Определение размеров фундамента. Оценка прочности несущего слоя основания

ОЦЕНКА ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ПЛОЩАДКИ СТРОИТЕЛЬСТВА

Инженерно-геологические условия площадки строительства.

Площадка строительства находится в г. Томск. Рельеф спокойный, ровный. Абсолютные отметки поверхности в Балтийской системе высот 7,9…8,4 м (рис. 1). Геологические условия выявлены посредством бурения двух скважин на глубину 20 м (рис. 2). Напластование грунтов представлено следующими инженерно-геологическими элементами сверху вниз:

1) ИГЭ 2: техногенный грунт – мелкий влажный песок;

2) ИГЭ 15: суглинок тугопластичный (показатель текучести I_L= 0,37) толщиной от 1,0 до 2,8 м;

3) ИГЭ 26: суглинок тугопластичный (показатель текучести I_L= 0,33) толщиной от 2,8 до 6,9 м;

4) ИГЭ 36: суглинок полутвердый (I_L= 0,22) толщиной в пределах от 6,9 до 11,0 м;

5) ИГЭ 35: глина тугопластичная (показатель текучести I_L= 0,5) толщиной от 11,0 до 20,0 м;

Рисунок 1 – Инженерно-геологический разрез площадки строительства

Таблица 1- Физико-механические характеристики

№ ИГЭ	Наименование грунта	Свойства
Физические	Механические
Определяемые экспериментально	Определяемые расчетом
г/см^3	доли ед.	e	кН/м^3	Sr	Lp	LL	град	кПа	МПа
ρ	ρs	W	WL	WP	γ	γsb	φ	с	Е
Грунты площадки строительства
	Песок (М)	1,98	2,66	0,24	-	-	0,66	19,4	10,51	0,76			27,0 29,0	1,5 2,0	28,0
	Глинистый	1,97	2,69	0.20	0,25	0,17	0,64	19,3	0,8	0,93	0,08	0,37	22,0 23,0	4,0 9,0	29,0
	Глинистый	2,14	2,73	0,18	0,24	0,15	0,50	20,9	10,17	0,92	0,09	0,33	8,0 9,0	51,0 52,0	16,0
	Глинистый	2,09	2,73	0,19	0,26	0,17	0,55	20,5	10,77	0,95	0,09	0,22	7,0 8,0	38,0 39,0	27,0
	Глинистый	1,95	2,74	0,28	0,37	0,19	0,79	19,1	9,32	0,97	0,18	0,5	18,0 20,0	22,0 26,0	11,0
Насыщенные грунты, рекомендованные к применению в расчетно-графической работе
	Песок (М)	1,86	2,65	0,18	-	-	0,68	18,23	9,51	0,69	-	-		2,0 3,0	11,0

Выбор глубины заложения фундамента

Нормативную глубину сезонного промерзания для строительства определяют по формуле:

(1)

где d₀ – глубина промерзания, для песков мелких – 0,28;

M_t – безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за год в данном районе.

M_t = -19,1+(-16,9)+(-9,9)+(-10,1)+(-17,3) = -73,3

Расчетную глубину сезонного промерзания определяют

(2)

где K_h – коэффициент, учитывающий влияние теплового режима здания.

K_h = 0,5 при t_в=15°С.

м.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ФУНДАМЕНТА. ОЦЕНКА ПРОЧНОСТИ НЕСУЩЕГО СЛОЯ ОСНОВАНИЯ

Принято считать, что расчетное сопротивление грунта оснований (R) соответствует среднему давлению (р) по подошве фундамента при глубине развития зон пластических деформаций на глубину (z) равной 0,25× b, где b – ширина подошвы фундамента.

Рисунок 2 - Фундамент мелкого заложения в расчетном сечении 1

Расчетное сопротивление грунта основания с учетом инженерной подготовки территории (песчаная подушка, закрепленный грунт) определяется по формуле:

(1)

где g _{с 1} и g _{с 2} – коэффициенты условий работы, g _{с 1} = 1,2 –песок средней крупности; g _{с 2}=1 – для зданий с гибкой конструкционной схемой;

k– коэффициент, принимаемый равным: k = 1, т.к. прочностные характеристики грунта (j и с) определены непосредственными испытаниями;

М _g , М_q , M_c – коэффициенты, принимаемые 0,16; 1,64; 4,05 в зависимости от угла внутреннего трения грунта j_II = 9;

b – ширина подошвы фундамента, 0,6 м;

k_z – коэффициент, принимаемый равным: при b < 10 м – k_z = 1, при b ³ 10 м – k_z = 8/ b + 0,2;

g _II – осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента;

(2)

= 20,9 кН/м³;

с_II – расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа, для слоя толщиной ниже подошвы z = b /2 (при b < 10 м) и z = 4 м + 0,1× b (при b ³ 10 м), с_II =39;

d ₁ – приведенная глубина заложения подошвы наружных и внутренних фундаментов от пола подвала в случае, если пол устраивается по грунту, определяемая по формуле:

(3)

Если d ₁ > d (d – глубина заложения фундамента от уровня планировки), то принимают d ₁ = d и d_b = 0.

где h_s – толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м;

h_cf – толщина конструкции пола подвала, м;

g _cf – расчетное значение удельного веса конструкции пола подвала, кН/м³;

d_b – глубина подвала – расстояние от уровня планировки (DL) до пола подвала, м (для сооружений с подвалом глубиной свыше 2 м принимается d_b = 2 м).

