ПРОМ ЗДАНИЕ / Расчет основания по деформациям (IIпредельное состояние)

7. РАСЧЕТ ОСНОВАНИЯ ПО ДЕФОРМАЦИЯМ

(II предельное состояние)

Расчет оснований по деформациям сводится к определению расчетных величин стабилизированных осадок и сравнению их с предельными, заданными для данного типа сооружений. При этом в курсовом проекте необходимо добиваться выполнения следующего условия:

где S_max- максимальная величина осадки фундамента здания, полученная расчетом, см;

S_max,u-предельно допустимое значение абсолютной осадки фундамента, определяемой по прил.

При не соблюдении этого условия, необходимо увеличивать размеры фундаментов (ширину, глубину заложения) или перейти на другой тип и добиться выполнения необходимых условий.

В курсовом проекте в учебных целях осадка должна быть рассчитана двумя методами: методом послойного суммирования и методом эквивалентного слоя.

7.1. Расчет осадки методом послойного элементарного суммирования.

Прежде всего строится графическая схема, на которой изображаются контуры проектируемого фундамента, напластование грунтов, эпюры природного и осадочного давлений нижняя граница сжимаемой толщи.

7.1.1. Построение эпюры природного давления грунта.

Природным называется давление от веса вышележащих слоев грунта, определяемое по формуле:

где _II1- удельный вес грунта, кН/м³;

h₁- мощность слоя грунта, м.

Ординаты эпюры _zgi вычисляются для всех характерных точек: отметки подошвы фундамента, отметки границ слоев грунта, отметки уровня грунтовых вод. Строят эпюры природных давлений обычно слева от вертикальной оси, проходящей через середину подошвы фундамента. Кроме этого вычисляются ординаты вспомогательной эпюры 0,2 _zg0 .

На поверхности земли 0,2 _zg0 =0; _zg0 =0

На контакте I и II слоев (мощности 0,3м)

_zg1 = _IIh₁ = 0,316 = 14,4 кПа

0,2_zg1 = 0,214,4=2,9 кПа

На уровне подошвы фундамента (мощность 1,5 м)

_zg2 = _zg1 + _IIh₂ = 14,4+18,31,5 = 41,85 кПа

0,2_zg2 = 0,241,85=8,37 кПа

_zg3= _zg2 +_IIh₃ = 41,85+18,33,0 = 96,75 кПа

0,2_zg3=0,296,75=19,35 кПа

_zg4= _zg3 +_IIh₄ = 96,75+191,7 = 129,05 кПа

0,2_zg4=0,2129,05=25,81 кПа

_zg5=_zg4+ _IIh₅ = 129,05+201 = 149,05 кПа

0,2_zg5=0,2149,05=29,81 кПа

_zg6=_zg5+ _IIh₆ =149,05+200,86 = 166,25 кПа

0,2_zg6=0,2166,25=33,25 кПа

_zg7=_zg6+ _IIh₇ =166,25+200,86 =183,45 кПа

0,2_zg7=0,2183,45=36,69 кПа

_zg8=_zg7+ _IIh₈ =183,45+200,86 =200,65 кПа

0,2_zg8=0,2200,65=39,41 кПа

_zg9=_zg8+ _IIh₉ =200,65+200,86 =217,85 кПа

0,2_zg9=0,2217,85=43,57 кПа

_zg10=_zg9+ _IIh₁₀ =217,85+200,86 =235,05 кПа

0,2_zg10=0,2235,05=47,01 кПа

_zg11=_zg10+ _IIh₁₁ =235,05+200,86 =252,25 кПа

0,2_zg11=0,2252,25=50,45 кПа

_zg12=_zg11+ _IIh₁₂ =252,25+200,86 =269,45 кПа

0,2_zg12=0,2269,45=53,89 кПа

_zg13=_zg12+ _IIh₁₃ =269,45+200,86 =286,65 кПа

0,2_zg13=0,2286,65=57,33 кПа

_zg14=_zg13+ _IIh₁₄ =286,65+200,86 =303,85 кПа

0,2_zg14=0,2303,85=60,77 кПа

_zg15=_zg14+ _IIh₁₅ =303,85+200,86 =321,05 кПа

0,2_zg15=0,2321,05=64,21 кПа

Полученные значения ординат эпюры природного давления и вспомогательной эпюры наносят на графическую схему.

7.1.2. Построение эпюры осадочных давлений

Осадочным называется давление, передаваемое фундаментом на грунт основания и вызывающее его уплотнение. Величина осадочного давления непосредственно под подошвой фундамента определяется как

где p- среднее давление под подошвой фундамента (или под подошвой условного фундамента), кПа

_zg-природное давление в уровне подошвы фундамента на естественном основании или в плоскости нижних концов свай для свайного фундамента, кПа.

При построении эпюры осадочных давлений толща грунта ниже подошвы фундамента ниже плоскости (нижних концов свай) разбивается на элементарные слои толщиной 0,4b, где b-ширина подошвы фундамента (или условного фундамента). При этом высота элементарного слоя должна быть не более 2 м, а модуль деформации - постоянной величиной.

Ординаты опор осадочного давления на глубине z_i ниже подошвы фундамента (ниже подошвы условного фундамента) определяются как

где ­- коэффициент рассеивания, определяемый по табл.1 приложение

В примере

_zp = p-_zg1 = 620,71-149,05 = 471,66 кПа

0,4b = 0,4b_усл = 0,42,2 = 0,88 м

Каждый слой грунта ниже подошвы условного фундамента разбивается на слои толщиной 0,8 м

Вычисление ординат эпюры осадочных давлений производится по табличной форме (табл.2).

