5 Проектування фундаменту неглибокого закладення

5.1 Визначення глибини закладення підошви фундаменту

Глибина закладення фундаменту повинна визначатися з урахуванням:

• призначення і конструктивних параметрів і особливостей проектованої споруди;

• величини і характеру навантажень, які діють на основу;

• інженерно-геологічних умов майданчика будівництва (фізико-механічних властивостей ґрунтів, характеру нашарувань);

• гідрогеологічних умов майданчика і можливих їх змін у процесі будівництва й експлуатації споруд;

• глибини сезонного промерзання ґрунтів.

Фактична глибина закладення фундаменту залежить від усіх перерахованих факторів і при спорудженні фундаментів у відкритому котловані вона може коливатися в межах від 3 до 6 м , а в окремих випадках і більш.

В обраний несучий шар ґрунту фундамент повинний бути заглиблений не менш ніж на 0,5 м, через можливість похилого розташування шарів.

Остаточна глибина закладення фундаменту може бути скоректована після визначення площі підошви, виходячи з необхідності забезпечення жорстокості його конструкції.

5.2 Визначення геометричних параметрів фундаменту

Розміри підошви фундаменту визначаються виходячи з конструктивних міркувань і ґрунтових умов.

Конструктивні вимоги: мінімальні розміри фундаменту в плані повинні бути такими, щоб на ньому можна було розташувати фундамент; максимальні розміри фундаменту в плані повинні бути такими, щоб конструкція була жорсткою (лінія уступів чи нахил бічної грані фундаменту не повинні відхилятися від вертикалі на кут більш 30°).

Тоді мінімальні розміри підошви фундаменту будуть

;

, (5.1)

де ∆=0,150,3 м – конструктивне збільшення розмірів підошви фундаменту для компенсації можливих відхилень положення і розмірів фундаменту при розбивці осей і провадженні робіт (див. рис.1);

і – ширина і довжина надфундаментної частини опори.

Максимальні розміри підошви фундаменту визначаються по формулі

°;

°, (5.2)

де – висота фундаменту, прийнята= м.

Висота фундаменту - це відстань від верхнього обріза фундаменту до підошви. Верхній обріз фундаменту розташовується на 0,1- 0,25 м нижче поверхні ґрунту на суходолі, а на водотоці – на 0,5 м нижче поверхні води.

Розміри підошви фундаменту по ґрунту визначаються виходячи з

трьох умов:

де Р, Рі Р- відповідно середній, максимальний і мінімальний тиски під підошвою фундаменту, кПа;

- розрахункове вертикальне навантаження на основу з урахуванням гідростатичного тиску, якщо він є, кН;

- розрахунковий момент щодо осі, яка проходить через центр ваги підошви фундаменту, кН·м;

A=b·l – площа підошви, м;

W= - момент опору площі підошви фундаменту, м;

R – розрахунковий опір ґрунту під підошвою фундаменту, кПа;

- коефіцієнт умов роботи, прийнятий рівним 1,2;

- коефіцієнт надійності по призначенню спорудження, прийнятий рівним 1,4.

У загальному випадку розрахункове вертикальне навантаження на основу і момент будуть рівні

(5.6)

, (5.7)

де - розрахункові величини наведені в табл.1;

- відповідно навантаження від ваги фундаменту і ґрунту на його уступах (з урахуванням зважуючої дії води, якщо вона має місце);

- навантаження від ваги води, що діє на уступи фундаменту (враховується, якщо фундамент врізаний у водоупор).

Величини залежать від площі підошви фундаменту, розмірів і конфігурації його по висоті, аще і від висоти стовпа води над відповідними ступінями. Рівняння (5.3) і (5.4) показують, що площу підошви доцільно розривати, збільшуючи ширину фундаменту, тому її можна представити як.

Виходячи з вищевикладеного, для визначення в першому наближенні площі підошви фундаменту рівняння (5.3), (5.4), і (5.5) приймуть вид

де кН/м– середня питома вага вкладки фундаменту і ґрунту на його уступах.

Розрахунковий опір нескельного ґрунту під підошвою фундаменту визначається по формулі

, (5.11)

де - умовний опір ґрунту, кПа;

b - ширина підошви фундаменту, м; при b>6 м приймається b=6 м;

d - глибина закладення фундаменту, м;

γ - середньозважене значення питомої ваги ґрунту, розташованого вище підошви фундаменту, обчислене без обліку дії води, що зважує;

- коефіцієнти.

Рішення рівнянь (5.8) і (5.9) робимо графічно (рис. 3), а нерівність (5.10) перевіряється при знайденому значенні ширини підошви фундаменту.

Залежність є рівнянням прямої, а залежностіі- рівняннями параболи.

Щоб побудувати графік залежності , потрібно визначити величинуR при двох значеннях b (наприклад при b=2 м і b=6 м ). Щоб побудувати графік , потрібно помножити відповідні ординати графікана коефіцієнт=1,2.

Параболи ібудуються при декількох (не менш трьох) значенняхb. Точка перетину графіків івідповідає значеннюb, при якому виконується умова . Аналогічно знаходиться графічне рішення і другої умови. Очевидно, що розрахункове значення ширини підошви фундаменту варто приймати більшим. Так для випадку, представленого на (рис. 3) необхідно прийматиb=4 м. При такому значенні робиться перевірка умови (5.8) (різниця значень Ріне повинна перевищувати 10%) і умови (5.9).

Результати розрахунків приведені у таблиці.

Таблиця 3 – Визначення ширини підошви фундаменту

Показники	Ширина підошви фундаменту
	b=0 м	b=2 м	b=4 м	b=6 м

кПа

= кПа; = кПа

при кН/м

кПа

= кПа; = кПа

кПа

кПа

кПа

кПа

кПа

кПа

Рисунок 3 – Графічний спосіб визначення ширини підошви фундаменту

Якщо знайдена з графічного рішення ширина підошви фундаменту перевищує b, то остаточна ширина приймається рівноюb, а дотримання умов(5.8), (5.9) і (5.10) домагаються за рахунок збільшення довжини підошви фундаменту при.

Якщо отримана з вищевказаних умов довжина підошви фундаменту , то остаточні розміри підошви приймаютьсяі, а забезпечення жорсткості конструкції фундаменту виконується за рахунок збільшення його висоти (відповідно і глибини закладення), виходячи з умови (5.2) .

Після встановлення остаточних розмірів підошви фундаменту виконується його конструювання, як твердої конструкції. Розширення фундаменту від верхнього обріза до підошви здійснюється шляхом влаштування уступів. Висота уступу приймається рівною 0,7÷2 м, а відношення ширини уступу до його висоти не може перевищувати tg30°=0,577.

Рисунок 4 – Конструкціям фундаментів.

Проводимо перевірку умов (6,9- 6,10):

Знаходимо

кПа

= кПа; = кПа

Значення і знайдені раніше

= кПа і = кПа