Грунты и фундаменты / ОиФ_КП_Пояснительная записка

6. Определение ширины подошвы фундаментов мелкого заложения

Определение размеров подошвы фундаментов производим методом последовательных приближений.

Поскольку грунтовые условия в верхних напластованиях геологического разреза являются неудовлетворительными для проектирования фундаментов мелкого заложения, необходимо заменить грунты, залегающие на уровне подошвы фундамента (супеси текучие), песчаной подушкой из песка средней крупности средней плотности со следующими характеристиками: γ=20 кН/м3, S 26,8 кН/м3, е=0,6, R0=350 кПа, φ=30o, с=0 кПа, E=20000 кПа.

6.1. Расчёт ленточного фундамента наружной стены здания по оси А

Расчетная нагрузка, действующая на стену NII=377,4 кН/м. Длина здания L 95,2м, высотаH 30,0м. Отметка пола подвала – 2.2м. Глубина заложения подошвы фундамента d=2,1 м. Отметка пола 1-го этажа на 0,6 м выше планировочной отметки.

Определяем ориентировочную ширину подошвы ленточного фундамента:

	b	NII		377,4	1,23	м,
		R0 d ср
				350 20*2,1
где NII	377,4кН / м- расчетная нагрузка от массы сооружения на 1
пог.м.	20кН / м3 осредненный			удельный вес		стеновых блоков
ср

фундамента и грунта.

d=2,1 м - глубина заложения фундамента.

Полученная ширина подошвы ленточного фундамента b=1,23 м является предварительной, т.к. ширина определена исходя из табличного значения расчетного сопротивления основания. По этому размеру, приняв типовую фундаментную подушку ФЛ 14.24 (b=1,4 м, h=0,3 м, l=2,4 м), находим уточненное значение расчетного сопротивления грунта основания по формуле 7 СНиП 2.02.01-83*:

R		C1	C2	M	kZ b II Mqd1 II'	(Mq 1)db II'	Mc cII ,
			k
где С	1,4		и С	1,27 - коэффициенты условий работы грунтового
1				2

основания и здания во взаимодействии с основанием, определяемые по таблице 3 СНиП 2.02.01-83* ( с2 - по интерполяции).

10

k=1,1 – коэффициент надежности принятый равным 1,1 т.к. прочностные характеристики грунта ,с , заданные в проекте, определены по таблицам СНиП.

M 1,15, Mq 5,59, Mc 7,95.- коэффициенты, принимаемые по таблице 4 СНиП 2.02.01-83* в зависимости от расчетного значения угла внутреннего трения 300 грунта, находящегося непосредственно под подошвой фундамента.

кZ 1 - коэффициент, при b 10.
b=1,4 м – ширина подошвы фундамента.
II 20кН / м3	- расчетное	значение	удельного	веса грунта,
залегающего непосредственно под подошвой фундамента;
II ' 17кН / м3 -	осредненное	расчетное	значение	удельного веса

грунтов, залегающих выше отметки заложения подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), кН/м3.

где h1 1,1м, h2 1,0м - мощности выше лежащих слоев.

II'

II1 h1

II2 h2

16,0 1,6 20,0 0,5

17,0.

h1 h2

1,6 0,5

d

h

h

cf

0,3 0,2

22,0

0,55 - приведенная глубина

17,0

1

S

cf

II

'

заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала.

где hS 0,3м - толщина слоя грунта от отметки подошвы фундамента до отметки низа пола подвала.

hcf 0,2м - толщина конструкций пола подвала.

сf	22кН / м3 - расчетное значение удельного веса материала
конструкций пола подвала.
db	1,6м - глубина подвала - расстояние от уровня планировки до

пола подвала.

cII =0 – удельное сцепление грунта основания.

R 1,4 1,27 1,15 1 1,4 20 5,59 0,55 17 (5,59 1)1,6 17 7,95 0 1,1

=338,3 кПа.

Проверяем фактическое среднее давление под подошвой фундамента:

p=(NII+Q+GГР )/b

11

Определяем фактические нагрузки, действующие по подошве фундамента на 1 м, с учетом выбранных размеров фундамента и стеновых блоков.

