Ширина обреза фундамента это

5.5.3. Определение основных размеров фундаментов (ч. 1)

Основные размеры фундаментов мелкого заложения (глубина и размеры подошвы) в большинстве случаев определяются исходя из расчета оснований по деформациям, который включает:

• – подсчет нагрузок на фундамент;
• – оценку инженерно-геологических и гидрогеологических условий площадки строительства; определение нормативных и расчетных значений характеристик грунтов;
• – выбор глубины заложения фундамента;
• – назначение предварительных размеров подошвы по конструктивным соображениям или исходя из условия, чтобы среднее давление на основание равнялось расчетному сопротивлению грунта, приведенному в табл. 5.13;
• – вычисление расчетного сопротивления грунта основания R по формуле (5.29), изменение в случае необходимости размеров фундамента с тем, чтобы обеспечивалось условие p ≤ R ; в случае внецентренной нагрузки на фундамент, кроме того, проверку краевых давлений;
• – при наличии слабого подстилающего слоя проверку соблюдения условия (5.35);
• – вычисление осадок основания и проверку соблюдения неравенства (5.28); при необходимости корректировку размеров фундаментов.

В случаях, оговоренных в п. 5.1, выполняется расчет основания по несущей способности. После этого производятся расчет и конструирование самого фундамента.

А. ЦЕНТРАЛЬНО НАГРУЖЕННЫЕ ФУНДАМЕНТЫ

Определение размеров подошвы фундамента по заданному значению расчетного сопротивления грунта основания. Обычно вертикальная нагрузка на фундамент N₀ задается на уровне его обреза, который чаще всего практически совпадает с отметкой планировки. Тогда суммарное давление на основание на уровне подошвы фундамента будет:

где — среднее значение удельного веса фундамента и грунта на его обрезах, принимаемое обычно равным 20 кН/м 3 ; d и А — глубина заложения и площадь подошвы фундамента.

Если принять p = R , получим следующую формулу для определения необходимой площади подошвы фундамента:

Задавшись соотношением сторон подошвы фундамента η = l/b , получим:

Зная размеры фундамента, вычисляют его объем и вес N_f , а также вес грунта на его обрезах N_g и проверяют давление по подошве:

Определение размеров подошвы фундамента при неизвестном значении расчетного сопротивления грунта основания. Как видно из формулы (5.29), расчетное сопротивление грунта основания зависит от неизвестных при проектировании размеров фундамента (глубины его заложения d и размеров в плане b×l ), поэтому обычно эти размеры определяются методом последовательных приближений. В качестве первого приближения принимают размеры фундамента по конструктивным соображениям или из условия (5.41), т.е. принимая R = R₀ .

Однако необходимые размеры подошвы фундамента можно определить за один прием. Из формулы (5.41)

ηb 2 (R – d) – N₀ = 0 ,

а с учетом формулы (5.29) при b k_z = 1)

Уравнение (5.43) приводится к виду:

для ленточного фундамента

для прямоугольного фундамента

;

;

Решение квадратного уравнения (5.44) производится обычным способом, а уравнения (5.45) — методом последовательного приближения или по стандартной программе.

После вычисления значения b с учетом модульности и унификации конструкций принимают размеры фундамента и проверяют давление по его подошве по формуле (5.42).

Пример 5.7. Определить ширину ленточного фундамента здания жесткой конструктивной схемы без подвала ( d_b = 0). Отношение L/H = 1,5. Глубина заложения фундамента d = 2 м. Нагрузка на фундамент на уровне планировки n₀ = 900 кН/м. Грунт — глина с характеристиками, полученными при непосредственных испытаниях: φ_II = 18°, c_II = 40 кПа, γ_II = γ´_II = 18 кН/м 3 , I_L = 0,45.

Решение. по табл. 5.10 имеем: γ_с1 = 1,2 и γ_с2 = 1,1; по табл. 5.11 при φ_II = 18°; М_γ = 0,43; М_q = 2,73; М_c = 5,31. Поскольку характеристики грунта приняты по испытаниям, k = 1.

Для определения ширины фундамента b предварительно вычисляем:

;

a₁ = 1,2·1,1(2,73 · 2 · 18 + 5,31 · 40) – 20 · 2 = 370,1.

Подставляя эти значения в формулу (5.44), получаем 10,22 b 2 + 370,1 b – 900 = 0, откуда

м.

