Проектирование основания и фундаментов 12-этажного жилого дома

у₃ = у₂ + г₃ • h₃ = 50,29 + 19,8 • 4,25 = 134,44 кПа.

у₄ = у₃ + г₄ • h₄ = 134,44 + 19,9 • 1,5 = 164,29 кПа.

у₅ = у₄ + г₅ • h₅ = 164,29 + 10,6 • 6 = 227,89 кПа.

г₅₌

По эпюре природных напряжений находим значение природного напряжения в уровне условного свайного фундамента:

у = у₃ + г₄ • h₄ = 164,29 + 10,6 • 2,8 = 193,97 кПа

Дополнительное напряжение в уровне условного свайного фундамента определяем по формуле:

;

у_zp,0 = P_ф -у_zg,0 = 400,57-193,97=206,6 кПа

Ординаты эпюры дополнительного осадочного напряжения определяем по формуле:

,

где - коэффициент затухания напряжений, зависящий от геометрических параметров фундамента и от относительной глубины рассматриваемой точки ж

, тогда z=

Расчет ординат эпюры дополнительного осадочного напряжения выполняем в табличной форме (табл. 5).

Таблица 5. Расчеты ординат для построения эпюры дополнительного осадочного напряжения

i	ж	Z = ж *b/2	б	уzр, кПа	уzg, кПа	0,5* уzg, кПа	Слои основания
0	0	0	1	206,6	193,97	96,99	Песок
1	0,4	0,388	0,977	201,85	198,08	99,04	средней
2	0,8	0,776	0,881	182,01	202,20	101,10	крупности
3	1,2	1,164	0,755	155,98	206,31	103,15
4	1,6	1,552	0,642	132,64	210,42	105,21
5	2	1,94	0,55	113,63	214,53	107,27
6	2,4	2,328	0,477	98,55	218,65	109,32
7	2,8	2,51	0,42	86,77	222,76	111,38
8	3,2	3,104	0,374	77,27	226,87	113,44

Находим значение 0,5•_zg =_zp

Нижнюю границу сжимаемой толщи основания принимают на глубине z=Н_с, где выполняется условие . При этом глубина сжимаемой толщи не должна быть меньше Н _min, равной b/2 при b10 м, (4+0,1b) при 1060 м и 10 м при b>60 м. Если в пределах глубины Нc, найденной по указанным выше условиям, залегает слой грунта с модулем деформации Е>100 МПа, сжимаемую толщу допускается принимать до кровли этого грунта при его толщине в пределах габаритов здания не менее 3 м. Если найденная по указанным выше условиям нижняя граница сжимаемой толщи находится в слое грунта с модулем деформации Е7 МПа или такой слой залегает непосредственно ниже глубины z=Нc, то этот слой включают в сжимаемую толщу, а за Нc принимают минимальное из значений, соответствующих подошве слоя или глубине, где выполняется условие.

Согласно табл. 5 строим эпюру дополнительных напряжений _zp. Построением прямолинейной эпюры 0,5•_zg ограничиваем активную зону сжатия и находим зону H_s, в пределах которой считаем осадку (рис. 10).

Осадка фундамента зависит от деформационных характеристик грунтов и площади эпюры дополнительного напряжения.

Отметка подошвы свайного фундамента FL (146,80).

Для определения осадки необходимо найти модули деформации слоев грунта, входящих в активную зону сжатия. На основании табл.2 в данную зону входит один слой грунта - песок средней крупности. Образец грунта взят с глубины заложения сваи. Для получения характеристик грунта проводились компрессионные испытания. Результаты испытаний указаны в табл. 6.

Рис 10. Схема к расчету осадки по методу элементарного суммирования для фундаментов глубокого заложения.

Таблица 6.

P, кПа	0	50	100	200	400
e	0,600	0,594	0,590	0,586	0,580

Для определения модуля деформации необходимо знать, как изменяется коэффициент пористости грунта (e) при изменении давления в грунте основания в интервале от давления в природном состоянии (у_zg) до полного давления, которое получается после постройки сооружения, (у_z= у_zg+ у_zp). Отметка глубины отбора монолита (образца грунта) соответствует отметке подошвы фундамента (нижнего конца свай).