Собственный вес 1 м фундамента из подушек ФЛ 14.24 и 3 стеновых бетонных блоков ФБС-6 (толщиной 0,6 м, высотой 0,6 м) и 4 ряда кирпичной кладки (толщина 0,64 м, высота 300 мм):

Q=[(1,4х0,3х24)+(0,6х0,6х22)х3+(0,64х0,3х18)]x1=37,3 кН/м

Вес грунта на обрезе фундамента с наружной стороны

GГР=0,4х1,8х17,9х1,0=12,9 кН/м3

Среднее давление под подошвой фундамента на участке длиной в 1 пог. м:

p NII Q Gгр 377,4 37,3 12,9 305,4 кПа. b 1,4

p 305,4кПа R 338,3кПа

Согласно СНиП 2.02.01-83* п.2.41 среднее давление на основание под подошвой фундамента p не должно превышать расчетного сопротивления основания R.

Определим разницу между R и р:

338,3 305,4 100% 9,7%<10% 338,3

Следовательно, ширина подошвы ленточного фундамента запроектирована достаточно экономично.

Окончательно принимаем ленточный фундамент шириной 1,4 м.

Рис.6.1. Разрез фундамента под наружную стену.

12

6.2. Расчёт столбчатого фундамента под внутреннюю колону здания по оси Б

Запроектируем фундамент под внутреннюю колонну 9-и этажного здания с подвалом. Расчетная нагрузка, действующая на колонну NII=1097,2 кН. Глубина заложения подошвы фундамента d=2,7 м.

Материал основания (песчаная подушка): песок средней крупности, средней плотности: γ=20 кН/м3, S 26,8 кН/м3, е=0,6, R0=350 кПа, φ=30o,

с=0 кПа, E=20000 кПа.

Столбчатый фундамент под внутреннюю колону примем квадратной формы в плане.

Определяем ориентировочную ширину подошвы столбчатого фундамента:

b	NII		1097,2	1,92	м.
	R0 d ср
			350 2,7 20

По сортаменту принимаем отдельно стоящий столбчатый фундамент 2Ф21.9. Вес фундамента 2Ф21.9 равен Q=53 кН. Ширина подошвы фундамента b=2,1 м.

Определяем расчетное сопротивление грунта основания при b=2,1 м

R		C1 C2	M		kZ b II Mqd1 II'	(Mq 1)db II' Mc cII
		k
где С	1,4 и С			1,27 - коэффициенты условий работы грунтового
1				2

основания и здания во взаимодействии с основанием, определяемые по таблице 3 СНиП 2.02.01-83.

k=1,1 – коэффициент надежности принятый равным 1,1 т.к. прочностные характеристики грунта ,с , заданные в проекте, определены по таблицам СНиП.

M 1,15, Mq 5,59, Mc 7,95.- коэффициенты, принимаемые по таблице 4 СНиП 2.02.01-83* в зависимости от расчетного значения угла внутреннего трения 300 грунта, находящегося непосредственно под подошвой фундамента.

кZ 1 - коэффициент, при b 10.
b=2,1 м – ширина подошвы фундамента.
II 20кН / м3 -	расчетное	значение	удельного	веса грунта,
залегающего непосредственно под подошвой фундамента;
II ' 17,0кН / м3 -	осредненное	расчетное	значение	удельного веса

грунтов, залегающих выше отметки заложения подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), кН/м3.

где h1 1,6м, h2 0,5м - мощности выше лежащих слоев.

13

II'

II1 h1

II2 h2

16,0 1,6 20,0 0,5

17,0.

h1 h2

1,6 0,5

d

h

h

cf

0,9 0,2

22,0

1,15 - приведенная глубина

II

1

S

cf

'

17,0

заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала.

где hS 0,9м - толщина слоя грунта от отметки подошвы фундамента до отметки низа пола подвала.

hcf	0,2м - толщина конструкций пола подвала.
сf	22кН / м3 - расчетное значение удельного веса материала

конструкций пола подвала.

db 1,6м - глубина подвала - расстояние от уровня планировки до пола подвала.

cII =0 – удельное сцепление грунта основания.

R 1,4 1,27 1,15 1 2,1 20 5,59 1,15 17,0 (5,59 1)1,6 17,0 7,95 0 1,1

=456,5 кПа.

Т.к. полученное расчетное сопротивление основания существенно отличается от R0, то необходимо уточнить ранее принятую ширину фундамента уже при R=456,5 кПа.