Принимаем b = 2,4 м.

Пример 5.8. Определить размеры столбчатого фундамента здания гибкой конструктивной схемы ( γ_с2 = 1). Соотношение сторон фундамента η = l/b = 1,5, нагрузка на него составляет: N₀ = 4 МН = 4000 кН. Грунтовые условия и глубина заложения те же, что и в предыдущем примере.

a₀η = 1,2 · 1 · 0,43 · 18 · 1,5 = 13,93;

a₁η = [1,2 · 1(2,73 · 2 · 18 + 5,31 · 40) – 20 · 2] 1,5 = 499,22.

Затем, подставляя в уравнение (5.45) полученные величины (13,93 b 3 + 499,22 b 2 – 4000 = 0) и решая его по стандартной программе, находим b = 2,46 м, тогда l = 1,5 b = 3,7 м.

Принимаем фундамент с размерами подошвы 2,5×3,7 м.

Определение размеров подошвы фундамента при наличии слабого подстилающего слоя. При наличии в пределах сжимаемой толщи основания (на глубине z от подошвы фундамента) слоя грунта с худшими прочностными свойствами, чем у лежащего выше грунта, размеры фундамента необходимо назначать такими, чтобы обеспечивалось условие (5.35). Это условие сводится к определению суммарного вертикального напряжения от внешней нагрузки и от собственного веса лежащих выше слоев грунта ( σ_z = σ_zp + σ_zg ) и сравнению этого напряжения с расчетным сопротивлением слабого подстилающего грунта R применительно к условному фундаменту, подошва которого расположена на кровле слабого грунта.

Пример 5.9. Определить размеры столбчатого фундамента при следующих инженерно-геологических условиях (см. рис. 5.24). На площадке от поверхности до глубины 3,8 м залегают песни крупные средней плотности маловлажные, подстилаемые суглинками. Характеристики грунтов по данным испытаний: для песка φ_II = 38°, с_II = 0, γ_II = γ´_II = 18 кН/м 3 , E = 40 МПа; для суглинков φ_II = 19°, с_II = 11 кПа, γ_II = 17 кН/м 3 , E = 17 МПа. Здание — с гибкой конструктивной схемой без подвала ( d_b = 0). Вертикальная нагрузка на фундамент на уровне поверхности грунта N₀ = 4,7 MH. Глубина заложения фундамента d = 2 м. Предварительные размеры подошвы фундамента примяты исходя из R = 300 кПа (табл. 5.13) равными 3×3 м.

Решение. по формуле (5.29) с учетом табл. 5.11 и 5.12 получаем;

кПа.

Для определения дополнительного вертикального напряжения от внешней нагрузки на кровле слабого грунта предварительно находим:

среднее давление под подошвой

p = N₀/b 2 + d = 4,7 · 10 3 /3 2 + 20 · 2 = 520 + 40 = 560 кПа;

дополнительное давление на уровне подошвы

По табл. 5.4 при ζ = 2z/b = 2 · 1,8/3 = 1,2 коэффициент α = 0,606. Тогда дополнительное вертикальное напряжение па кровле слабого слоя от нагрузки на фундамент будет:

Ширина условного фундамента составит:

м.

Для условного фундамента на глубине z = 1,8 м при γ_c1 = γ_c2 = k = 1 расчетное сопротивление суглинков по формуле (5.29) будет:

R_z = 0,47 · 4 · 17 + 2,88 · 3,8 · 18 + 5,48 · 11 = 30 + 196 + 60 = 286 кПа.

Вертикальное нормальное напряжение от собственного веса грунта на глубине z = 3,8 м

Проверяем условие (5.35):

315 + 62 = 377 > R_z = 286 кПа,

т.е. условие (5.35) не удовлетворяется и требуется увеличить размеры фундамента. Расчет показал, что в данном случае необходимо принять b = 3,9 м.

Сорочан Е.А. Основания, фундаменты и подземные сооружения

Источник

ФУНДАМЕНТЫ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ

Термины и определения

Грунты –любые горные породы, которые в инженерно-строительной деятельности человека используются в качестве оснований сооружений, среды, в которой сооружения возводятся, или материала для сооружений.

Прочность грунта – способность сопротивляться воздействию внешних нагрузок не разрушаясь.

Фундамент – подземная часть здания, которая предназначена для передачи нагрузки от здания на залегающие грунты основания.

