Расчет и проектирование оснований и фундаментов промышленных зданий

для глины приIL = 0,20 иz4 = 7,95 мÞf4 = 62,1 кПа

Площадь опирания сваи на грунт А = 0,3 х 0,3 = 0,09 м2, периметр U = 0,3 × 4 = 1,2 м. Для сваи сплошного сечения, погружаемой забивкой дизельным молотом, по табл.3 СНиП 2.02.03-85gCR = gCf =1, gС = 1. Тогда:

Fd =1× [1×4788×0,09 + 1,2×1×(14,3×2,0 + 16,8×1,35 + 18,2×1,7 + 62,1×1,90)] = 671 кН

 

6.4Требуемое число свай

 

Определяем требуемое число свай в фундаменте в первом приближении приNcolI =1572,22 кН

Принимаем n равным 5

6.5. Размещение свай в кусте

 

Размещаем сваи в кусте по типовой схеме. Окончательно размеры подошвы ростверка назначаем, (рис.9) придерживаясь унифицированных размеров в плане, кратных 0,3 м, и по высоте, кратных 0,15м. (рис.8).

 

6.6Вес ростверка и грунта на его уступах

 

Определим вес ростверка и грунта на его уступах.

Объем ростверка: Vr = 3·1,8×0,9 + 1,5×1,2 × 0,6 = 6,37 м3

Объем грунта: Vgr = 3·1,5×1,5 - Vr = 9,45-6,37 = 3,08 м3

Вес ростверка и грунта:

Gr + Ggr = (Vr×gb + Vgr×Kрз ×gII) ×gf = (6,37× 25 + 3,08· 0,95× 17,05) × 1,2 = 251 кН

 

6.7Определение нагрузок

 

Все действующие нагрузки приводим к центру тяжести подошвы ростверка:

Ntot I = Ncol I + Gr I + Ggr I = 1572,22 + 251 = 1823кН

Qtot I = Qcol I= 98,29кН

MtotI = Mcol I + Qtot I×Hr = 922,24 + 98,29× 1,5 = 1070кН×м

 

6.8Определение расчетных нагрузок

 

Определяем расчетные нагрузки, передаваемые на крайние сваи в плоскости подошвы ростверка по формуле (3) СНиП 2.02.03-85:

NI max = 572,6кН; NI min = 154,6кН

Проверяем выполнение условия:

NImax= 574,6< 1,2Fd/gк×gn = 1,2×671/1,33 = 605,4 кН

NI mt = (NI max + NI min) /2 = 727,2/2 = 363,6кН

NI mt = 363,6 < Fd/gк×gn = 671/1,33 = 504,5 кН

NI min = 154,6кН> 0

Условия проверки выполняются с достаточным приближением.

 

6.9Предварительная проверка сваи по прочности материала

 

Выполним предварительную проверку сваи по прочности материала по графикам и указаниям учебного пособия.

Определяем коэффициент деформации ae:

Начальный модуль упругости бетона класса В20, подвергнутого тепловой обработке при атмосферном давлении, по табл.18 СНиП 2.03.01-84, Еb = 24×103 МПа

Момент инерции поперечного сечения сваи:

Условная ширина сечения сваи bp = 1,5×dсв + 0,5 = 1,5×0,3 + 0,5 = 0,95 м. Коэффициент пропорциональности к по табл.1 прил.1 к СНиП 2.02.03-85 для глины (IL = 0,60), принимаем к = 7 МН/м4. Коэффициент условий работы gс = 1

Глубина расположения условной заделки сваи от подошвы ростверка:

;

В заделке действуют усилия: продольная сила NImax = 574,6 кН; изгибающий момент:

 кН×м

Точка, соответствующая значениям указанных усилий, лежит на графике ниже кривой для принятой сваи (сечение 300х300, бетон класса В20, продольное армирование 4Ø 12АIII), следовательно, предварительная проверка показывает, что прочность сваи по материалу обеспечена.

Вывод: принимаем сваю С 7-30 сечение 300х300, бетон класса В20, продольное армирование 4Ø 12АIIIколичество свай n = 5.

 

6.10Расчет ростверка на продавливание колонной

 

Класс бетона ростверка принимаем В20, тогда Rbt = 0,9 МПа (табл.13 СНиП 2.03.01-84). Рабочую высоту сечения принимаем h0 = 150 см. Схему к расчету см. (рис.10)

Расчетное условие имеет следующий вид:

Размеры bcol = 500 мм, hcol = 1000 мм, c1 = 600 мм и c2 = 250мм, коэффициент надежности по назначению gn = 0,95.