По табл. 3 строим компрессионную кривую для песка на глубине 12м (график зависимости коэффициента пористости грунта от давления в грунте основания) и определяем значения коэффициента пористости, соответствующие давлениям у_zи у_zg.

Рис.11. Компрессионная кривая. Скважина 1, глубина 12 м.

По компрессионной кривой получаем значения коэффициента пористости:

- для у_zg= e₁ = 0,5859;

- для у_{z полн}= у_zg +=362,34 кПаe₂ = 0,5811.

Определяем модуль деформации по формуле:

,

где в⁴- безразмерный коэффициент; определяемый по формуле:

;

где н_о- коэффициент относительной поперечной деформации грунта, зависящий от вида грунта; для песков н_о = 0,3;

;

- коэффициент относительной сжимаемости грунта; определяется по формуле:

,

где - коэффициент сжимаемости грунта в интервале изменения действующих напряжений; определяется по формуле:

кПа^-1;

кПа^-1;

кПа.

Определяем полную осадку грунтов в пределах сжимаемой зоны H_s = 2,08 м по формуле:

,

где в- коэффициент перехода от плоской задачи к пространственной; в = 0,8;

h_i - толщина i-го элементарного слоя грунта в сантиметрах;

- модуль деформации i-го элементарного слоя грунта;

значения берутся из таблицы 2.

см

Предельно допустимая осадка согласно СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений» для жилого здания с железобетонным каркасом составляет S_u = 8,0 см.

Т.к. S<S_u (0,76см < 8,0см), то запроектированный свайный фундамент удовлетворяет требованиям СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений».

6.2 Расчет осадок фундамента глубокого заложения под наружную стену здания методом эквивалентного слоя

Фактическое давление в уровне условного фундамента равно P_ф=400,57кПа. Ширина условного фундамента равна B_усл=1,94м. Высота от спланированной отметки (DL) до подошвы условного фундамента равна Z= 11,2м.

Дополнительное напряжение в уровне условного фундамента определяем по формуле:

;

у_zp,0 = 400,57 - 193,97 = 206,6 кПа.

Осадка слоистого основания методом эквивалентного слоя вычисляется по формуле:

S = h_э m_v у_zp,0 ,

где m_v - средневзвешенное значение относительного коэффициента сжимаемости в пределах сжимаемой толщи H_c

h_э - мощность эквивалентного слоя, h_э = A_щ b,

A_щ - коэффициент эквивалентного слоя, определяемый по таблице 7 в зависимости от значения коэффициента Пуассона, которое в нашем случае можно приближенно принять равным 0,25, так как в сжимаемой толще основания находятся пески, а также из соотношения сторон l/b>10. Фундамент следует считать обладающим конечной жесткостью (A_щm). Поэтому значение A_щ следует брать из колонки A_щm, относящейся к v=0,25.

Получаем:

A_щm = 2,54 и h_э = A_щm b = 2,54 1,94 = 4,928 м.

Находим глубину сжимаемой толщи:

H_c = 2 h_э = 2 4,928 = 9,855 м.

Осредненное (средневзвешенное) значение относительного коэффициента сжимаемости находится по формуле:

m_v = ,

где m_v - относительный коэффициент сжимаемости i - го слоя грунта в пределах сжимаемой толщи H_c

h_i - мощность i - го слоя

z_i - расстояние от середины i - го слоя до нижней границы сжимаемой толщи H_c

Относительные коэффициенты сжимаемости слоев грунта:

- песок средней крупности средней плотности

m_v = =1,924 10^-5 кПа^-1

Рис.12. Схема к расчету осадок по методу эквивалентного слоя для фундаментов глубокого заложения.

Осадка слоистого основания по методу эквивалентного слоя равна:

S = h_э m_v у_zp,0 = 4,928 1,924 10^-5 206,6 = 0,0196м или 1,96 см.

Таблица 8.