Величина коэффициента  определяется двойной интерполяцией в зависимости от

 = l_усл/b_усл = 3,1/2,2 = 1,4 и  = 2z_i/ b_усл

Таблица 2

Z1	 = 2zi/ bусл		zpi = zp
0 0,86 1,72 2,58 3,44 4,3 5,16 6,02 6,88 7,44 8,6	0 0,78 1,56 2,34 3,12 3,9 4,7 5,47 6,25 6,76 7,81	1 0,856 0,644 0,385 0,210 0,145 0,105 0,079 0,068 0,055 0,042	471,66 403,74 303,74 181,58 99,04 68,39 43,65 37,26 32,07 25,94 19,8

По данным таблицы 2 строится эпюра осадочных давлений.

7.1.3. Определение нижней границы сжимаемой толщи.

Толщина грунта, практически влияющая на осадку фундамента, называется сжимаемой. Сжимаемая толща ограничена сверху горизонтальной плоскостью, проходящей через подошву фундамента (условного фундамента), а внизу – горизонтальной плоскостью, на уровне которой осадочное давление в пять раз меньше природного, т.е. . Величиной сжатия грунта ниже этого уровня обычно пренебрегают вследствие незначительности.

Мощность сжимаемой толщи легко определяется с помощью графического построения, которое заключается в наложении эпюры природных давлений _zg, вычерченной справа от оси с пятикратным уменьшением, на эпюру осадочных давлений _zp. Точка пересечения этих границ будет соответствовать нижней границе сжимаемой толщи.

Нижняя граница сжимаемой толщи находится на расстоянии 5,0 м от подошвы фундамента.

7.2.Расчет осадки фундамента

Полная осадка фундамента определяется как сумма осадок элементарных слоев в пределах сжимаемой толщи, т.е.

где S₁- осадка каждого элементарного слоя грунта м, определяемая как

,

где - среднее давление в середине рассматриваемого элементарного слоя,

h_i-толщина элементарного слоя, м;

- безразмерный коэффициент, =0,8;

Е₀- модуль деформации грунта, кПа.

Тогда

S1 = (471,66+403,74)/2(0,80,86)/17100 = 0,017 м

S3 = (403,74+303,74)/2(0,80,86)/17100 = 0,014 м

S4 = (303,74+181,58)/2(0,80,86)/17100 = 0,009 м

S5 = (181,58+99,04)/2(0,80,86)/17100 = 0,005 м

S6 = (99,04+68,39)/2(0,80,86)/17100 = 0,003 м

S7 = (68,39+43,65)/2(0,80,86)/17100 = 0,002 м

S8 = (43,65+37,26)/2(0,80,86)/17100 = 0,0016 м

S9 = (37,26+32,07)/2(0,80,86)/17100 = 0,0013 м

S10 = (32,07+25,94)/2(0,80,86)/17100 = 0,0011 м

S11 = (25,94+19,8)/2(0,80,86)/17100 = 0,0009 м

Полная осадка фундамента

S_i = 0,017+0,009+0,005+0,003+0,002+0,0016+0,0013+0,0011+0,0009 =

=0,0409 м = 4 см

4см<8см

Что удовлетворяет требованием СНиП 2.02.01-83.

8. ВЫБОР СВАЙНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

В проекте свайных фундаментов производится выбор свайного оборудования.

Тип молота выбирается, исходя из минимальной энергии удара, необходимой для забивки сваи, которая определяется как

E_h=0,045P,

где Р – расчетная нагрузка на сваю, Р=645,57 кН.

Тогда

E_h=0,045645,57=29,05 кДж

Молот принимается с расчетной энергией удара E_dE_h.

Принимаем паровоздушный молот одиночного действия СССМ-582 с расчетной паспортной энергией удара E_d=39 кДж. Молот должен удовлетворять условию

где m₁ – полная масса молота, по прил. 5 Q_П =30 кН;

m₂ – масса сваи и наголовника, m₂=16+1=17 кН.

Значение коэффициента К, зависящего от материала сваи, тип молота, приведены в табл. 8.

Таблица 8

Значение коэффициента применимости молота

Тип молота	Ж/б сваи К, кН/кДж
Трубчатые дизель молоты и молоты одиночного действия Молоты одиночного действия и штанговые дизель-молоты Подвесные молоты	6 5 3

Таким образом (30+17)/39=1,2<5

Условие выполняется, окончательно для забивки свай принимается штанговый дизель-молот СССМ-582.

8. ОПРЕДЕЛЕНИЕ «ОТКАЗА» СВАИ

Расчетный отказ сваи вычисляют по формуле

, (11.1)

где =1500 км/м² для железобетонных свай;

А – площадь, ограниченная наружным контуром сплошного или полного поперечного сечения ствола сваи (независимо от наличия или отсутствия у сваи острия), м²;

E_d – расчетная энергия удара молота, кДж;

F_d – несущая способность сваи;

m₁ – масса молота, т;

m₂ – масса сваи и наголовника, т;

m₃ – масса подбабка, т;

 – коэффициент восстановления удара, при забивке железобетонных свай и свай-оболочек молотами ударного действия с применением наголовника с деревянным вкладышем ²=0,2;

S_а = [15000,0939/903,8(903,8+15000,09)][30+0,217)/(30+17)]=

Из чего следует, что S_a=0,003 м>0,002 м.

Условие выполняется, следовательно сваебойное оборудование подобрано верно.

При невыполнении этого условия следует подобрать оборудование с большей энергией удара.