Проектирование песчаные подушки фундаментов

Содержание

Особенности проектирования песчаных подушек
Конструктивные мероприятия преобразования грунтов основания
Песчаная подушка (песчаный фундамент)
Процесс проектирования песчаных подушек
Технологии устройства песчаной подушки
Шпунтовые конструкции
Армирование грунта
4.3. Проектирование фундамента на песчаной подушке.

Особенности проектирования песчаных подушек

В проекте устройства песчаных подушек должны быть указаны:

• ширина и толщина подушки (в пределах отдельных фундаментов или зданий и сооружений в целом);

• схема планировки котлована;

• рекомендуемые виды песчаных грунтов;

• значения оптимальной влажности песчаного грунта;

• требуемая плотность песчаного грунта в теле подушки;

• толщина отсыпаемых слоев;

• типы грунтоуплотняющих механизмов и ориентировочное количество их проходок для уплотнения грунтов до требуемой плотности;

• значения прочностных и деформационных характеристик песчаной подушки;

• условное расчетное сопротивление уплотненного грунта подушки;

• указания по проведению опытных работ и контролю качества при производстве работ по уплотнению.

В принципе расчет песчаной подушки сводится к определению ее размеров (ширины b_n и высоты h_n) и суммарной величины окончательной осадки песчаной подушки и подстилающего слабого слоя. Размеры подушки устанавливают, исходя из несущей способности слабого слоя грунта на уровне подошвы подушки. При этом расчетное сопротивление R_n на уровне кровли подушки принимается, равным расчетному сопротивлению песка или другого материала с том его плотности.

Для определения высоты песчаной подушки на слабых грунтах Н.А. Цытович [49] предлагает следующую упрощенную формулу (рис. 4.1):

(4.1)

где – высота песчаной подушки, м;

– наименьший размер подошвы фундамента, м;

– коэффициент, определяемый из графика на рис. 4.2 в зависимости от соотношения Rп/Rc и a/b;

R_n – расчетное сопротивление грунта подушки, кПа;

R_c – расчетное сопротивление слабого слоя, кПа;

а, b – размеры фундамента в плане, м.

Для определения ширины подушки задаются распределением давления в ней под углом α, который принимается равным α = 30-45°. Тогда

(4.2)

Рис. 4.2. Расчетная схема и график для определения высоты песчаной подушки по Н.А. Цытовичу

После назначения размеров фундаментов и песчаных подушек необходимо произвести их проверку по слабому подстилающему слою согласно п. 5.6.25 СП 22.13330.2011 [25] по формуле:

(4.3)

где , , – вертикальные напряжения в грунте на глубине z от подошвы фундамента (п. 5.6.31, 5.6.32 СП 22.13330.2011 [35]), кПа;

– расчетное сопротивление грунта слабого слоя, кПа, вычисленное по формуле (5.7) СП 22.13330.2011 [35] для условного фундамента шириной , равной

(4.4)

где – нагрузка, передаваемая на основание проектируемым фундаментом;

– длина и ширина проектируемого фундамента.

В случае ленточного фундамента с нагрузкой ширину условного фундамента допускается определять по формуле

В случае квадратного фундамента

g w:val=»EN-US»/> A z «>

На лессовых просадочных грунтах высоту песчаной подушки необходимо назначать из условия, что полное давление на уровне низа подушки, равное сумме природного и дополнительного давлений, не должно превышать начального давления просадочности т. е. должно удовлетворяться условие

(4.5)

Необходимо отметить, что в предложенных методах расчета с увеличением высоты подушки значительно увеличивается и ее ширина, следовательно, повышается ее стоимость.

В соответствии с требованиями действующих строительных норм неоднородные (искусственные) основания должны рассчитываться по двум группам предельных состояний: по несущей способности и по деформациям.

По несущей способности неоднородные основания рассчитываются в соответствии с положениями и требованиями
СП 22.13330.2011 [25] и соответствующих пособий к ним.