Соотношение сторон прямо- угольной подошвы фундамента n=l/b коэффициенты	Гравий и галька	Пески	Суглинки пластичные	Глины и суглинки мягко пластичные
	Глины и суглинки твердые и полутвердые	Супеси твердые и пластичные	Глины пластичные
	Коэффициенты Ащ при нп
	0,10	0,20	0,25	0,30	0,35	0,40
	Ащo	Ащm	Ащ cons t	Ащo	Ащm	Ащ cons t	Ащo	Ащm	Ащ cons t	Ащo	Ащm	Ащ cons t	Ащo	Ащm	Ащ cons t	Ащo	Ащm	Ащ cons t
1,0	1,13	0,96	0,89	1,20	1,01	0,94	1,26	1,07	0,99	1,37	1,17	1,08	1,58	1,34	1,24	2,02	1,71	1,58
1,5	1,37	1,16	1,09	1,45	1,23	1,15	1,53	1,30	1,21	1,66	1,40	1,32	1,91	1,62	1,52	2,44	2,07	1,94
2,0	1,55	1,31	1,23	1,63	1,39	1,30	1,72	1,47	1,37	1,88	1,60	1,49	2,16	1,83	1,72	2,76	2,34	2,34
3,0	1,81	1,55	1,46	1,90	1,63	1,54	2,01	1,73	1,62	2,18	1,89	1,76	2,51	2,15	2,01	3,21	2,75	2,59
4,0	1,99	1,72	1,63	2,09	1,81	1,72	2,21	1,92	1,81	2,41	2,09	1,97	2,77	2,39	2,26	3,53	3,06	2,90
5,0	2,13	1,85	1,74	2,24	1,95	1,84	2,37	2,07	1,94	2,58	2,25	2,11	2,96	2,57	2,42	3,79	3,29	3,10
6,0	2,25	1,98	-	2,37	2,09	-	2,50	2,21	-	2,72	2,41	-	3,14	2,76	-	4,00	3,53	-
7,0	2,35	2,06	-	2,47	2,18	-	2,61	2,31	-	2,84	2,51	-	3,26	2,87	-	4,18	2,67	-
8,0	2,43	2,14	-	2,56	2,26	-	2,70	2,40	-	2,94	2,61	-	3,38	2,98	-	4,32	3,82	-
9,0	2,51	2,21	-	2,64	2,34	-	2,79	2,47	-	3,03	2,69	-	3,49	3,03	-	4,46	3,92	-
10 и более	2,58	2,27	2,15	2,71	2,40	2,26	2,86	2,54	2,38	3,12	2,77	2,60	3,58	3,17	2,98	4,58	4,05	3,82

6.3 Расчет осадок фундамента мелкого заложения под наружную стену здания методом послойного суммирования (СП 22.13330.2016 «Основания зданий и сооружений»)

Фактическое давление в уровне фундамента равно P_ф = 426,3 кПа. Ширина фундамента равна B = 1,0 м. Высота от спланированной отметки (DL) до подошвы фундамента равна Z= 2,1м.

Строим эпюру природных напряжений _zg.

Рис 13. Эпюра природных напряжений по оси 1 _zg.

Значения координат для построения эпюры природных напряжений определяем по формуле:

у_i = у_i-1 + г_i • h_i,

где у_i- природное напряжение на подошве рассматриваемого слоя;

у_i-1 - природное напряжение на кровле рассматриваемого;

г_i - удельный вес грунта рассматриваемого слоя с учетом взвешивающего действия воды;

h_i - толщина рассматриваемого слоя.

у₁ = у₀ + г₁ • h₁ = 0 + 16,5 • 0,6 = 9,9 кПа.

у₂ = у₁ + г₂ • h₂ = 9,9 + 19,7 • 2,05 = 50,29 кПа.

у₃ = у₂ + г₃ • h₃ = 50,29 + 19,8 • 4,25 = 134,44 кПа.

у₄ = у₃ + г₄ • h₄ = 134,44 + 19,9 • 1,5 = 164,29 кПа.

у₅ = у₄ + г₅ • h₅ = 164,29 + 10,6 • 6,0 = 227,89 кПа.

По эпюре природных напряжений находим значение природного напряжения в уровне фундамента:

_zg,0 = у₁+ г₂ • h = 9,9 + 19,7 • 1, 5 = 39,45 кПа.

Дополнительное напряжение в уровне фундамента определяем по формуле:

;

кПа.

Ординаты эпюры дополнительного осадочного напряжения определяем по формуле:

,

где - коэффициент затухания напряжений, зависящий от геометрических параметров фундамента и от относительной глубины рассматриваемой точки ж

, тогда м

Расчет ординат эпюры дополнительного осадочного напряжения выполняем в табличной форме (табл. 9).