Осадка– вертикальные перемещения подошвы фундамента. Основной вид деформации.

Обрез— верхняя плоскость фундамента, на которую опираются надземные конструкции.

Глубина заложения – расстояние от поверхности планировки до подошвы.

Высота фундамента – определяется расстоянием от подошвы фундамента до его обреза.

Центрально-нагруженный фундамент – фундамент, у которого центр тяжести подошвы и внешней нагрузки находится на одной вертикали.

Внецентрально-нагруженный фундамент – фундамент, у которого внешняя нагрузка приложена с эксцентриситетом относительно центра тяжести подошвы фундамента.

можно только подчиняясь ей.

Определение глубины заложения подошвы фундамента

Глубина заложения фундамента определяется из условия промерзания.

Нормативная глубина промерзания определяется по формуле

, (1)

где M_t – безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур воздуха в данном районе; СНиП II-I-82.Строительная климатология и геофизика. Нормы проектирования. М.:Стройиздат,1983.

d₀ – величина, принимаемая равной:

0,23 — для суглинков, глин;

0,28 — для супесей, песков мелких и пылеватых;

0,30 — для песков гравелистых, крупных и средней крупности;

0,34 — для крупнообломочных грунтов.

Расчетная глубина сезонного промерзания грунта определяется :

, (2)

где — коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения, принимаемый для фундаментов неотапливаемых сооружений =1,1 , а для отапливаемых по таблице СНиП 2.02.01-83(табл.9).

Нормы рекомендуют расчетную глубину заложения фундаментов наружных стен и колонн принимать по табл.8 в зависимости от положения уровня подземных вод и показателя текучести пылевато-глинистых грунтов, которые должны сохраняться в течение всего периода эксплуатации зданий.

Глубина заложения подошвы фундаментов d
в зависимости от расчетной глубины промерзания