Опыт показывает, что устройство подушек в слабых грунтах только в пределах зон распределения максимальных сжимающих напряжений (см. рис. 4.2) не всегда обеспечивает надежную их работу в связи с возможностью бокового расширения этих грунтов при загружении. Учитывая условия полного исключения бокового расширения подушек, проф. Б.И. Далматов предложил метод расчета подушек по условию устойчивости [9].

При устройстве песчаных подушек используется крупно- или среднезернистый песок, который отсыпают слоями толщиной
30-120 см (в зависимости от вида грунтоуплотняющего механизма) и уплотняют до достижения плотности сухого грунта в его теле
p_d = 1,65-1,80 т/м 3 . Их размеры в плане должны превышать размеры фундаментов не менее чем на 1 м в каждую сторону.

Расчетное сопротивление и осадки фундаментов на уплотненных песчаных подушках вычисляются по схеме двухслойного основания, состоящего из верхнего уплотненного слоя песчаной подушки и подстилающего грунта природной структуры. Прочностные характеристики и модули деформации уплотненных грунтов принимаются, как правило, по результатам непосредственных их испытаний. При их отсутствии указанные характеристики допускается принимать по табл. 3.4, 3.5 и 3.6.

Качество отсыпки и укатки грунта проверяют определением толщины отсыпаемого слоя, его влажности и плотности в сухом состоянии после уплотнения в наиболее характерных пунктах, располагаемых на каждых 300-600 м 2 уплотненной площади. При толщине слоя грунта до 0,5 м плотность и влажность определяют в середине слоя, а при большей – на двух горизонтах, расположенных на расстоянии 0,1-0,15 м выше и ниже слоя.

При производстве контроля качества уплотнения песчаных подушек используют метод лунки для крупнообломочных и песчаных грунтов, радиоактивных изотопов поверхностными приборами, зондирования (для песчаных грунтов).

Источник

Конструктивные мероприятия преобразования грунтов основания

Песчаная подушка (песчаный фундамент)

При залегании в основании фундамента слабых грунтов, которые обладают низкой несущей способностью или высокими значениями сжимаемости чаще всего целесообразней запроектировать замену слабого несущего слоя другим грунтом с заданными прочностными и деформационными характеристиками.

Такие грунтовые слои называют песчаные (грунтовые) подушки или песчаный фундамент.

В качестве основного материала для таких оснований часто используют — крупные и среднезернистые пески, щебень, гравий или промышленный шлак. В некоторых случаях используют местный грунт с преобразованными свойствами — перемятые грунты.

Как правило, толщина песчаной подушки не превышает 3 метров.

При проектировании толщины песчаной подушки в первую очередь исходят из количества заменяемого грунта. Здесь бывает два случая:

Полная выборка слабого грунта и устройство песчаной подушки с опиранием на кровлю подстилающего прочного слоя;
Частичная выборка слабого грунта с последующим устройством «висячей» песчаной подушки.

Ко второму варианту прибегают, когда экономически нецелесообразно или технически невозможно выбрать всю толщу слабого слоя. В этом случае проектирование песчаной подушки является более сложным процессом.

Процесс проектирования песчаных подушек

Проектирование песчаных подушек (песчаного фундамента) состоит из следующих шагов:

Выбирают материал грунтовой подушки;
Задают расчетные значения физико-механических характеристик грунта;
Определяют размеры подушки (фундамента) в плане;
Изменяя геометрические параметры песчаной подушки (размеры в плане и толщину) в несколько итераций, выполняют расчет песчаной подушки и определяют минимально допустимую ее толщину. При этом давление под песчаной подушкой должно быть меньше допустимого сопротивления слабого подстилающего слоя;
Выполняют поверочный расчет по второму предельному состоянию (по деформациям). В случае удовлетворения требования по деформациям принятые геометрические параметры песчаной подушки закладывают в проектную документацию.