Проверяем фактическое среднее давление под подошвой фундамента:

p=(NII+Q)/A

Определяем фактические нагрузки, действующие по подошве фундамента, с учетом выбранных размеров фундамента.

Собственный вес фундамента 2Ф21.9:

Q=53 кН.

Среднее давление под подошвой фундамента:

p NII Q 1097,2 53 260,8 кПа.

А2,1 2,1

p 260,8кПа R 476,6кПа - условие выполнено. Определим разницу между R и р:

456,5 260,8 100% 43%>20% 456,5

Следовательно, площадь подошвы столбчатого фундамента запроектирована не экономично, необходимо её уменьшить. По сортаменту принимаем меньший по площади подошвы отдельно стоящий столбчатый фундамент 2Ф18.9, вес фундамента Q=40 кН. Ширина подошвы фундамента b=1,8 м.

14

Определяем расчетное сопротивление грунта основания при b=2,1 м

R 1,4 1,27 1,15 1 1,8 20 5,59 1,15 17 (5,59 1)1,6 17 7,95 0 1,1

=445,4 кПа.

Среднее давление под подошвой фундамента:

p NII Q 1097,2 40 351,0 кПа.

А1,8 1,8

p 351,0кПа R 445,4кПа

Определим разницу между R и р:

445,4 351,0 100% 21%. 445,4

При меньшей площади фундамента (по сортаменту 1,5х1,5 м) среднее давление будет превышать расчетное сопротивление.

Окончательно принимаем отдельный фундамент 2Ф18.9.

Рис.6.2. Разрез фундамента под колонну.

15

	6.3. Проектирование песчаной подушки
Для расчета песчаной подушки необходимо определить ее размеры.
Задаемся толщиной песчаной подушки z=1,6 м. В качестве материала
песчаной подушкой принимаем песок средней крупности средней
плотности со следующими характеристиками: γ = 20кН/м3, R0=350 кПа,
φ=300, c=0 кПа. Подушка проектируется «висячей». Принимаем угол
откоса песчаной подушки α = 550.
Ширину песчаной подушки понизу определяем по формуле:
	b b 2	z , где
	z	tg
b – ширина ленточного фундамента; b = 1,4 м;
z – толщина песчаной подушки= 1,6 м;
α – угол откоса песчаной подушки; α = 550;
b 1,4 2	1,6 3,64м.
z	tg55
	Рис. 6.3. К расчёту песчаной подушки.

Полная фактическая нагрузка по подошве фундамента составляет

р=305,4 кПа.

Природное давление грунта на глубине заложения фундамента определяется по формуле:

zg,0 II' d 17 2,1 35,7 кПа, где

γII’ – удельный вес грунта выше подошвы фундамента d – глубина заложения фундамента.

16

Дополнительное давление под подошвой фундамента определяется по формуле:

zp,0 p0 p zg,0 305,4 35,7 269,7

Природное давление грунта на кровле подстилающего слоя (на 1,6 м ниже подошвы фундамента) определяется по формуле:

zg cp(d z)

cp 1 h1 2 h2 пп h3 sb h4 16 1,6 20 0,5 20 1,4 10 0,2 17,7

d z

2,1 1,6

кН/м3

zg 17,7(2,1 1,6) 65,5кПа.

По табл.1 приложения 2 СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений» определяем значение коэффициента затухания α. Коэффициент затухания определяется в зависимости от отношения длины к ширине фундамента (для ленточного фундамента η > 10) и от коэффициента ζ (зависящего от конструктивного решения песчаной подушки). Коэффициент ζ определяется по формуле:

2z 2 1,6 2,29 b 1,4

При η > 10 и = 2,29 коэффициент затухания α определяется методом интерполяции:

ζ		α
		η>10
2	0,550
2,29		0,497
2,4	0,477

α=0,497

Дополнительное давление на кровле подстилающего слоя (на уровне подошвы песчаного песчаной подушки) определяется по формуле:

zp zp,0 269,7 0,497 134,0 кПа.

Полное давление на кровле подстилающего слоя (от природного и дополнительного давления) определяется по формуле:

z zg zp 65,5 134,0 199,5 кПа.

Вычисляем расчетное сопротивление Rz супеси текучей для условного фундамента шириной bz, равной ширине песчаной подушки, и глубиной заложения d+z=2,1+1,6=3,7 м по формуле.