Наименование грунта под подошвой фундамента	Глубина заложения фундаментов от уровня планировки в зависимости от глубины расположения подземных вод,м
Скальные, крупнообломочные с песчаным заполнителем, пески гравелистые, крупные и средней крупности	при	при
Не зависит от	Не зависит от
Пески мелкие и пылеватые	Не менее	То же
Супеси с показателем текучести: при IL Коэффициент влияния теплового режима сооружения на промерзание грунтов около фундаментов наружных стен Особенности сооружения Коэффициент при расчетной среднесуточной температуре воздуха в помещении, примыкающем к фундаментам наружных стен, 20 и более Без подвала, с полами, устраиваемыми: на грунте на лагах по грунту по утепленному цокольному перекрытию С подвалом или техническим подпольем 0,9 1,0 1,0 0,8 0,8 0,9 1,0 0,7 0,7 0,8 0,9 0,6 0,6 0,7 0,8 0,5 0,5 0,6 0,7 0,4 Примечание. При промежуточных значениях температуры воздуха коэффициент принимается с округлением до ближайшего меньшего значения. Если подошва фундамента попадает на слабый слой (R0 — не нормируется), необходимо изменить глубину заложения и выбрать несущий слой путем анализа инженерно – геологических условий. Определение размеров подошвы фундаментов Расчет по несущей способности производят исходя из теории линейной деформируемой среды, где среднее давление под подошвой фундамента ограничивается развитием зон пластических деформаций под краями фундамента на глубину d, не превышающую 0,25 ширины подошвы фундамента. Такое давление называется расчетным сопротивлением грунта основания R. . (3) В Нормах (СНиП 2.02.01-83) при проектировании фундаментов в открытых котлованах требуется обеспечить условие: где pII – среднее давление по подошве фундамента, кПа; R- расчетное сопротивление основания, кПа. Для внецентренно-нагруженных фундаментов проверяются условия: где Рmax,Рmin, – краевые давления подошвы внецентренно нагруженного фундамента. Условие (10) обеспечивает исключение отрыва подошвы фундамента от грунта. Применительно к прямоугольной площади подошвы фундамента краевые давления можно определить по формулам: (7) Эксцентриситеты и . (8) В случае, когда момент действует только относительно одной главной оси инерции, что бывает достаточно часто, формулы (11) примут вид: (9) где – эксцентриситет равнодействующей относительно центра тяжести площади подошвы фундамента, м. Исходя из условия равновесия площадь подошвы центрально-нагруженного фундамента: , (10) где – расчетная нагрузка по второй группе предельных состояний, приложенная к обрезу фундамента (в уровне планировочной отметки), кН; — осредненное расчетное значение удельного веса грунта и материала фундамента. Принимается =17 кН/м 3 для подвальных зданий, =20 кН/м 3 для бесподвальных зданий; d – глубина заложения фундамента, считая от планировочной отметки или пола здания по грунту, м; R0— условное расчетное сопротивление грунта основания, кПа. После нахождения площади подошвы устанавливаются размеры фундамента: 1) , м – в случае квадратной подошвы; (11) 2) в случае прямоугольной подошвы: , (12) где — коэффициент отношения размеров большей стороны к меньшей (ширине) b. Для ленточного (непрерывного) фундамента м, т.е. ширина численно равна площади подошвы, так как используемая расчетная нагрузка обычно приходится на м длины фундамента. Найденные размеры подошвы фундамента округляются с учетом принятой модульности и унификации элементов конструкций (табл.10, 11, 12), конструируют и рассчитывают фундамент на прочность. По принятым размерам фундамента определяют его объем и вес , (13) где — удельный вес материала, кН/м 3 , из которого будет изготовлен фундамент: – особо тяжелый бетон, применяемый для специальных защитных конструкций, изготавливается на особо тяжелых заполнителях (барит, магнетит, чугунный скрап) ; – тяжелый бетон, применяемый во всех несущих конструкциях, изготавливается на песке, гравии, щебне из тяжелых горных пород; – облегченный, применяют преимущественно в несущих конструкциях. Расчетный вес грунта над уступами фундамента находят из выражения: , (14) где – удельный вес грунта обратной засыпки, кН/м 3 . Принимается равным , где коэффициент 0,95 выражает соотношение между удельными весами грунтов нарушенной и ненарушенной структуры. Размеры подошвы фундамента должны быть проверены исходя из условия (15) где– среднее давление по подошве фундамента, кПа; – расчетная нагрузка от веса фундамента, кН; – расчетная нагрузка от веса грунта и пола подвала, лежащих на уступах фундамента, кН; и – длина и ширина фундамента, соответственно, м; – расчетное сопротивление грунта основания, кПа. Расчетное сопротивление грунта основания согласно СНиП 2.02.01-83 определяется по формуле: , (16) гдеи — коэффициенты условий работы, принимаются по табл.13; k — коэффициент, k=1, если характеристики свойств грунтов определены опытным путем; k=1,1, если характеристики приняты по справочным таблицам (табл.1.3 СНиП 2.02.01-83); — коэффициенты, принимаемые по табл.14 в зависимости от угла внутреннего трения слоя грунта, залегающего под подошвой фундамента; — расчетное значение удельного веса слоя грунта, залегающего выше подошвы фундамента, кН/м 3 ; — расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа; d1 — глубина заложения фундаментов бесподвальных зданий от уровня планировки или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле: , (18) где hs — толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м; hcf — толщина конструкции пола подвала, м; — расчетное значение удельного веса материала пола подвала, кН/м 3 ; db — глубина подвала, принимается при ширине сооружения В 0,5	1,1	1,0	1,0

После проверки условия р_II≤R и Р_max≤1,2R производятся конструирование фундамента, определение формы, размеров его элементов по высоте.

Для колонн принимается квадратный в плане фундамент, а для стен конструирование ведется на 1 м.п. фундамента l=1м.

По высоте фундаменту придают ступенчатую форму, под колонну — форму стаканного типа, для стен возможна трапециевидная форма.

Предельный угол распределения давления в плане принимается для бетонных фундаментов α=35 0 , а для железобетонных – α=45 0 .

В зависимости от общей высоты фундамента может быть одна, две или несколько ступеней. Высота ступеней не должна превышать 0,9м и быть кратной 0,15м, минимальная высота ступени — 0,3м, а ширина ступеней должна быть кратной 0,1м.

Окончательные размеры фундамента принимаются после расчета деформаций оснований.