Значения реакций по верхней горизонтальной грани:

а) в первом ряду от края ростверка со стороны наиболее нагруженной его части:

Величина продавливающей силы определяется по формуле:

Предельная величина продавливающей силы, которую может воспринять ростверк:

т.е. прочность ростверка на продавливание колонной обеспечена

6.11Расчет свайного фундамента по деформациям

 

Выполним расчет свайного фундамента по деформациям на совместное действие вертикальной и горизонтальной нагрузок и момента по формуле 14 прил.1 к СНиП 2.02.03-85:

проверяем выполнение условия:

Горизонтальная нагрузка на голову сваи равна:

 

Коэффициент деформации a e = 0,837 м-1 (п.6.9. настоящего расчета). Условная ширина сечения сваи bp = 0,95 м. Прочностной коэффициент пропорциональности, для глины мягкопластичной (IL = 0,60), по табл.1прил.1СНиП 2.02.03-85 равен: a =50 кН/м3

Приведенное расчетное значение продольной силы для приведенной глубины погружения сваи в грунт = l ×ae= 6,95×0,837 = 5,81> 4 определяем по табл.2 прил.1 к СНиП 2.02.03-85 (шарнирное сопряжение сваи с ростверком) при l = 4 и zi = 0(уровень подошвы). Получаем = 0,409, тогда:

Так как сила Hel = 27,73 кН >gn×HI = 0,95×19,7=18,17, то расчет ведем по первой (упругой) стадии работы системы свая-грунт.

При шарнирном опирании низкого ростверка на сваи М0 = 0 и = 0, следовательно, формулы (30) и (31) по п.12 прил.1 к СНиП 2.02.03-85 примут вид:

.

Определяем перемещение в уровне подошвы ростверка от единичной горизонтальной силы НII =1:

1/кН,

где безразмерные коэффициенты А0 и В0 приняты по табл.5 прил.1 к СНиП 2.02.03-85 для приведенной глубины погружения сваи = 4 м.

Так как up = 0,4 см <uu = 1см, условие ограничения горизонтального перемещения головы сваи выполнено.

 

6.12Расчет устойчивости основания

 

Выполним расчет устойчивости основания, окружающего сваю по условию (25) прил.1 к СНиП 2.02.03-85, ограничивающему расчетное давление σz, передаваемое на грунт боковыми поверхностями сваи:

.

Здесь расчетный удельный вес грунта с учетом взвешивания воды (для слоя 2) gI = gsb = 8,21 кН/м3; φI = 60; cI= 19 кПа; коэффициент x = 0,6 (для забивных свай); коэффициент η1 = 0,7. При установлении значения коэффициента η2 по формуле (26) прил.1 к СНиП 2.02.03-85, используем данные табл.5, из которой следует, что момент от внешних постоянных нагрузок в сечении на уровне нижних концов свай составит для оси А:

Мс = 319 + 19× 8,45 = 480 кНм

Момент от временных нагрузок в том же сечении составит:

Мt = 0 + 503,8 + 60,5 + (0 + 66,2 +3,7) × 8,45 = 1155 кНм

Расчетное давление на грунт σz, кПа, определяем по формуле (36) и указаниямп.13прил.1 к СНиП 2.02.03-85:

,

для глубины , так как > 2,5; откуда , а = 0,85

Для этой приведенной глубины по табл.4 прил.1 СНиП 2.02.03-85 имеем:

А1 = 0,996; В1 = 0,849; С1 = 0,363; D1 = 0,103.

= 14 кПа

Как видно, 24,19 кПа,

т.е. устойчивость грунта, окружающего сваю, обеспечена.

 

6.13Несущая способность сваи по прочности материала

 

Определим несущую способность сваи по прочности материала. Характеристики сваи: Rb = 11,5 МПа; Rsc = Rs = 365 МПа; b = dсв = 30 см; а = а` = 3 см; h0 = dсв – а` = 30 – 3 = 27 см; Аs = Аs’ = 4,52/2 = 2,26 см2.

Из формулы (37) прил.1 к СНиП 2.02.03-85 для указанных характеристик сваи получаем следующее выражение для определения моментов Мz в сечениях сваи на разных глубинах z от подошвы ростверка:

=1,2(0,8372·24·106·0,675·10-3·4·10-3·А3–0,837 ·24·106·0,675·10-3·2·10-3·В3+16,38·D3/0,837) =

= 54,5А3 – 32,5В3 + 23,5D3

Результаты дальнейших вычислений, имеющих целью определение Мzmax, сводим в табл.10, причем при назначении Z используем соотношение = Z×ae, в котором значения Z принимаем по табл.4. прил.1 к СНиП 2.02.03-85.

