Расчет осадки фундамента

 

 

 

 

 

 

3. Расчет ленточного фундамента

3.1 Определение глубины заложения фундамента

 

Нагрузки на уровне вертикальной планировки:

 295,5 кН/м     340,1 кН/м

Для сравнения рассматриваем фундамент мелкого заложения на естественном основании и фундамент на забивных призматических сваях.

Проектирование фундамента мелкого заложения на естественном основании

Глубину заложения фундамента назначаем не менее расчетной глубины промерзания грунта.

По табл. 5.10 [3] для суглинков с показателем текучести IL >0.25 глубину заложения подошвы фундамента принимаем не менее df.

,                                                             (4)

где - нормативная глубина промерзания, м;

     - коэффициент влияния теплового режима (табл.1 СНиП2.02.01-83), 

=1,2 х 0,7= 0,84 м,

С учетом технологических особенностей проектируемого здания глубина заложения фундамента должна быть на 0,75-0,9 м ниже отметки подвала (отметка пола подвала -3 м), т.е.:

=3,65 м,

Конструктивно принимаем глубину заложения фундамента d = 3,65 м.

Нормативное расчетное сопротивление грунта определим по СНиП 2.02.01-83 «Основания зданий и сооружений»: R =300 кПа.

Определим ширину подошвы фундамента в плане:

 

                                                                                    (5)

где - расчетная нагрузка на фундаменты по 2 предельному состоянию, кН;

- нормативное расчетное сопротивление  грунта, кПа;

- глубина заложения фундамента, м;

- усредненный удельный вес грунта, 10,8 кН/м3.

А = 340,1 / (300 – 10,8*3,35) = 1,3м

Расчетное сопротивление грунта определим по формуле :

                      (6)      

где      и  - коэффициенты условий работы, учитывающие особенности работы разных грунтов в основании фундаментов и принимаемые по таблице 1 СНиП 2.02.01-83 ;

- коэффициент, равный  1, так как прочностные характеристики грунта

( и ) определены непосредственно испытаниями;

  - коэффициент, равный  1;

  и - усредненные расчетные значения удельного веса грунтов, залегающих соответственно ниже и выше подошвы фундамента, кН/м;

  - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа;

  =3,9 м – глубина заложения фундамента;

, , - безразмерные коэффициенты, принимаемые по таблице 4 СНиП   2.02.01-83.

*[0,56*1,6*10,82+3,24*3,65*10,82+5,84*23]= 280,74

Пересчитываем ширину подошвы по полученному значению R

             А = 340,1 / (280,74 – 10,82*3,9)  = 1,4м          

Должно выполнятся условие Rср<R

Rср = (340,1 + 3,65 * 10,82*1,6) / 1,6 = 254,8

 

254,8<280,74, условие выполнено.

Принимаем фундамент ФЛ 16.30-1 с шириной подошвы 1,6 м2.

Вес 1м фундаментной плиты ФЛ16 σф = 20,3 кН.

Вес грунта на одном обрезе фундамента:

σгр = 2*0,5*10,82=10,82 кН

Определяю среднее давление под подошвой фундамента:

Рср = (N + σф + σс + σгр) / b*1,0 = (340,1 + 20,3 + 10,82 + 31,6) /1,6*1 = 251,8 кПа

Запас (R – Рcp) / R *100%= (280,74 – 251,8) / 280,74*100% = 9,87 < 10% - допускается.

 

 

 

 

3.2 Расчет фундамента на устойчивость.

 

 3.2.1 Устойчивость против опрокидывания.

 

При проверке устойчивости сооружения против опрокидывания вокруг точки О формула имеет вид :

                                            е ≤ mепр                                                    (7)

 

где е – расчетный эксцентриситет этой силы;

       епр – предельный расчетный эксцентриситет этой силы;

       m – коэффициент условий работы, который для гражданских сооружений на сжимаемом основании принимается не выше 0,75.

Так как фундамент центрально нагружен, то

е=0<0,6*0,75=0,45

- условие выполняется. Фундамент  устойчив против опрокидывания.

 

Устойчивость против скольжения.

При проверке сооружения на устойчивость против скольжения используем формулу:

                                           

,                                                    (8)

 

где F     -  расчетная сила, передаваемая на основание от основного и осевого сочетания нагрузок (F=340,1 кН/м).

          -   сила предельного сопротивления основания, определяемая из условия предельного равновесия грунтов в основании по направлению, соответствующего направлению силы F.

          -   коэффициент условий работы, в зависимости от вида  грунтов в основании (0,9)

        -    коэффициент  надежности  в зависмости от класса сооружения (1,1)

Величина может быть найдена из выражения :

                                       Fu = (Fvol+FfgI)f                                            (9)

где Fvol – вертикальная составляющая внешней нагрузки. (340,1)

       FfgI – вес фундамента и грунта на его уступах

                           FfgI =(

* Fhol - *f* Fvol)/(γcf)                                (10)

 где Fhol – сдвигающая сила (650 кН/м)

        f – коэффициент трения кладки фундамента по грунту основания (для суглинков и суписей равен 0,3).