Значения коэффициентов

Угол внутрен-него трения φII,град	Коэффициенты	Угол внутрен-него трения φII,град.	Коэффициенты
Mγ	Mq	Mc	Mγ	Mq	Mc
0,00	1,00	3,14	0,69	3,65	6,24
0,01	1,06	3,23	0,72	3,87	6,45
0,03	1,12	3,32	0,78	4,11	6,67
0,04	1,18	3,41	0,84	4,37	6,90
0,06	1,25	3,51	0,91	4,64	7,14
0,08	1,32	3,61	0,98	4,93	7,40
0,10	1,39	3,71	1,06	5,25	7,67
0,12	1,47	3,82	1,15	5,59	7,95
0,14	1,55	3,93	1,24	5,95	8,24
0,16	1,64	4,05	1,34	6,35	8,55
0,18	1,73	4,17	1,44	6,76	8,88
0,21	1,83	4,29	1,55	7,21	9,21
0,23	1,94	4,42	1,68	7,71	9,58
0,26	2,05	4,55	1,81	8,25	9,98
0,29	2,17	4,69	1,95	8,81	10,37
0,32	2,30	4,84	2,11	9,44	10,80
0,36	2,43	5,00	2,28	10,11	11,25
0,39	2,57	5,15	2,46	10,84	11,73
0,43	2,72	5,31	2,66	11,64	12,24
0,47	2,89	5,48	2,87	12,50	12,77
0,51	3,06	5,66	3,12	13,46	13,37
0,56	3,24	5,84	3,37	14,48	13,96
0,61	3,44	6,04	3,66	15,64	14,64

Расчет оснований по деформациям

Расчет осадки фундамента методом послойного суммирования

Вертикальные напряжения в основании определяются как для однородного изотропного линейно-деформируемого полупространства от действия местной равномерно распределенной нагрузки.

Определение осадки выполняется для центральной оси фундамента в следующей последовательности.

1. Изображаются контуры проектируемого фундамента и напластования грунта М1:100.

2. Слева от вертикальной оси строится эпюра вертикальных природных напряжений от собственного веса грунта

(19)

с учетом взвешивающего действия воды и водоупора,

где γ_i — удельный вес природного грунта, кН/м 3 ;

n — число слоев грунта.

Отдельные слои рекомендуется принимать мощностью

, м. (20)

Для фундаментов больших размеров (ширина подошвы фундамента ) мощность отдельного слоя целесообразно принимать

, м. (21)

3. Справа от вертикальной оси строится эпюра дополнительных напряжений σ_zрi.

, (22)

где коэффициент, принимаемый по табл. 15 и зависящий от фиксированных параметров

и , (23)

дополнительное среднее давление, распределенное по подошве фундамента (при ), определяется:

, (24)

где – расчетное значение удельного веса слоя грунта, залегающего выше подошвы фундамента, кН/м 3 ;

– среднее давление по подошве фундамента, кПа (по формуле 19);

d — глубина заложения фундамента, считая от планировочной отметки или пола здания по грунту, м.

4. Величина с глубиной убывает, поэтому при расчете ограничиваются такой сжимаемой толщей, при которой напряжение не превышает 20% природного напряжения (деформации грунтов на этой глубине пренебрежимо малы), т.е.

. (25)

Если ниже границы сжимаемой толщи расположены сильно сжимаемые грунты (), то активную мощность сжимаемого слоя следует определять из условия .

Для этого также справа от вертикальной оси строится эпюра 0,2σ_zgi (или 0,1σ_zgi), которая накладывается на эпюру σ_zрi и устанавливается точка их пересечения.

5. Осадка основания фундамента определяется как сумма осадок отдельных слоев грунта n, на которые разбита сжимаемая толща H_c, по формуле

, (26)

где β – коэффициент, зависящий от бокового расширения грунта . Принимается β=0,8, т.к. при расчете не учитываются горизонтальные напряжения, действующие в массиве грунта от нагрузки на фундамент, жесткость фундамента и горизонтальные напряжения в основании уменьшают осадку центра подошвы фундамента.

Осадку основания фундамента также можно определить по формуле:

, (27)

где коэффициент относительной сжимаемости i– го слоя,

; (28)

n – число слоев грунта в пределах сжимаемой толщи.