Таблица 9. Расчеты ординат для построения эпюры дополнительного осадочного напряжения

i	ж	Z = ж *b/2	б	уzр, кПа	уzg, кПа	0,5* уzg, кПа	Слои основания
0	0	0	1	386,85	39,45	19,73	Песок средней крупности, средней плотности
1	0,4	0,2	0,977	377,95	43,45	21,73
2	0,8	0,4	0,881	340,81	47,45	23,73
3	1,2	0,6	0,755	292,07	51,45	25,73
4	1,6	0,8	0,642	248,36	55,45	27,73
5	2	1	0,55	212,77	59,45	29,73
6	2,4	1,2	0,477	184,53	63,45	31,73
7	2,8	1,4	0,42	162,48	67,45	33,73
	3	1,5	0,397	153,58	69,45	34,73
8	3,2	1,6	0,374	144,68	71,41	35,71	Суглинок мягкопластичный
9	3,6	1,8	0,337	130,37	75,37	37,69
10	4	2	0,306	118,38	79,33	39,67
11	4,4	2,2	0,28	108,32	83,29	41,65
12	4,8	2,4	0,258	99,81	87,25	43,63
13	5,2	2,6	0,239	92,46	91,21	45,61
14	5,6	2,8	0,223	86,27	95,17	47,59
15	6	3	0,208	80,46	99,13	49,57
16	6,4	3,2	0,196	75,82	103,09	51,55
17	6,8	3,4	0,185	71,57	107,05	53,53
18	7,2	3,6	0,175	67,70	111,01	55,51
19	7,6	3,8	0,166	64,22	114,97	57,49
20	8	4	0,158	61,12	118,93	59,47
21	8,4	4,2	0,15	58,03	122,89	61,45
22	8,8	4,4	0,143	55,32	126,85	63,43
23	9,2	4,6	0,137	53,00	130,81	65,41
24	9,6	4,8	0,132	51,06	134,77	67,39
25	10	5	0,126	48,74	138,75	69,38	Глина тугопластичная
26	10,4	5,2	0,122	47,20	142,73	71,37
27	10,8	5,4	0,117	45,26	146,71	73,35
28	11,2	5,6	0,113	43,71	150,69	75,34
29	11,6	5,8	0,109	42,17	154,67	77,33
30	12	6	0,106	41,01	158,65	79,32
31	12,4	6,2	0,103	39,85	162,63	81,31
32	12,6	6,3	0,102	39,46	164,62	82,31
33	12,8	6,4	0,100	38,69	166,61	83,30	Песок средней крупности, средней плотности
34	13,2	6,6	0,0985	38,10	170,59	85,29
35	13,6	6,8	0,097	37,52	174,57	87,28
36	14	7	0,091	35,20	178,55	89,27
37	14,4	7,2	0,088	34,04	182,53	91,26
38	14,8	7,4	0,085	32,88	186,51	93,25
39	15,2	7,6	0,082	31,72	190,49	95,24

Находим значение 0,5•_zg = _zp.

Согласно табл.5 строим эпюру дополнительных напряжений _zp. Построением прямолинейной эпюры 0,5•_zg ограничиваем активную зону сжатия и находим зону H_s, в пределах которой считаем осадку (рис. 14).

Осадка фундамента зависит от деформационных характеристик грунтов и площади эпюры дополнительного напряжения.

Отметка подошвы фундамента FL (155,90).

Для определения осадки необходимо найти модули деформации слоев грунта, входящих в активную зону сжатия. На основании табл.5 в данную зону входят 2 слоя грунта - песок средней крупности песчаной подушки и суглинок мягкопластичный.

Для песчаной подушки примем кПа. Определяем полную осадку грунтов в слое - песок средней крупности, средней плотности песчаной подушки:

Рис 14. Схема к расчету осадки по методу элементарного суммирования для фундаментов мелкого заложения.

Определяем осадку грунтов в слое - суглинок мягкопластичный.

Обработка данных по штамповым испытаниям. Формула Шлейхера.

Для сравнения модуля деформации на разных глубинах проанализируем данные, полученные штамповыми испытаниями в скважине 1 на глубине 5м.