Результаты вычислений изгибающих моментов

 

Таблица 10

/Zi		A3	В3	D3	Мz
0,48	0,4	-0,011	-0,002	0,400	8,7
0,96	0,8	-0,085	-0,034	0,799	15,25
1,43	1,2	-0,287	-0,173	1,183	17,78
1,91	1,6	0,673	-0,543	1,507	16,40
2,39	2,0	-1,295	-1,314	1,646	15,80

 

Как видно из таблицы, МzmaxI= 17,78 кНм действует на глубине z =1,43 м. Эпюра моментов показана на рис.12.

Эксцентриситеты продольной силы для наиболее и наименее нагруженных свай составляют соответственно:

Определим значения случайных эксцентриситетов по п.1.21. СНиП 2.03-01-84 для расчетной длины м и поперечного размера сваи dсв = 30 см:

Так как полученные значения эксцентриситетов е 01 и е 02 больше еai, оставляем эти значения для дальнейшего расчета свай по п.3.20 СНиП 2.03.01-84.

Находим расстояния от точек приложения продольных сил NmaxI и NminI до равнодействующей усилий в арматуре S:

Определим высоту сжатой зоны бетона по формуле (37) СНиП 2.03.01-84:

Граничное значение относительной высоты сжатой зоны по табл.2.2 п.2.3.12, учебного пособия, составляет для стали А-Ш и бетона В20xR = 0,591

При , следовательно принимаем значение

x1 = 15,5 см для дальнейшего расчета.

Проверяем прочность сечения сваи по формуле (36) СНиП 2.03.01-84:

 кН <

802 кН

 кН <

=315кН

Несущая способность свай по прочности материала в наиболее нагруженных сечениях обеспечена.

 

6.14Расчет осадки основания свайного фундамента

 

Определяем размеры и вес условного фундамента (по указаниям п.7.1. СНиП 2.02.03-85). Расчетная схема показана на рис.11.

°

Размеры свайного поля по наружному обводу:

 м; м

Размеры площади подошвы условного массива:

 м

 м

Площадь подошвы условного массива Аусл = 3,6 · 2,4=8,64 м2

Объём условного массива Vусл = Aусл ×hусл – Vr = 8,64 × 8,45 – 6,37 =66,6 м3

Вычислим средневзвешенное значение удельного веса грунта выше подошвы условного фундамента:

9,37 кН/м3

Вес грунта в объёме условного фундамента: Ggr = Vусл ×gIImt = 66,6·9,37 = 622 кН

Вес ростверкаGrII = Vr×gb×gf = 6,37× 24×1 = 153 кН

Вес свайGсв II = 1,6× 9,81×5×1 =78 кН

Расчетная нагрузка по подошве условного фундамента от веса грунта, ростверка и свай:

GII = 622 + 153 + 78 = 853кН

Проверяем напряжения в плоскости подошвы условного фундамента.

Ntot II = Ncol II + GII = 1310,19 +853 = 2163кН

Mtot II = Mcol II + Qcol II × Hr = 826,87 + 81,91×1,5 = 950кНм

Расчетное сопротивление грунта основания условного фундамента в уровне его подошвы определим по формуле (7) СНиП 2.02.01-83:

Принимаем: gc1 = 1,2gc2 = 1; k = 1; jII 4 = 18°; cII 4 = 44 кПа

Mg = 0,43; Mq = 2,73; Mc = 5,31; gIImt = 9,25 кН/м3

= 551 кПа

Среднее давление PIImt по подошве условного фундамента:

<R = 551 кПа

Максимальное краевое давление PIImax:

433<R = 551 кПа

Для расчета осадки методом послойного суммирования вычислим напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы условного фундамента:

szg,0 = 17,05·0,8+8,21·3,35+8,51·1,7+8,95·1,9 = 72,6 кПа

Дополнительное вертикальное давление на основание от внешней нагрузки на уровне подошвы условного фундамента:

szp 0 = P0= PII mt - szg,0 = 250 – 72,6 =177,4 кПа

Соотношение сторон подошвы фундамента:

Значения коэффициента a устанавливаем по табл.1 прил.2 СНиП 2.02.01-83.

Для удобства пользования указанной таблицей из условия: принимаем толщину элемента слоя грунта hi = 0,2 × b = 0,2 × 2,4 = 0,480 м

Дальнейшие вычисления сводим в таблицу 11.