Схема к расчету осадки по методу линейно деформируемого полупространства

Значения коэффициента α

ξ=	Коэффициент α для фундаментов
круглых	прямоугольных с соотношением сторон η=l/b	ленточных η≥10
1,0	1,4	1,8	2,4	3,2	5,0
0,4	0,949	0,96	0,972	0,975	0,977	0,977	0,977	0,977
0,8	0,756	0,8	0,848	0,866	0,876	0,879	0,881	0,881
1,2	0,547	0,606	0,682	0,717	0,739	0,749	0,754	0,755
1,6	0,390	0,449	0,532	0,578	0,612	0,629	0,639	0,642
2,0	0,285	0,336	0,414	0,463	0,505	0,53	0,545	0,550
2,4	0,214	0,257	0,325	0,374	0,419	0,449	0,470	0,477
2,8	0,165	0,201	0,260	0,304	0,349	0,383	0,410	0,420
3,2	0,130	0,160	0,210	0,251	0,294	0,329	0,360	0,374
3,6	0,106	0,131	0,173	0,209	0,250	0,285	0,319	0,337
4,0	0,087	0,108	0,145	0,176	0,214	0,248	0,285	0,306
4,4	0,073	0,091	0,123	0,150	0,185	0,218	0,255	0,280
4,8	0,062	0,077	0,105	0,130	0,161	0,192	0,230	0,258
5,2	0,053	0,067	0,091	0,113	0,141	0,170	0,208	0,239
5,6	0,046	0,058	0,079	0,099	0,124	0,152	0,189	0,223
6,0	0,040	0,051	0,070	0,087	0,110	0,136	0,173	0,208
6,4	0,036	0,045	0,062	0,077	0,099	0,122	0,158	0,196
6,8	0,031	0,040	0,055	0,064	0,088	0,110	0,145	0,185
7,2	0,028	0,036	0,049	0,062	0,080	0,100	0,133	0,175
7,6	0,024	0,032	0,044	0,056	0,072	0,091	0,123	0,166
8,0	0,022	0,029	0,040	0,051	0,066	0,084	0,113	0,158
8,4	0,021	0,026	0,037	0,046	0,060	0,077	0,105	0,150
8,8	0,019	0,024	0,033	0,042	0,055	0,071	0,098	0,143
9,2	0,017	0,022	0,031	0,039	0,051	0,065	0,091	0,137
9,6	0,016	0,020	0,028	0,036	0,047	0,060	0,085	0,132
10,0	0,015	0,019	0,026	0,033	0,043	0,056	0,079	0,126
10,4	0,014	0,017	0,024	0,031	0,040	0,052	0,074	0,122
10,8	0,013	0,016	0,22	0,029	0,037	0,049	0,069	0,117
11,2	0,012	0,016	0,021	0,027	0,035	0,045	0,065	0,113
11,6	0,011	0,014	0,020	0,025	0,033	0,042	0,061	0,109
12,0	0,010	0,013	0,018	0,023	0,031	0,040	0,058	0,106

Примечание. При промежуточных значениях коэффициента η значения α принимаются методом интерполяции.

Расчет осадок фундаментов методом

эквивалентного слоя Н.А. Цытовича

Метод эквивалентного слоя основан на решении линейно-деформируемых тел, учитывает ограниченное боковое расширение грунтов; все составляющие нормальных напряжений в сжатой зоне грунта под фундаментом.

Осадка фундамента вычисляется по формуле :

, (30)

где h_е – мощность эквивалентного слоя, обуславливающая осадку фундамента заданных размеров и формы в плане:

где А_ω – коэффициент эквивалентного слоя, учитывающий жесткость и форму подошвы фундамента (принимается по табл. 13).

b – ширина подошвы фундамента, м.

В расчетной схеме сжимаемую толщу грунта, определяющую осадку фундамента, принимают равной двум мощностям эквивалентного слоя:

Величину среднего коэффициента относительной сжимаемости определяют из условия, что полная осадка грунтов в пределах сжимаемой толщи Н равна сумме осадок входящих в нее слоев

, (33)

где m_vi – коэффициент относительной сжимаемости i – го слоя грунта; (31)

h_i – мощность i — го слоя грунта;

z_i – расстояние от нижней точки эквивалентной эпюры до средины i-го слоя, м.

Прогноз фильтрационной консолидации водонасыщенных оснований фундаментов

Расчет осадки ведется в табличной форме.

Задаемся степенью консолидации

, (34)

где S_n – полная величина осадки, полученная по методу суммирования или по методу эквивалентного слоя;

S_t — осадка фундамента за любой промежуток времени.

