Инженерно-геологические условия площадки строительства

Проектирование фундаментов на естественном основании

Проектирование фундаментов является одним из сложных вопросов, решаемых при проектировании несущих конструкций зданий и сооружений. В общем объеме строительства устройство оснований и фундаментов имеет значительный удельный вес по стоимости (до 15-20% стоимости зданий и сооружений) трудоемкости, расходу основных строительных материалов.

Анализ статистических данных показывает, что большинство аварий зданий и сооружений вызвано разрушением оснований и фундаментов, что происходит, в основном, вследствие недостаточной изученности инженерно-геологических условий площадок строительства, неправильного выбора типа фундаментов, низкого качества работ и других причин. В то же время, во многих случаях при строительстве устраивают фундаменты больших размеров, чем требуется по условиям эксплуатации основания. Это приводит к ненужным дополнительным трудозатратам, неполному использованию несущей способности грунтов основания, перерасходу цемента, арматуры, других материалов и ресурсов.

Инженерно-геологические условия площадки строительства

Инженерно-геологические работы проводились на площадке, предназначенной для строительства 5-ти этажного жилого дома в городе Воткинске.

В целом площадка пригодна для возведения здания. По геологическому профилю площадка имеет спокойный рельеф. Грунты имеют слоистое напластование с выдержанным залеганием пластов. Все они имеют достаточную прочность, невысокую сжимаемость и могут служить естественным основанием.

Значения основных показателей физико-механических свойств грунтов для расчёта основания приведены ниже:

Таблица 4.1.1 – Характеристика грунтов

№слоя	Мощность слоя	Наименование грунта	γ, кН/м^3	γs, кН/м^3	E, МПа	R, кПа	φ, Град.	сп, кПа
	0,3	Растительный грунт	14,1	-	-	-	-	-
	1,0	Песок средней крупности, влажный (е=0,54)	18,0	24,5
	3,0	Суглинок мягкопластичный (IL=0.55)	16,9	21,6
	2,1	Песок мелкий насыщенный водой (е=0,54)	17,8
	8,0	Суглинок тугопластичный (IL=0,47)	19,1

4.1..3 Сбор нагрузок на фундамент от наружной стены по оси «А»

Нагрузки определяются на фундамент под наружную стену. Наружные стены выполнены из кирпичной кладки плотностью ρ=1800кг/м³, толщина стены 640 мм, (0,38 м-кладка из глиняного кирпича, 0,12м-облицовка из силикатного кирпича, 0,12м-утеплитель пенополистирол). Под зданием расположен подвал и подземный гараж. Наружные стены подземного гаража выполнены из бетонных блоков толщиной 600 мм, внутренние – из глиняного кирпича ρ=1800кг/м³ толщиной 380 мм. Отметка пола в подвале – 1,955 м. Отметка пола в подземном гараже – 4,000 м. Район строительства – г. Воткинск (IV снеговой район Р_n=3200Па).

Грузовая площадь: для внешней стены 1*3,6/2=1,8м²

Таблица 4.1.2 – Сбор нагрузок для внешней стены

Вид нагрузки	Нормативная нагрузка на един. площади, Н/м^2	Нормативная нагрузка от груз. площади, кН	Коэффициент надежности по нагрузке γf	Расчетная нагрузка, кН
Нагрузка от покрытия
1. Постоянная
Металлочерепица – 3мм ρ=7850кг/м^3 7850*0,003*10	235,5	0,424	1,05	0,445
Обрешетка – 40 мм ρ=500кг/м^3 500*0,04*10		0,36	1,1	0,396
Стропильная ферма – 170мм ρ=500кг/м^3 500*0,17*10		1,53	1,1	1,683
Итого		2,314		2,524
2. Временная (снеговая нагрузка)		4,032	0,7	2,822
Всего		6,346		5,346
Нагрузка от чердачного перекрытия
1. Постоянная
Пароизоляция (рубероид) – 0,003м ρ=600кг/м^3 600*0,003*10		0,032	1,2	0,039