Таблица 10.

P, кПа	0	50	100	150	200	250	300	350	400
S, мм	0	2,65	5,20	7,70	10,55	13,50	16,60	21,40	29,50



Рис 15. График зависимости осадки от давления. Скважина 1.

Модуль деформации грунта определяется в пределах прямолинейного участка - приложенного при испытаниях давления от до

кПа

кПа

Определяем модуль деформации по формуле:

,

где щ- безразмерный коэффициент, зависящий от формы взятого для испытания штампа; для квадратного штампа щ = 0,85;

н_о- коэффициент относительной поперечной деформации грунта, зависящий от вида грунта; для суглинков н_о = 0,35;

b - ширина штампа; b = 800 мм;

Ду - приращение напряжения, действующего на штамп в интервале определения модуля деформации; Ду =у₂- у₁ = 77,13кПа;

ДS - приращение осадки, соответствующей принятому интервалу определения модуля деформации; ДS =S₂- S₁ = 9,35 - 5,29 =4,06мм

где в- коэффициент перехода от плоской задачи к пространственной; в = 0,8;

h_i - толщина i-го элементарного слоя грунта в сантиметрах;

- модуль деформации i-го элементарного слоя грунта; Модуль деформации был получен на основе данных, проведенных испытаний грунтов пробной нагрузкой полученных в скважине 1 на глубине 5м; E=11335,8кПа.

Значения берутся из таблицы 5.

Определяем полную осадку грунтов в пределах сжимаемой зоны H_s =4,065м

Предельно допустимая осадка согласно СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений» для жилого здания с железобетонным каркасом составляет S_u = 8,0 см.

Т.к. ?S<S_u (2,75см < 8,0см), то запроектированный фундамент мелкого заложения на песчаной подушке удовлетворяет требованиям СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений».

6.4 Расчет осадок фундамента мелкого заложения под наружную стену здания методом эквивалентного слоя

Фактическое давление в уровне фундамента равно P_ф = 426,3 кПа. Ширина фундамента равна B = 1,0 м. Высота от спланированной отметки (DL) до подошвы условного фундамента равна Z= 2,1м.

Дополнительное напряжение в уровне условного фундамента определяем по формуле:

;

у_zp,0 = 426,3 - 39,45 = 386,85 кПа.

Осадка слоистого основания методом эквивалентного слоя вычисляется по формуле:

S = h_э m_v у_zp,0 ,

где m_v - средневзвешенное значение относительного коэффициента сжимаемости в пределах сжимаемой толщи H_c

h_э - мощность эквивалентного слоя, h_э = A_щ b,

A_щ - коэффициент эквивалентного слоя, определяемый по таблице 7 в зависимости от значения, которое в нашем случае можно приближенно принять равным 0,3, так как в сжимаемой толще основания преобладают суглинки, а также из соотношения сторон l/b>10. Фундамент следует считать обладающим конечной жесткостью (A_щm). Поэтому значение A_щ следует брать из колонки A_щm, относящейся к v=0,3.

Получаем:

A_щm = 2,77 и h_э = A_щm b = 2,77 1,0 = 2,77 м.

Находим глубину сжимаемой толщи:

H_c = 2 h_э = 2 2,77 = 5,54 м.

Осредненное (средневзвешенное) значение относительного коэффициента сжимаемости находится по формуле:

m_v = ,

где m_v - относительный коэффициент сжимаемости i - го слоя грунта в пределах сжимаемой толщи H_c

h_i - мощность i - го слоя

z_i - расстояние от середины i - го слоя до нижней границы сжимаемой толщи H_c

Относительные коэффициенты сжимаемости слоев грунта:

- песок средней крупности средней плотности m_v1 кПа^-1

- суглинок мягкопластичный m_v2 = 5,47 10^-5 кПа^-1 (см.ранее)

-глина тугопластичная m_v2 = 2,3 10^-5 кПа^-1

По данным из таблиц строим компрессионные кривые для скв.1 - глина тугопластичная на глубине 9м (график зависимости коэффициента пористости грунта от давления в грунте основания) и определим значения коэффициента пористости, соответствующие давлениям у_zи у_zg.