= 0,09

=199,34

Среднее давление под подошвой фундамента в предварительных расчетах вычисляют:

(6)

где N_II – вертикальная нагрузка на обрез фундамента, 86,2 кН (кН/м – для ленточного фундамента);

А – площадь подошвы фундамента, м²; для ленточного – A = l × b, где l = 1 м;

d – глубина заложения подошвы фундамента от отметки планировки,2,4 м;

g_ср– среднее значение удельного веса материалов (фундамента и грунта на его уступах), принимаемое 20 кН/м³.

Расчет по определению ширины подошвы фундамента (b) проще выполнять в табличной форме, а требуемую ширину – по точке пересечения графиков R = f (b) и p = f (b).

Таблица 2 - Определение ширины фундамента

b, м	gII, кН/м^3	R, кПа	р, кПа
0,6	20,9	182,8	208,9
1,0	20,9	182,7	128,1

Значение b округляют в большую сторону до ближайшего типоразмера и уточняют R.

Рисунок 3 - Графики зависимости расчетного сопротивления R и давления p от ширины b в расчетном сечении 1

Принимаем типовой фундамент: ФЛ8 24 - 3

где l=2380; b=800; h=300; a=150; m=1,15т; расход бетона 0,460 м³.

Определяем давление под подошвой фундамента:

(7)

где G _f – вес фундамента;

G _g – вес грунта на уступах фундамента;

А – площадь подошвы фундамента.

Вес одного погонного метра плиты фундамента

кН/м;

кН;

кН/м;

кН/м.

кПа.

При невыполнении условия p £ R увеличивают, как правило, размеры подошвы фундамента (можно увеличить глубину заложения, но это в большинстве случаев нерационально, т.к. приводит к большим затратам по отрывке котлована, необходимости водопонижения). С целью экономии материалов допустимые значения недогрузки основания принимают D = 5 % – для монолитных конструкций, 10 % – для сборных, где

(8)

Вычисления показали, что p < R – условие выполнено, погрешность составляет D = 16,6 %.

Выполняем проверку прочности подстилающего слоя

Так как φ_II= 9° песок < φ_II= 8° суглинок тугоплавкий

C_{II суглинок} = 52 кПа > C_{II суглинок} = 39 кПа

выполняется проверка:

σ_z < R_z (9)

Рисунок 4 - Вертикальные напряжения

Определяем напряжение от внешней нагрузки:

σ_zp=α·p=0,115·165,95=19,08

.

Определяем напряжение от собственного веса грунта, вынутого при отрывке котлована:

= 0,98·37,7 = 36,94;

.

Находим напряжение от собственного веса грунта после инженерной подготовки территории от DL:

;

.

Общее напряжение на кровлю суглинка определяют:

кПа (10)

Определяем расчетное сопротивление подстилающего слоя грунта:

(11)

Находим параметры входящие формулу для подстилающего слоя ИГЭ№14:

g _{с 1}= 1,25 – для глинистых грунтов с I_L = 0,71 > 0,5;

g _{с 2=}1,0 – для зданий с гибкой конструктивной схемой;

k = 1,0 – прочностные характеристики грунтов определены лабораторными испытаниями;

М _g= 0,14, М_q = 1,47, M_c = 3,82 – для j_II = 8°;

с_II = 39 кПа;

d_z= h_z = 6,9м;

м;

γ^ИГЭ№14 = 10,41;

= 4,97.

= 209,44

σ_z < R_z

57,12<209,44 условия выполняются.

Осадку основания центра подошвы фундамента с глубиной заложения d £ 5 м (или глубиной отрывки котлована менее 5 м) рекомендуется определять по формуле:

(12)

где hi	– толщина i -го слоя грунта, м, принимается не более 0,4× b (b – ширина подошвы фундамента, м);
Ei	– модуль деформации i -го слоя грунта, кПа;
n	– количество слоев грунта, на которые разбита сжимаемая толща
s zp, i	– вертикальное напряжение в i -м слое грунта под центром подошвы фундамента от внешней нагрузки, кПа;

Таблица 3

z, м		α	Gzp	Gzg	mGzg		αк	Gzγ	Gzp- Gzγ	(…)^ср	hi	Ei	Si
			185,45	43,2	21,6			43,2	142,25	138,54	0,2		2,02
0,2	0,5	0,96	178,03	45,12	22,56	0,03		43,2	134,83		0,2
0,4		0,82	152,07	47,04	23,52	0,06		43,2	108,87		0,2
0,65	1,63	0,64	118,69	51,99	25,99	0,1		43,2	75,49		0,2
0,9	2,25	0,51	94,58	56,95	28,48	0,15		43,2	51,38		0,2
1,1	2,75	0,43	79,74	61,07	30,54	0,18		43,2	36,54		0,2
1,3	3,25	0,37	68,62	65,19	32,59	0,21		43,2	25,42		0,2
1,5	3,75	0,33	61,19	69,31	34,66	0,24		43,2	17,99		0,2
1,7	4,25	0,29	53,78	73,43	36,72	0,27	0,99	42,77	11,01		0,2
1,9	4,75	0,26	48,22	77,55	38,78	0,31	0,99	42,77	5,45		0,2
2,1	5,25	0,23	42,65	81,67	40,84	0,34	0,99	42,77			0,2
2,3	5,75	0,21	38,94	85,79	42,89	0,37	0,97	41,9			0,2

Рисунок 5

Дата добавления: 2015-11-26