Песчаные и грунтовые подушки могут выполняться как под все здание так и под некоторые фундаменты.

Основной эффект от применения таких решений это снижение осадок здания, также уменьшается неравномерность осадок. К тому же возможно уменьшение глубины заложения фундаментов за счет замены пучинистых грунтов материалом подушки.

Технологии устройства песчаной подушки

Песчаные подушки под фундамент выполняются по определенным технологиям. Их возводят таким образом, чтобы добиться максимальной плотности массива подушки. Это достигается посредством послойного трамбования. Толщину слоя и количество трамбования закладывают проектом в зависимости от применяемых трамбующих машин и механизмов. Для этого часто используют виброплиты, вибротрамбовки и пневмотрамбовки.

Выполненные работы принимаются строительной лабораторий с учетом соответствия работ проектной документации.

Шпунтовые конструкции

При использовании шпунтовых конструкций, в качестве мероприятий по усилению оснований, несущая способность повышается за счет стесненния развития напряжений и деформаций в грунтовом массиве. Шпунтовые конструкции повсеместно применяются в строительной практике.

Как правило шпунты проектируют на глубину расположения относительно прочного грунта, прорезая слабые грунтовые напластования.

При проектировании шпунтовых ограждений вблизи существующей застройки необходимо выполнять расчеты на развитие дополнительных деформаций грунтов при производстве работ, при этом, также, учитывается возможное изменение гидрогеологических условий площадки.

В качестве шпунтовых конструкций используют:

буронабивные сваи;
железобетонные стены из «секущихся» свай;
железобетонный шпунт;
металлический шпунт (шпунт «ларсена»);
прокатный профиль — двутавр, трубы;
конструкции «стена в грунте» и пр..

Армирование грунта

Армирование грунта представляет собой послойное (0.3-1.0м) расположение армирующих элементов в горизонтальном направлении. Армирующие элементы воспринимают касательные и растягивающие напряжения в толще грунта, тем самым, препятствуют развитию боковых и вертикальных деформаций грунтового массива.

В качестве армирующих элементов используют — геотекстильные сетки, пластиковые и металлические полосы, при этом, для повышения эффективности работы обеспечивается повышенная шероховатость поверхностей.

В практике строительства армирование грунта выполняется при устройстве обратных засыпок подпорных стен (снижается активное давление), при устройстве искусственных насыпей и землянных сооружений, возможно их применение в основаниях фундаментов зданий и сооружений.

Разработка конструктивных мероприятий преобразования грунтя является частью комплексных работ по устройству оснований фундаментов зданий и сооружений.

Наша организация предлагает комплексные работы по подготовки проектной и рабочей документации конструктивного раздела на разработку комплексных мероприятий преобразования грунтов.

Более полную информацию по разработке документации по усилению фундаментов вы можете получить позвонив нам по телефону + 7 (499) 350-23-58, или оставив заявку по форме или по электронной почте.

Источник

4.3. Проектирование фундамента на песчаной подушке.

Искусственное основание в виде песчаной распределительной подушки применяют в тех случаях, когда естественное основание оказывается недостаточно прочным или сильно сжимаемым, и его использование, например, путем увеличения площади фундамента или глубины его заложения, экономически нецелесообразно. При устройстве подушки слабый грунт вынимается на некоторую глубину и заменяется крупно- или среднезернистым песком, уплотняемым до заданной плотности с помощью грунтоуплотняющих машин. Если в основании залегают рыхлые пески, то подушка устраивается путем их глубинного виброуплотнения, либо поверхностным трамбованием. При незначительной толще слабых грунтов (илистых, заторфованных) подушка может устраиваться путем втрамбовывания в грунт щебня, гравия и т.п.

При проектировании фундамента на песчаной подушке требования к планово-высотной привязке здания и оценке инженерно-геологических условий площадки строительства те же, что и при естественном основании (см. п.4.1.). Расчет подушки сводится к определению ее размеров (см. рис.4.8) и осадки возводимого на ней фундамента в следующей последовательности.