По компрессионной кривой Скв. 1 получаем значения коэффициента пористости:

- для у_zg= e₁ = 0,7330;

- для у_{z полн}= у_zg +=194,63 кПаe₂ = 0,7312.



Рис.16. Компрессионная кривая. Скважина 1, глубина 9 м.

Определяем модуль деформации по формуле:

,

где в⁴- безразмерный коэффициент; определяемый по формуле:

;

где н_о- коэффициент относительной поперечной деформации грунта, зависящий от вида грунта; для глин н_о = 0,4;

;

- коэффициент относительной сжимаемости грунта; определяется по формуле:

,

где - коэффициент сжимаемости грунта в интервале изменения действующих напряжений; определяется по формуле:

у_zp= 203,75-164,29=39,46 кПа

;

;

m_v = =4,01 10^-5 кПа

Осадка слоистого основания по методу эквивалентного слоя равна:

S = h_э m_v у_zp,0 = 2,77 4,01 10^-5 386,85 = 0,043 м или 4,30см.

Рис.17. Схема к расчету осадок по методу эквивалентного слоя для фундаментов мелкого заложения.

6.5. Расчет осадок фундамента мелкого заложения под колонну здания методом послойного суммирования (СП 22.13330.2016 «Основания зданий и сооружений»)

Фактическое давление в уровне фундамента равно P_ф = 372,13 кПа. Ширина фундамента равна B = 2,0 м. Высота от спланированной отметки (DL) до подошвы фундамента равна Z= 2,1м.

Строим эпюру природных напряжений _zg.

Рис 18. Эпюра природных напряжений по оси 1 _zg.

Значения координат для построения эпюры природных напряжений определяем по формуле:

у_i = у_i-1 + г_i • h_i,

где у_i- природное напряжение на подошве рассматриваемого слоя;

у_i-1 - природное напряжение на кровле рассматриваемого;

г_i - удельный вес грунта рассматриваемого слоя с учетом взвешивающего действия воды;

h_i - толщина рассматриваемого слоя.

у₁ = у₀ + г₁ • h₁ = 0 + 16,5 • 0,6 = 9,9 кПа.

у₂ = у₁ + г₂ • h₂ = 9,9 + 19,7 • 2,05 = 50,29 кПа.

у₃ = у₂ + г₃ • h₃ = 50,29 + 19,8 • 4,25 = 134,44 кПа.

у₄ = у₃ + г₄ • h₄ = 134,44 + 19,9 • 1,5 = 164,29 кПа.

у₅ = у₄ + г₅ • h₅ = 164,29 + 10,6 • 6,0 = 227,89 кПа.

По эпюре природных напряжений находим значение природного напряжения в уровне фундамента:

_zg,0 = у₁+ г₂ • h = 9,9 + 19,7 • 1, 5 = 39,45 кПа.

Дополнительное напряжение в уровне условного фундамента определяем по формуле:

;

кПа.

Ординаты эпюры дополнительного осадочного напряжения определяем по формуле:

,

где - коэффициент затухания напряжений, зависящий от геометрических параметров фундамента и от относительной глубины рассматриваемой точки ж

, тогда м

Расчет ординат эпюры дополнительного осадочного напряжения выполняем в табличной форме (табл. 12).

Таблица 12. Расчеты ординат для построения эпюры дополнительного осадочного напряжения

i	ж	Z = ж *b/2	б	уzр, кПа	уzg, кПа	0,5* уzg, кПа	Слои основания
0	0	0	1	332,68	39,45	19,73	Песок средней крупности, средней плотности
1	0,4	0,4	0,96	319,37	47,45	23,73
2	0,8	0,8	0,8	266,14	55,45	27,73
3	1,2	1,2	0,606	201,60	63,45	31,73
	1,5	1,5	0,488	162,35	69,63	34,82
4	1,6	1,6	0,449	149,37	71,37	35,69	Суглинок мягкопластичный
5	2	2	0,336	111,78	79,29	39,65
6	2,4	2,4	0,257	85,50	87,21	43,61
7	2,8	2,8	0,201	66,87	95,13	47,57
8	3,2	3,2	0,16	53,23	103,05	51,53
9	3,6	3,6	0,131	43,58	110,97	55,49
10	4	4	0,108	35,93	118,89	59,45
11	4,4	4,4	0,091	30,27	126,81	63,41
12	4,8	4,8	0,077	25,62	134,73	67,37

Находим значение 0,5•_zg = _zp.