Продолжение таблицы 4.1.2

Утеплитель (минераловатные плиты) – 0,2м ρ=125кг/м^3 125*0,2*10		0,45	1,2	0,54
Цементо-песчаная стяжка – 0,05 м ρ=1800кг/м^3 1800*0,05*10		1,62	1,3	2,106
Гидроизоляция (рубероид) – 0,009 м ρ=600кг/м^3 600*0,009*10		0,097	1,2	0,116
Ж\б плита пустотная – 0,22 м ρ=2500кг/м^3 2500*0,22*10		9,9	1,2	11,88
Итого		12,099		14,681
2. Временная		1,26	1,2	1,512
Всего		13,359		16,193
Нагрузка от междуэтажного перекрытия
1. Постоянная
Ламинат – 0,005 мм ρ=500кг/м^3 500*0,005*10		0,045	1,2	0,054

Продолжение таблицы 4.1.2

Цементно-песчаная стяжка – 0,02 м ρ=1800кг/м^3 1800*0,02*10		0,648	1,3	0,842
Ж\б плита пустотная – 0,22 м ρ=2500кг/м^3 2500*0,22*10		9,9	1,2	11,88
Итого		10,593		12,776
2. Временная Длительная Кратковременная		0,54 2,7	1,2 1,2	0,648 3,24
Всего		13,833		16,664
Всего с учетом 5 перекрытий		69,165		83,32
Нагрузка от стены
От наружной версты, δ =120 мм		1800*10* 0,12*15,6*1 =33,696	1,1	37,066
От утеплителя - пенополистирола, δ =120 мм		150*10*0,12*15,6*1 = 2,808	1,1	3,089
От внутренней версты, δ =380 мм		1800*10* 0,38*15,6*1 = 106,704	1,1	117,374
От бетонных блоков подземного гаража		(2500*10*0,6*0,6*1)*5=45	1,2
Итого		188,208		211,529
ВСЕГО		277,078		316,388

Итого на метр длины:

N_{0 I} =316,388 кН – расчетная нагрузка;

N_{0 II} = 277,078 кН – нормативная нагрузка.

4.1.4 Расчет фундамента под наружную стену по оси «А»

Проектирование свайного фундамента производится в соответствии со СНиП 2.02.01–83 «Основания зданий и сооружений»[ ], СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия»[ ] и СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты»[ ].

Проектируем свайный фундамент в виде ленты под стены здания с расположением свай в один ряд.

Сопряжение свайного ростверка со сваями принимаем в соответствии с п.7.4 [ ], жесткое. Жесткое сопряжение сваи обеспечивается путем заделки сваи в ростверк на глубину 5 см. Бетонные оголовки сваи разбиваются и арматура анкеруется с ростверком.

В соответствии с п.7.10. [ ] выбор длины сваи производился в зависимости от групповых условий строительной площадки, уровня расположения подошвы ростверка, с учетом возможностей имеющегося оборудования для устройства свайных фундаментов.

Для заданных грунтовых условий проектируем свайный фундамент из сборных железобетонных свай марки С60.35-6 длиной призматической части , длиной острия , с размером поперечного сечения . Сваи погружают в грунт с помощью забивки дизель-молотом.

В качестве основания принимаем суглинок тугопластичный.

Определяем несущую способность принятой одиночной сваи по грунту:

F = γ_c· (γ_cR·R·A+uΣγ_cf·f_i·l_i), (4.а.1)

где γ _c − коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый γ _c =1;

γ _cR,γ _cf − коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на

боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения свай, в данном

примере γ _cR =1,0; γ _cf =1,0, т.к. принимаем, что погружение забивкой сплошных свай

выполняется дизель–молотом;

R − расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, определяемое по

приложению 1, таб. 22. [ ] в данном примере R = 1950 кПа;

A = 0,35² м²= 0,1225 м² − площадь опирания сваи;

u - наружный периметр поперечного сечения сваи, u =4·0,35=1,4 м;

f_i − расчетное сопротивление i -го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи,

l_i − толщина i -го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью, м.

Чтобы определить расчетное сопротивление трению по боковой поверхности сваи fi, каждый пласт грунта делим на слои высотой h не более 2,0м.

h1 = 0,4 м, z 1 =4,1 м, f1 = 25,7 кПа;

h2 = 1,1 м, z 2 =4,85 м, f2 = 27,1 кПа;

h3 = 1,0 м, z 3 =5,9 м, f3 = 28,33 кПа;

h4 = 1,5 м, z 4 =7,15 м, f4 = 30,3 кПа;

h5 = 1,5 м, z 5 =8,65 м, f5 = 31,4 кПа;

F =1*(1,0*1950*0,1225+1,4*(25,7*0,4+27,1*1,1+28,33*1,0+30,3*1,5+31,4*1,5)=419,951кН

Расчетная нагрузка на сваю по грунту

Р_св=F/ γ_k, (4.1.2)

где γ _k – коэффициента надежности по грунту, γ _k= 1,4.