4.3.1 Назначается глубина заложения фундамента d в соответствии с п.4.2.1. При высоком УПВ возможно заиливание подушки и ее морозное пучение (даже при крупнозернистом песке). Поэтому для этих случаев необходима проверка условия d ≥ d_f, при невыполнении которого необходимо применение специальных противопучинных мероприятий.

4.3.2. Определяется площадь фундамента а соответствии с п.4.2.2. и определяются давления по его подошве по формулам (4.8-4.10). В качестве материала подушки в курсовом проекте принять средне- или крупнозернистый песок с достигнутой плотностью ρ = 2т/м 3 (γ = 20кН/м 3 ), модулем деформации Е = 40 МПа, углом внутреннего трения φ_II = 40 о . В случае устройства основания путем уплотнения местных песков до Е = 40 МПа принять φ_II по таблице 4.4. для соответствующего вида грунта. Табличное значение расчетного сопротивления грунта подушки R_o в формуле (4.3) принять по табл. 2 к приложению 3 к СНиП /9/ (табл.46 пособия /12/) как для плотных песков. Расчетное сопротивление грунта подушки определяется по формуле (7) СНиП /9/ с использованием указанных выше значений φ_II.

4.3.3. Высота подушки h_п подбирается исходя из напряжения, которое можно передать на подстилающий (более слабый) грунт, т.е. проверяется условие (9) СНиП /9/.

Ширина b_п и длина l_п подушки назначаются с учетом угла рассеивания напряжений в подушке α / = 45 о – φ/2. Форма поперечного сечения подушки зависит от крутизны откосов котлованов, принимаемых в зависимости от вида грунта. Угол наклона откоса к горизонту β принимается: β = 56-50 о – для супесей твердых (J_L о – для супесей пластичных (0 ≤ J_L ≤1), β = 60-58 о – для суглинков и глин твердых и полутвердых (0 3 ; γ = 20кН/м 3 ; Е = 40 МПа; угол внутреннего трения φ_II = 40 о . Инженерно-геологические условия, нагрузки на обрез фундамента те же, что и в примерах №1 и №2.

Решение. В связи с высоким УПВ глубина заложения фундамента должна быть не менее расчетной глубины промерзания и по конструктивным соображениям принимается на глубине 2,95 м. По таблице 2 приложения 3 к СНиП /9/ определяем площадь фундамента в первом приближении:

По каталогу /8/ принимаем фундамент ФД 16-20: l = 3,0 м; b = 2,1 м; d = 2,95 м; V_ф = 6,37 м 3 .

Вес фундамента: G_ф = (6,37 + 2,1 × 1,2 × 0,55) × 25 = 194 кН.

Вес грунта на уступах с учетом К_о.р.з. = 0,95:

G_гр = (3,0 × 2,1 × 2,95 – 7,77) × 0,95 × 20,5 = 210 кН.

Эскиз фундамента представляем на рис.4.8. Усилия, приведенные к центру тяжести, равны:

3119 + 194 + 210 = 3523 кН;

743,9 + 90,6 × 2,4 = 961,3 кНм.

Определяем расчетное сопротивление грунта подушки по формуле /7/ СНиП /9/:

Здесь k = 1,1, т.к. характеристики с_II и φ_II приняты ориентировочно по таблицам СНиП /9/; γ_II = γ_sb = γ – γ_w, т.е. учтено взвешивающее действие воды на материал подушки, т.к. фундамент закладывается ниже УПВ.

Проверяем условия 4.8 — 4.10:

;

Условие (4.9) не выполняется. Изменяем площадь подошвы фундамента: ФД 21-25 с размерами подошвы l = 3,0 м; b = 2,4 м; V_ф = 6,07 м 3 . Проделав те же вычисления, получим:

; ;