = 17 кН/м3);
II — песок средней крупности, средней плотности, мощность слоя 2,5 м (уп= = 19,1 кН/м3); у,=26,5 жН/ы3; н>-19%'; *=o,65; фп=30°; сц = 2 кПа; £ = 2 5 МПа);
III — песок пылеватый, средней плотности, влажный, мощность слоя 2,6 м (уд= = 18,4 кН/м3; у,=26,5 кН/м3; w=18%; е=0,7; <рп= 24°; сп = 4 кП а; £ = 14,5 МПа);
IV — супесь твердая, мощность слоя 4,8 м (уц = 21 кН/м3; у,=27,5 кН/м3; w= =20,1%; е=0,57; <рп=25°; сп= 14 кПа; £ = 2 2 МПа);
V — глина полутвердая, мощность слоя 1,8 м (уц=20 кН/м3; у*=27,7 кН/м3; *v= =20%; е=0,55; уп=20°; сц=65 кПа; £ =28,2 МПа).
Уровень подземных вод находится на глубине, 5,5 м.
Выбираем глубину заложения фундамента. По конструктивным условиям фун дамент должен быть заложен на 0,2...0,5 м ниже пола в подвале. При толщине пола 0,1 м и фундаментной подушки 0,3 м глубина заложения составит 1,3+0,1+0,3 = = 1,7 м (рис. 10.16). Других конструктивных требований к фундаменту не предъяв лено. -
По геологическим условиям фундамент также можно заложить на глубину 1,7 м. Рабочим слоем будет песок средней крупности, но с менее прочным подстилающим слоем (пылеватый песок средней плотности), что следует учесть при проектировании. Поскольку глубина промерзания для песков средней крупности не учитывается, глубину заложения фундамента оставляем равной 1,7 м.
288
■Ширину подошвы фундамента опре
деляем графически. Для грунтов, хара toJWO ктеризуемых углом внутреннего тре ния 9//=30о, по табл. 6.1 находим:
Му = 1,15; М9=5,59; Ме=7,95.
Коэффициенты условий работы yCl и Ус2принимаем по табл. 9.1: для песка средней крупности уСх= 1,4; yCj= 1,2.
Коэффициент' к принимаем рав ным единице, так как характеристики
. грунтов определены по данным их ис пытаний.
Осредненное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подо швы фундаментов, будет
у^=(0,4'1,7 + 1,3-19,1)/(0,4+1,3)=
= 18,6 кН/м3.
Приведенную глубину заложения фундамента от уровня пола подвала определя ем по формуле (9.6) при удельном весе материала пола подвала ytf=22 кН/м3:
di =0,3 + 0,1 -22/18,6 = 0,42 м.
Первый график R = f(b) по формуле (9.S) строим по двум точкам: при Ь= 0
1.4 1,2
R = — j— [5,59 • 0,42 • 18,6+(5,59-1) • 1,3 • 18,6+7,95 ■2]=286 кПа;
при Ь=2 м
1.4 1,2
R = — -— [1,15 2 • 19,1 +5,59 ■0,42 • 18,6+(5,59-1) ■1,3 ■18,6+7,95 2J=360 кПа.
Подставляя в формулу (10.7) несколько значений Ь и постоянное значение величины ym d = 2 Q - 1,7=34 кПа, находим соответствующие значения рц для второго графика:
для 4 = 1 м р//=370/1+34 =404 кПа;
»4=1,2 м рц= 370/1,2+34=342 кПа;
»6 = 1,4 м 9 /7= 370/1,4+ 34=298 кПа;
»4 = 1,6 м 9 /7= 370/1,6 + 34= 265 кПа;
»> 4 = 2 м 977= 370/2+34=219 кПа.
По полученным данным строим графики Л =/(4) ирп =/(4) (рис. 10.17). Точка пересечения двух графиков дает величину 4 » 1,25 м. Принимаем ширину фундамента 4 = 1,4 м, которая соответствует размеру фундаментной подушки из сборных железо бетонных плит ФЛ 14.24.
Расчетное давление для принятой ширины подошвы фундамента составит
д = 1,? - 1,.2п 15 • 1 4 ■19 1 +5,59 .0,52■ 18,6+(5,59-1) 1,3'18,6+7,95• 2]=338 кПа.
1
19-3624 |
289 |
|
Проверяем фактическое давление фун |
|
дамента на основание. |
|
Нагрузка о т 1 м фундамента и грунта |
|
на его уступах: |
|
от фундаментной подушки прн ее весе |
|
21,8 кН и длине 2,38 м |
|
21,8/2,38=9,22 кН/м; |
|
от блоков стены при веое одного бло |
|
ка марки ФБС 24 • 6 • 6 , равном 19,6 кН |
|
19,6 -2/2,38=16,5 кН/Mi |
|
от грунта (уд=18,6 кН/м3) с одной |
|
стороны уступа фундамента прн толщине |
|
стены подвала 0 ,6 м |
|
0,4 -1,41-18,6=10,4 кН/м. |
|
Полная нагрузка на фундамент 36,1 |
|
кН/м. |
определенна шнрнны подошвы фун- |
Фактическое давление фундамента на |
основание |
|
1ил* |
А/=(Э70+36,1)/1 *1,4=290 кПа<338 |
|
кПа. Условие (10.3) удовлетворяется. |
_____ е на дпйбый подстилающий слой (песок пылеватый), залета-
. йна глубине 2,9 м, т. е. на расстоянии 2 = 1 ,2 м ниже подошвы фундамента. По формуле (521) определяем природное давление грунта на глубине заложения
O i,. 0=17-0,4+19,1-1,3=32 кПа.
Природное давление на кровлю пылеватого песка
е * ,- 17 0,4+19,1 -2,5=55 кПа.
Дополнительное давление на основание под подошвой фундамента
РошРп-°хж. о“ 290-3 2 =258 кПа.
Дополнительное далеине на кровлю подстилающего слоя на глубине z = 1,2 м определяем по формуле (5.16).
Для 1н = 2 -12/1,4= 1,7 н п> 10 (ленточный фундамент) по табл. 5.2 находим в=0,619, отсюда
<г9 =0,619-258 = 160 кПа.
Полное давление на кровлю подстилающего слоя составит
ov +a4 = 160+55=215 кПа.
Ширину условного ленточного фундамента определим по формуле (10.13):
=370/(160 1)=2,3 м.
Расчетное сопротивление трунта подстилающего слоя находим по формуле (9.5). П о табл. 6.1 для ф0=24° находим: Afy=0,72; M q= 3,85; М е= 6,45. По табл. 9.1 для песка пылеватого влажного находим уе. =1,25; у. = 1,0. Принимаем коэффициен
ты £ = 1, А^=1.
Осреднеяное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше
/ я =(17 -0,4+19,1 • 2,5)/(0,4+2,5)=18,8 кН/м3.
290