Определение осадки

 

Таблица 11

zi, м	ξ=2zi/b	zi + d, м	a	szp = a×P0, кПа	szg = szg,0 + + gsb, i× zi, кПа	0,2×szg, кПа	Е, кПа
0	0	7,00	1,000	177,40	72,6	14,52	16000
0,480	0,4	7,480	0,973	172,60	76,90	15,38	16000
0,960	0,8	7,960	0,852	151,14	81, 19	16,24	16000
1,440	1,2	8,440	0,690	122,40	85,49	17,10	16000
1,920	1,6	8,920	0,544	96,50	89,78	17,96	16000
2,400	2,0	9,400	0,426	75,60	94,08	18,81	16000
2,880	2,4	9,880	0,337	60,00	98,37	19,67	16000
3,360	2,8	10,360	0,271	48,08	102,67	20,53	16000
3,840	3,2	10,840	0,220	39,02	106,97	21,39	16000
4,320	3,6	11,320	0,182	32,28	111,26	22,25	16000
4,800	4,0	11,800	0,152	26,96	115,56	23,11	16000
5,280	4,4	12,280	0,129	22,88	119,86	23,97	16000
5,760	4,8	12,760	0,111	19,69	124,15	24,83	16000
6,240	5,2	13,240	0,096	17,03	128,45	25,69	16000

 

На глубине Hc = 5,280м от подошвы условного фундамента выполняется условие СНиП 2.02.01-83 (прил.2, п.6) ограничения глубины сжимаемой толщи основания (ГСТ): szp= 22,88 кПа » 0,2×szg = 23,97 кПа,

поэтому послойное суммирование деформаций основания производим в пределах от подош вы фундамента до ГСТ

Осадку основания определяем по формуле:

= 0,022 м = 2,2 см

Условие S = 2,2 см < Su = 12,0 см выполняется (значение Su = 12,0 см принято по таблице прил.4 СНиП 2.02.01-83).

 

7. Определение степени агрессивного воздействия подземных вод иразработка рекомендаций по антикоррозионной защитеподземных конструкций

 

Для железобетонных фундаментов на естественном основании серии 1.412-2/77, принятых на основе технико-экономического сравнения вариантов, и технологического приямка установим наличие и степень агрессивного воздействия подземных вод по данным химического анализа, для соответственных грунтовых условий.

Для фундаментов и приямка предусматриваем бетон с маркой по водопроницаемости W4 на портландцементе по ГОСТ 10178-76, арматуру классов А-IIи А-III. Фундаменты каркаса и приямок расположены ниже УПВ лишь частично, однако за счет возможных изменений УПВ и капиллярного подъема до 1,2 м над УПВвсе поверхности фундамента и технологического приямка могут эксплуатироваться под водой, либо в зоне периодического смачивания. Степень агрессивного воздействия вода на подземные конструкции оцениваем в соответствии с табл.5, 6, 7 СНиП 2.03.11-85.

Коэффициент фильтрации глины, в котором расположены подземные конструкции, равен: Kf = 2,5 ×10-8 см/с × 86,4×103 с/сут = 0,216×10–2 см/сут = 2,16 × 10–2 м / сут < 0,1 м / сут, поэтому к показателям агрессивности, приведенным в табл.5, 6, 7 СНиП 2.02.11-85, необходимо вводить поправки в соответствии с примечаниями к указанным таблицам.

Определяем суммарное содержание хлоридов в пересчете на ионы Cl –, мг/л, в соответствии с прим.2 к табл.7 СНиП 2.03.11-85:

990 + 190×0,25 = 1038мг/л

Дальнейшую оценку ведем в табличной форме (табл.12).

Анализ агрессивности воды для бетона на портландцементе

 

Таблица 12

Показатель агрессивности	Номер таблицы СНиП 2.03.11-85	Степень агрессивности среды по отношению к бетону марки W4
Бикарбонатная щелочность	5	отсутствует - неагрессивная
Водородный показатель	5	3,8< 4×1,3 – неагрессивная
Содержание агрессивной углекислоты	5	10=10 - слабоагрессивная
Содержание аммонийных солей	5	15< 100×1,3 – неагрессивная
Содержание магнезиальных солей	5	360<1000·1.3– неагрессивная
Содержание едких щелочей	5	36<50000×1,3 - неагрессивная
Содержание сульфатов	6	190<250×1,3 –неагрессивная
Содержание хлоридов	7	500·1,3<1038< 5000 × 1,3 – среднеагрессивная (в зоне капиллярного подсоса и переменногоУПВ)