Уровень 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

Назначение основных отметок и размеров фундамента

Мелкого заложения.

Для того, чтобы приступить к проектированию фундамента мелкого заложения необходимо подготовить исходные данные. Надфундаментная конструкция оказывает силовое воздействие на фундамент, передающееся через ее сечение в уровне обреза фундамента. Следовательно, необходимо иметь форму и размеры сечения надфундаментной конструкции в уровне обреза фундамента, а также сочетания расчетных нагрузок, действующих на фундамент.

Положение обреза фундамента назначают с учетом следующих рекомендаций [9, 12]. Если опора моста расположена в пределах водотока, то отметку обреза фундамента принимают на 0,5 м ниже уровня меженних вод. Если, к тому же, имеется ледовое покрытие, то отметку обреза фундамента принимают глубже нижней кромки льда на 0,25 м. Это позволяет избежать непосредственного давления льда на фундамент, имеющий, как правило, размеры сечения большие, чем размеры опоры. При возведении транспортного сооружения на суходоле отметку обреза назначают на 0,25 м ниже уровня планировки. Следует заметить, что указанные рекомендации относительно положения обреза фундамента не имеют обязательного характера и при необходимости и соответствующем обосновании отметка обреза может назначаться отличной от приведенных выше значений.

Нагрузки, действующие на транспортное сооружение, приводят к центру сечения надземной конструкции в уровне обреза фундамента и оформляют в виде расчетных сочетаний нагрузок — равнодействующих вертикальной F_v, горизонтальной F_h сил и момента M, относительно оси, перпендикулярной к плоскости действия сил и проходящей через центр обреза фундамента. Сочетания нагрузок составляют, как правило, отдельно для сил, действующих в плоскости моста (вдоль моста) и в плоскости опоры (поперек моста).

Особое внимание должно уделяться анализу геологических и гидрогеологических условий основания сооружения. Приступая к проектированию фундамента мелкого заложения, необходимо располагать надежными данными о прочности и сжимаемости грунтов основания. Кроме того, качественное проектирование предполагает выполнения прогноза развития неблагоприятных инженерно-геологических процессов, таких как просадочные явления в грунтах, морозное пучение грунтов, развитие оползневых процессов на крутых береговых склонах и многих других.

Для принятия решения о конструкции фундамента мелкого заложения необходимо назначить глубину заложения фундамента от уровня планировки (на суходоле) или уровня размыва (в пределах водотока), а также размеры его подошвы. Приступая к этой, наиболее ответственной части проектирования, следует учесть ряд рекомендаций.

При расположении фундамента мелкого заложения на суходоле существует опасность развития процесса морозного пучения грунтов. В пучинистых грунтах глубина заложения фундамента должна быть более расчетной глубины промерзания грунта, считая от уровня планировки, на 0,25 м. Расчетная глубина сезонного промерзания грунта d определяется формулой [9]:

, (3.1)
где d_fn — нормативная глубина сезонного промерзания грунтов в районе строительства; k_h — коэффициент, учитывающий тепловое влияние сооружения и его фундаментов на глубину промерзания грунтов.

Нормативную глубину сезонного промерзания грунтов d_fn принимают равной средней из ежегодных максимальных глубин сезонного промерзания, установленных по данным многолетних наблюдений (не менее 10 лет) за фактическим промерзанием грунтов в районе строительства под открытой, оголенной от снега поверхностью, чем учитываются самые благоприятные условия для промерзания.

При отсутствии многолетних наблюдений за сезонным промерзанием грунтов для районов, где глубина промерзания не превышает 2,5 м, ее нормативное значение определяют по формуле:

, (3.2)
где d₀ — величина, принимаемая равной, м, для суглинков и глин 0,23; для супесей, песков мелких и пылеватых 0,28; для песков гравелистых, крупных и средней крупности 0,30; для крупнообломочных грунтов 0,34; M_t — безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе, град.

Значения коэффициента k_h для фундаментов неотапливаемых сооружений принимают равным 1,1. Для районов с отрицательной среднегодовой температурой, где глубина сезонного промерзания грунтов превышает 2,5 м, d_fn и d_f устанавливают на основе теплотехнических расчетов.

Для непучинистых оснований минимально допустимая глубина заложения фундамента составляет 1,0 м от уровня планировки.

В пределах водотока регулирующим фактором при назначении глубины заложения фундамента является величина местного размыва грунта у опоры. В этом случае подошва фундамента мелкого заложения должна располагаться глубже уровня местного размыва не менее чем на 2,5 м.

В отношении размеров подошвы фундамента следует иметь в виду следующее.

1. Размеры подошвы должны быть достаточными, для обеспечения прочности грунта основания и развития осадок и кренов фундамента не более допустимых. Выполнение этих условий, в принципе, возможно и для минимально допустимой глубины заложения фундамента.

2. Конструкция фундамента должна быть экономически целесообразной. Поэтому, минимальная глубина заложения фундамента может привести к необходимости конструирования гибкого фундамента мелкого заложения, т.е. с углом развития фундамента более 30°. Такой вариант фундамента, как правило, не является рациональным. Поэтому глубина заложения фундамента и размеры его подошвы подбираются такими, чтобы обеспечить работу фундаментной конструкции как жесткого тела.

Указанные требования приводят к необходимости выбирать в качестве несущего слоя грунт, обладающий наибольшей прочностью, а также глубину заложения фундамента, позволяющую выполнить конструкцию жесткого фундамента мелкого заложения. В то же время, при соответствующем экономическом обосновании, не исключается возможность применения в качестве фундамента мелкого заложения и гибкой конструкции.

В заключение приведем пример оформления фундаментной части промежуточной опоры моста. Рассмотрим случай массивного жесткого фундамента. Располагая принятыми геометрическими параметрами, конструктивное решение фундамента выполняется в соответствии с рис. 3.5.

Источник