Зная заданные величины U (от 0 до 10), определяем значение N по

Значение коэффициента N

U	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	0,95
Для слу-чаев	0,02 0,12 0,005	0,08 0,25 0,02	0,17 0,39 0,06	0,31 0,55 0,13	0,49 0,73 0,24	0,71 0,95 0,42	1,00 1,24 0,69	1,40 1,64 1,08	2,09 2,35 1,77	2,80 3,17 2,54

Зная для каждого значения N и соответствующего U определяем

, (35)

где Н – мощность сжимаемого слоя грунта (высота треугольной эпюры), м;

с_v – коэффициент консолидации

, (36)

где m_vt — средний относительный коэффициент сжимаемости грунтов в пределах всей толщи, определяемый по формуле (35);

k_ф – коэффициент фильтрации, принимаемый по табл. 15.

Значение коэффициента фильтрации k_ф

Вид грунта	Песок	Супесь	Суглинок	Глина
kф, см/с

Примечание. любое число от 1 до 9.

Учитывая, что водопроницаемость грунтов с глубиной уменьшается, расчет ведем по схеме с направлением фильтрации вверх.

Средний коэффициент фильтрации для всей сжимаемой толщи:

. (37)

Оценить инженерно-геологические условия строительной площадки, данные о грунтах приведены в табл.15:

№	Пределы пластичности, ٪	При род ная влаж-ность, ٪	Плотность грунта, г/см 3	Удельное сцеп- ление, расчетное, С (а=0,85) кПа	Угол внут рен-него тре ния, φ º	Коэф-фициент фильтра- ции, м/сут	Сте пень сжи мае мос ти, МПа -1	Отметка подошвы слоя, м	Геологи-ческий индекс
WL Верх ний	Wp Ниж ний	W	ρs	ρ	ρd
насыпной	—	1,5	—	—	—	—	—	-0,380
27,9	14,3	15,2	2,71	2,07	1,79		0,12	-1,480
47,1	31,4	28,7	2,73	1,73	1,34		0,095	-5,280
28,3	15,4	23,3	2,68	1,81	1,46		0,085	-5,880WL -6,480
47,8	39,8	38,4	2,68	1,79	1,30		0,14

Для заданного варианта грунтовых условий производим оценку характеристик слоев грунта с целью использования его в качестве естественного основания.

Определение типа и наименования пылевато-глинистых грунтов производим по числу пластичности и показателю (индексу) текучести:

; .

Коэффициент пористости определяется по формуле: .

Степень влажности определяется: ,

где плотность воды, .

После оценки свойств грунтов основания определяем значение условного расчетного сопротивления грунта методом интерполяции.

суглинок

полутвердый

е
0,5
0,51	297,5	293,93	246,5
0,7

суглинок

твердый

суглинок

мягкопластичный

е
0,7
0,83	228,3	177,67	145,3

глина

твердая

е
0,8
1,07
1,1

Грунты имеют слоистое напластование с выдержанным залеганием грунтов.

В качестве основания для фундаментов мелкого заложения наиболее благоприятным является второй слой – суглинок твердый, и .

Результаты расчета сводим в таблицу

№ пп	Число пластич- ности I P	Показатель текучести I L	Коэф-фициент пористости е	Степень влажности Sr	Модуль деформации Е, МПа	Наименование грунта	Расчетное сопротивление Ro, кПа
0,136	0,07	0,51	0,81	29,8	Суглинки полутвердые, пылеватые тяжелые	293,93
0,157	≤0	1,03	0,76	Суглинки твердые, тяжелые
0,129	0,61	0,83	0,75	8,8	Суглинки мягкопластичные, тяжелые и легкие	177,67
0,38	≤0	1,07	0,96	Глины тяжелые, полутвердые и твердые

Определение глубины заложения фундамента

По СНиП 2.01.01-82 «Строительная Климатология и геофизика» для г.Ульяновск определяем :

.

Нормативна глубина промерзания:

.

Расчетная глубина промерзания для здания с подвалом:

.

Расчетная глубина промерзания для здания без подвала:

.

Определение размеров фундамента в плане

Определить необходимые размеры подошвы отдельно стоящего фундамента под колонну 0,4х0,4м при условии, что расчетная нагрузка по II группе предельных состояний, приложенная к обрезу фундамента, .

В первом приближении находим предварительную площадь подошвы:

,

предварительная ширина подошвы .