Р_св=F/ γ _k =419,951/1,4 =299,965 кН

Определяем требуемое количество свай на погонный метр стены здания по формуле:

, (4.1.3)

где N₁−расчетная нагрузка на низ ростверка,

α= 7,5 –коэффициент, зависящий от вида свайного фундамента.

d= 35см – поперечное сечение сваи,

−удельный вес железобетона, =1,7*25кН/м³;

Определим расстояние между осями свай на один погонный метр:

(4.1.4)

Так как 3d ≤ а_р ≤ 6d, принимаем однорядное расположение свай.

Расстояние между рядами свай:

(4.1.5)

Принимаем ширину ростверка 0,6м.

Определяем нагрузку, приходящуюся на одну сваю на погонном метре:

, (4.1.6)

Высота ростверка назначается ориентировочно из условия прочности ростверка на продавливание и изгиб по формуле:

Назначаем высоту ростверка:

, (4.1.7)

где k=1,

R_bt=1050кПа−прочность бетона на скалывание,

Принимаем высоту ростверка 0,5м.

Определим среднее давление по подошве условного свайного массива (свайный фундамент условно принимаем за массивный жесткий фундамент глубокого заложения):

P₁₁≤R,

Произведем проверку сопротивления грунта основания в горизонтальной плоскости нижних концов свай. Определим средневзвешенное значение угла внутреннего трения грунтов, прорезаемых сваями:

, (4.1.8)

Определим условную ширину фундамента:

B_усл=d+2*l_св*tg(α^o), (4.1.9)

B_усл=d+2*l_св*tg(6,4^o)=0,35+2*5,8* tg(6,4^o)=1,65м

А_усл=1,65*1пог.м=1,65м²

Объем свайного фундамента равен:

V=1,65*6,3=10,4м³

Объем ростверка равен:

V_р=0,261 м³

Объем свай:

V_св=1,15*0,35²*5,8=0,82м³

Объем грунта:

V_гр=V−V_св−V_р=10,4-0,82-0,261=9,32м³

Определим средневзвешенное значение удельного веса грунта в свайном фундаменте с учетом взвешивающего действия вода ниже уровня подземных вод:

, (4.1.10)

γ_sb=γ_s-γ_w/1+e=(21,6-10)/(1+0,54)=7,53кН/м³

Вес грунта в объеме условного фундамента:

G_гр=9,32*16,91=157,6кН

Вес свай:

G_св=0,82*25=20,5кН

Вес ростверка:

G_р=0,261*25=6,525кН

Вертикальная составляющая нормальных сил в уровне нижних концов свай:

N=N₁₁+G_гр+G_св+G_р, (4.1.11)

N=N₁₁+G_гр+G_св+G_р=277,078+157,6+20,5+6,525=461,7кН

Давление на грунт по подошве условного фундамента в уровне острия свай:

(4.1.12)

Расчетное давление на грунт основания условного свайного фундамента в уровне его подошвы:

, (4.1.13)

где γ_c1 и·γ_c2 – коэффициенты условий работы, γ_c1 =1,2 и·γ_c2=1,0;

k – коэффициент, принимаемый k =1, если прочностные характеристики грунта определены

непосредственными испытаниями;

Μ_γ; Μ_q; Μ_c – коэффициенты, Μ_γ =0,36; Μ_q =2,43; Μ_c= 4,99;

k_z - коэффициент, k_z =1 при b < 10 м;

γ₁₁ – расчетное значение средневзвешенного удельного веса грунтов, залегающих ниже

подошвы фундамента;

d_b – глубина подвала (для сооружений с подвалом шириной В≥20м d_b=0)

– то же, залегающих выше подошвы;

с_II – расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под

подошвой фундамента, с_II =55 кПа

P₁₁=279,82кПа≤R=657,61кПа

Условие выполняется, следовательно, прочность несущего слоя обеспечена, компоновка свайного фундамента выполнена верно.

Дата добавления: 2015-07-16