Согласно табл.7 строим эпюру дополнительных напряжений _zp. Построением прямолинейной эпюры 0,5•_zg ограничиваем активную зону сжатия и находим зону H_s, в пределах которой считаем осадку (рис. 19).



Рис.19. Схема к расчету осадок по методу послойного суммирования для фундаментов мелкого заложения.

Осадка фундамента зависит от деформационных характеристик грунтов и площади эпюры дополнительного напряжения.

Отметка подошвы фундамента FL (155,90).

Для определения осадки необходимо найти модули деформации слоев грунта, входящих в активную зону сжатия. На основании табл.5 в данную зону входят два слоя грунта - песок средней крупности, суглинок мягкопластичный.

Для песчаной подушки примем кПа. Определяем полную осадку грунтов в слое - песок средней крупности, средней плотности песчаной подушки:



Определяем осадку грунтов в слое - суглинок мягкопластичный.

Обработка данных по штамповым испытаниям. Формула Шлейхера.

Для сравнения модуля деформации на разных глубинах проанализируем данные, полученные штамповыми испытаниями в скважине 1 на глубине 5м.

Таблица 13.

P, кПа	0	50	100	150	200	250	300	350	400
S, мм	0	2,65	5,20	7,70	10,55	13,50	16,60	21,40	29,50

Рис 20. График зависимости осадки от давления. Скважина 1.

Модуль деформации грунта определяется в пределах прямолинейного участка - приложенного при испытаниях давления от

до

где кПа

 кПа

Определяем модуль деформации по формуле:

,

где щ- безразмерный коэффициент, зависящий от формы взятого для испытания штампа; для квадратного штампа щ = 0,85;

н_о- коэффициент относительной поперечной деформации грунта, зависящий от вида грунта; для суглинков н_о = 0,35;

b - ширина штампа; b = 800 мм;

Ду - приращение напряжения, действующего на штамп в интервале определения модуля деформации; Ду =у₂- у₁ = 55,22кПа;

ДS - приращение осадки, соответствующей принятому интервалу определения модуля деформации; ДS =S₂- S₁ = 8,1 - 5,29 =2,81мм

где в- коэффициент перехода от плоской задачи к пространственной; в = 0,8;

h_i - толщина i-го элементарного слоя грунта в сантиметрах;

- модуль деформации i-го элементарного слоя грунта; Модуль деформации был получен на основе данных, проведенных испытаний грунтов пробной нагрузкой полученных в скважине 1 на глубине 5м; E=11153кПа.

Значения берутся из таблицы 5.

Определяем полную осадку грунтов в пределах сжимаемой зоны H_s =3,25м

Предельно допустимая осадка согласно СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений» для жилого здания с железобетонным каркасом составляет S_u = 8,0 см.

Т.к. ?S<S_u (1,122см < 8,0см), то запроектированный фундамент мелкого заложения на песчаной подушке удовлетворяет требованиям СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений».

6.6 Расчет осадок фундамента мелкого заложения под колонну здания методом эквивалентного слоя

Фактическое давление в уровне фундамента равно P_ф = 372,13 кПа. Ширина фундамента равна B = 2 м. Высота от спланированной отметки (DL) до подошвы условного фундамента равна Z= 2,1м.

Дополнительное напряжение в уровне условного фундамента определяем по формуле:

;

у_zp,0 = 372,13 - 39,45 = 332,68 кПа.

Осадка слоистого основания методом эквивалентного слоя вычисляется по формуле:

S = h_э m_v у_zp,0 ,

где m_v - средневзвешенное значение относительного коэффициента сжимаемости в пределах сжимаемой толщи H_c

h_э - мощность эквивалентного слоя, h_э = A_щ b,

A_щ - коэффициент эквивалентного слоя, определяемый по таблице 7 в зависимости от значения, которое в нашем случае можно приближенно принять равным 0,3, так как в сжимаемой толще основания преобладают суглинки, а также из соотношения сторон l/b=1. Фундамент следует считать обладающим конечной жесткостью (A_щm). Поэтому значение A_щ следует брать из колонки A_щm, относящейся к v=0,3.