Найдем расчетное сопротивление грунтов основания по формуле:

,

где и коэффициенты условий работы, , при отношении ;

коэффициент, принимаемый , т.к. в характеристики прочности грунта определены опытным путем;

— угол внутреннего трения;

коэффициенты, принимаемые в зависимости от угла внутреннего трения;

коэффициент, принимаемый равным 1;

;

то же для грунтов, залегающих выше подошвы.

Насыпной грунт не учитываем, т.к. его срезаем, а на его место насыпаем песок.

.

глубина заложения фундамента.

глубина пола подвала, принимаемая в зависимости от ширины подвала, ;

расчетная величина удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента.

.

При новом расчетном сопротивлении грунтов основания найдем площадь подошвы:

,

, тогда .

Подбираем монолитный железобетонный фундамент под сборные колонны: ФА 43-48, объем со сторонами .

Для b=1,8м определим:

.

Находим вес фундамента согласно принятым размерам:

— удельный вес бетона.

.

Определяем расчетный вес грунта над уступами фундамента:

.

Сравним среднее давление по подошве фундамента с расчетным сопротивлением грунта:

,

проверяем полученную площадь подошвы фундамента: ;

.

Определяем разницу между значениями :

, следовательно, размеры подошвы подобраны правильно, окончательно принимаем фундамент ФА 43-48 двухступенчатый высотой с размерами подошвы в плане и размерами второй ступени в плане .

Расчет осадки фундамента методом послойного суммирования

Определяем природное и дополнительное напряжения в основании под подошвой фундамента:

,

.

Удельный вес взвешенного в воде грунта:

Четвертый слой – это глина, она служит водоупором, воспринимающим давление воды сверху, равным: на отметке -5,880.

Коэффициент определяем при значении параметра .

Основание разбиваем на элементарные слои .

№	h, м	z, м			, кПа	, кПа	, кПа
1.93	0.00	0.0	1.000	238.21	30,99	6.20
2.29	0.36	0.4	0.974	232.02	30,99+0,36·17,3=37,22	7.44
2.65	0.72	0.8	0.859	204.62	37,22+0,36·17,3=43,45	8.69
3.01	1.08	1.2	0.703	167.46	43,45+0,36·17,3=49,67	9.93
3.37	1.44	1.6	0.558	132.92	49,67+0,36·17,3=55,9	11.18
3.73	1.80	2.0	0.441	105.05	55,9+0,36·17,3=62,13	12.43
4.09	2.16	2.4	0.352	83.85	62,13+0,36·17,3=68,36	13.67
4.45	2.52	2.8	0.284	67.65	68,36+0,36·17,3=74,59	14.92
4.81	2.88	3.2	0.232	55.26	74,59+0,36·17,3=80,81	16.16
5.17	3.24	3.6	0.192	45.74	80,81+0,36·17,3=87,04	17.41
5.53	3.60	4.0	0.161	38.35	87,04+0,11·17,3+0,25·18,1=93,47	18.69
5.89	3.96	4.4	0.137	32.63	93,47+0,35·18,1+0,01·9,18=99,9	19.98
6.25	4.32	4.8	0.118	28.11	99,9+0,36·9,18=103,2	20.64
6.61	4.68	5.2	0.102	24.30	103,2+0,23·9,18=105,31 105,31+6=111,31 111,31+0,13·17,9=113,64	22.73
6.97	5.04	5.6	0.089	21.20	113,64+0,36·17,9=120,08	24.02

Полученные значения ординат эпюры наносим на геологический разрез. В точке пересечения эпюры дополнительных давлений со вспомогательной эпюрой находим границу сжимаемой толщи: Н_с=4,96м.

Полная осадка фундамента: ,

.

Предельное значение осадки для проектируемого здания 8 см, что удовлетворяет условиют.е. 3,6см ≤ 8 см.

Расчет осадки фундамента методом эквивалентного слоя Н.А. Цытовича

Найдем коэффициент относительной сжимаемости :

,

где — степень сжимаемости;

; ; ;

; ; .

При и по таблице найдем .

— мощность эквивалентного слоя.

— сжимаемая толща.

Строим треугольную эпюру и определяем соответствующие значения и .

;

;

.

Определяем величину среднего коэффициента относительной сжимаемости:

.

.

Условие т.е. 3,3см ≤ 8 см соблюдается.

Расчет затухания осадки во времени

Высота треугольной эпюры . Полная величина осадки .

Средний коэффициент фильтрации для всей сжимаемой толщи:

;

;

;

.

Источник