Rz		C1 C2	M		kZ bz II Mqd1 II'	(Mq 1)db II'	Mc cII
		k

17

где С	1,1и С	1,0 - коэффициенты условий работы грунтового
1		2

основания и здания во взаимодействии с основанием, определяемые по таблице 3 СНиП 2.02.01-83.

k=1 – коэффициент надежности принятый равным 1 т.к. прочностные характеристики грунта ,с , заданные в проекте, определены по результатам лабораторных испытаний.

M 0,36, Mq 2,43, Mc 4,99.- коэффициенты, принимаемые по таблице 4 СНиП 2.02.01-83* в зависимости от расчетного значения угла внутреннего трения (суглинка текучего) 160 .

кZ 1 - коэффициент, при b 10.

bz=3,5 м – ширина подошвы условного фундамента.

II =10 кН/м3 - расчетное значение удельного веса грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, т.к. грунт залегает ниже УГВ, то удельный вес определяем с учетом взвешивающего действия воды по формуле:

sbII		s w		26,8 10	10	кН/м3; где w - удельный вес воды;
		1 e
				1 0,68

II ' 17,7кН / м3 - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше отметки заложения подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), кН/м3.

d	h	h		cf	(0,3 1,6) 0,2	22,0		2,15 - приведенная глубина
				II'
1	S	cf				17,7

заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала.

где hS 0,3 1,6м - толщина слоя грунта от отметки подошвы песчаной подушки до отметки низа пола подвала.

hcf	0,2м - толщина конструкций пола подвала.
сf	22кН / м3 - расчетное значение удельного веса материала
конструкций пола подвала.
db	1,6м - глубина подвала - расстояние от уровня планировки до

пола подвала.

cII =8 – удельное сцепление грунта основания.

R 1,1 1,0 0,36 1 3,64 10 2,43 2,15 17,7 (2,43 1)1,6 17,7 4,99 8 1,0

=204,6 кПа.

Т.к. σz<R (199,5 кПа < 204,6 кПа), то запроектированные размеры фундамента и принятая толщина песчаной подушки удовлетворяют требованиям СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений».

18

7. Расчёт свайного фундамента под наружную стену по оси А

Район строительства г. Челябинск. По обрезу фундамента действует расчетная вертикальная нагрузка, полученная для расчета по II предельному состоянию NII=518,9 кН/м. Планировочная отметка DL равна

113,10 м.

Уровень грунтовых вод WL=109,60 м, т.е. находится на глубине 3,5 м. от планировочной отметки DL.

Здание имеет подвал, глубиной 2,2 м, площадка предполагаемого строительства с поверхности сложена слабыми грунтами (растительный слой, супесь текучая, песок пылеватый средней плотности насыщенный водой). В активной зоне сжатия до глубины 5,1 м принимает участие супесь текучая, которая является сильносжимаемым грунтом. Свайный фундамент будет иметь явное преимущество перед фундаментом мелкого заложения. Поэтому свайный фундамент проектируем как основной вариант.

Глубина заложения ростверка:

dр 2,3м.

Исходя из инженерно-геологических условий участка строительства, для устройства свайных фундаментов принимаем железобетонную сваю сечением 0,3х0,3м, стандартной длины l = 7 м, С-70-30 (ГОСТ 19804.1-79); длина острия сваи 0,25 м. Свая работает на центральное сжатие, следовательно, заделку сваи в ростверк принимаем равной 0,1 м. Нижний конец сваи забивается в суглинок полутвердый на глубину 1,4 м. Толщину ростверка принимаем равной 0,5м.

По способу работы в грунте принимаем висячие сваи, работающие за счёт трения по боковой поверхности и сопротивления под нижним концом.

Несущая способность висячей забивной сваи определяется по формуле:

F				n			f
			cR	R A u		cf		i	h
d		c							i
				i 1

где γс – коэффициент условий работы свай в грунте, принимаемый

γс=1,0;

γсR – коэффициент условий работы грунта под нижним концом сваи, учитывающий влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления грунта; принимается по табл.3 СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты»; при погружении сплошных с закрытым нижним концом свай молотами γсR=1,0;

R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, определяемое по табл.1 СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты» в зависимости от вида грунта под нижним концом сваи и глубины погружения нижнего конца сваи;

19