Получаем:

A_щm = 1,17 и h_э = A_щm b = 1,17 2 = 2,34 м.

Находим глубину сжимаемой толщи:

H_c = 2 h_э = 2 2,34 = 4,68 м.

Осредненное (средневзвешенное) значение относительного коэффициента сжимаемости находится по формуле:

m_v = ,

где m_v - относительный коэффициент сжимаемости i - го слоя грунта в пределах сжимаемой толщи H_c

h_i - мощность i - го слоя

z_i - расстояние от середины i - го слоя до нижней границы сжимаемой толщи H_c

Относительные коэффициенты сжимаемости слоев грунта:

- песок средней крупности средней плотности m_v1 = 2,47 10^-5 кПа^-1

- суглинок мягкопластичный m_v2 =5,29 10^-5 кПа^-1

- глина тугопласичная m_v3 = 2,3 10^-5 кПа^-1

Рис.21. Схема к расчету осадок по методу эквивалентного слоя для фундаментов мелкого заложения.

m_v = =3,77 10^-5 кПа^-1

Осадка слоистого основания по методу эквивалентного слоя равна:

S = h_э m_v у_zp,0 = 2,34 3,77 10^-5 332,68 = 0,029м или 2,93 см.

Расчет стабилизации осадки фундамента мелкого заложения под колонну во времени.

Стабилизированная осадка фундамента мелкого заложения под колонну методом эквивалентного слоя:

S = h_э m_v у_zp,0 = 2,34 3,77 10^-5 332,68 = 0,029м или 2,93 см.

Рассчитываем стабилизацию осадки во времени. Нестабилизированная осадка s_t на период времени t определяется по формуле:

s_t =u·s,

где u -степень консолидации, представляющая собой долю от конечной стабилизированной осадки s. Причем,

где N фактор времени, определяемый формулой:

Значения u в зависимости от N приводятся в таблице 7.5 [1], стр. 215; [2], стр. 195 или в Приложении, табл. 6 в колонке «Случай 2» треугольная эпюра с вершинами треугольника внизу. По значениям N при различных величинах степени консолидации u (от 0 до 1) можно вычислять время t_i , соответствующее сформированию нестабилизированных осадок s_t,i .

Время t_i находят по формуле:

Для определения t_i предварительно находят значение коэффициента консолидации с_v по формуле:



где и - cредневзвешенные значения соответственно коэффициентов фильтрации и относительной сжимаемости.

=3,77·10^-5 кПа^-1 (вычислено ранее)

Коэффициент консолидации с_v целесообразно привести к размерности , имея в виду, что 1 год= 365·24·60·60 секунд.

Для определения время стабилизации t по выражению

,

вычислим сомножитель, обозначенный буквой Т:

=18,017

Вычисления стабилизации осадки во времени целесообразно вести в табличной форме.

По результатам вычислений строится график s=f(t) (рис 22).

Выполненные расчеты показывают, что стабилизация осадки завершится через 549 месяцев (?46лет).

Таблица 14

u	N	t=Т·Nгод	t месяцы	st =u·s, см
0	0	0	0	0
0,1	0,005	0,09009	1,08102	0,293
0,2	0,02	0,36034	4,32408	0,586
0,3	0,06	1,08102	12,9722	0,879
0,4	0,13	2,34221	28,1065	1,172
0,5	0,24	4,32408	51,889	1,465
0,6	0,42	7,56714	90,8057	1,758
0,7	0,69	12,4317	149,181	2,051
0,8	1,08	19,4584	233,5	2,344
0,9	1,77	31,8901	382,681	2,637
0,95	2,54	45,7632	549,158	2,7835
1				2,93

Рис. 22

Список литературы

1. ГОСТ 25001-82 «Грунты. Классификация».

2. СП 22.13330.2016 «Основания зданий и сооружений».

3. СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия».

4. СП 131.13330.2012 «Строительная климатология и геофизика».

5. СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты».

6. СНиП 3.02.01-83 «Основания и фундаменты».

7. «Проектирование оснований и фундаментов в открытых котлованах» Методические указания.

8. «Свайные фундаменты. Примеры расчета и проектирования». Методические указания

Размещено на Allbest.ru