FfgI = (1,1*650 – 0,9*340,1*0,3)/(0,9*0,3)=2308 кН/м

Fu = (340,1+2308)*0,3 = 794,4 кН/м

 

340,1 < 0,9*794,4/1,1=649,9

Условие выполняется, фундамент устойчив против скольжения.

 

 

3.2.2 Определение просадки грунта от собственного веса

 

Просадку грунта от собственного веса определяю по формуле:

                                             Sпр = Σδihi                                          (11)     

Sпр = [1,38(0,061+0,058+0,045+0,040+0,033) + 1,4(0,070+0,064+0,056+0,023+0,021) + 1,38(0,081+0,052+0,035+0,029)]1/3 = 0,34м > 0,01м

Sпр >5см – II тип грунтов по просадочности.

Исходя из расчета просадки грунтов, делаю вывод, что необходимо производить мероприятия по уплотнению основания.

В данном случае выполняю уплотнение основания методом предварительного замачивания.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.2.3 Уплотнение основания предварительным замачиванием

 

Основные положения:

1. Уплотнение предварительным замачиванием происходит за счет просадки от собственного веса. При этом уплотняются нижние слои грунтовой толщи, начиная с глубины, на которой напряжения от собственного веса грунта превышает начальное просадочное давление.
2. Размеры уплотненной площадки и методика замачивания назначаются с таким расчетом, чтобы в пределах застраиваемой площадки просадка грунта от собственного веса была полностью устранена.
3. Замачивание грунтов производится в котлованах, отрываемых путем снятия растительного слоя и насыпного грунта на глубину 0,8 – 2,6м в пределах застраиваемой площадки.
4. Уплотнение предварительным замачиванием применяется на вновь застраиваемых площадках.

 

Определяю основные параметры уплотненного предварительным замачиванием основания жилого дома с размерами в плане 18х13,8м.

Определяю размеры замачиваемой площадки под здание по формулам:

                                               BW = B+0,6Hsl                                           (13)

                                                 LW = L+Hsl                                                                        (14)

где Hsl - величина просадочной толщи.

BW = 18+0,6*6,2 = 21,72м

LW = 13,8+6,2 = 20м

Определяю по формуле время Т, необходимое для замачивания всей толщи просадочных грунтов по формуле:

                                               Т = γW Hsl/kf                                             (15)

где kf – минимальная величина коэффициента фильтрации слоев грунта (kf=0,45 м/сутки)

      γW – коэффициент, принимаемый равным при замачивании с поверхности дна котлована при отсутствии дренирующего слоя, γW=1,2

Т = 1,2*(6,2 – 3,65)/0,45 = 7.6 суток

Определяю необходимый объем воды по формуле:

                 Q = ((0,8(ρs- ρd) ρw/ ρs) – (ρ- ρd))(V1+V2/2)/ ρw                     (16)

где V1 – объем грунта в пределах замачиваемого котлована

V1 = BWLWHsl = 21,72*20*7.6 = 3.300 м3                                                 (17)

V2 – суммарный объем грунта в пределах зон распространения воды в стороны от замачиваемого котлована.

V2 = 0,5(2BW +2LW) Hsl(Hslmβtgβ)                                                           (18)

V2=0,5(2*21,72+2*20)*6,2(6,2*1,7*0,268)=730 м3

Q=((0,8(2,79-2,1)1/2,79) – (1,59-1,43))(2693+730/2)/1 = 116,2м3

Определяю максимальный суточный расход воды на замачивание котлована по формуле:

                 qmax=η*kf*Aw = 2*0,45*20*21,72 = 390,96 м3                  (19)

где η – коэффициент, учитывающий увеличение расхода воды засчет образования просадочных трещин, принимаемый при замачивании без устройства дренажных скважин.

      Aw – площадь замачивания.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.3 Расчет осадок

 

Определяю вероятную просадку ленточного фундамента шириной b=1,6м, заложенного на глубину h=1.85 м, от естественной поверхности земли и оказывающего на основание давление Рср=251,8 кН/м2.

Непосредственно под подошвой фундамента залегает слой супеси пластичной  толщиной ∆=4,9 – 3.65 = 1.25 м с объемным весом γ1=17 кН/м3, модуль деформации Е1=17 МПа. Ниже залегает песок водонасыщенный , для которого h2=5,1м, γ2=15,5 кН/м3, Е2=36 МПа. Следующий слой – суглинок тугопластичный с γ3=10,4 кН/м3, Е3=32 МПа.

Принимается, что деформация сжатия каждого слоя толщиной hi происходит при отсутствии бокового расширения и выражается следующей формулой: 

                                                Si = β рi hi /Ei                                            (20)

где δzpi – среднее значение дополнительных вертикальных напряжений.

       β – переходной коэффициент (β = 0,8)

       рi – среднее давление в пределах слоя.

       hi – модуль огбщей деформации слоя

В пределах веса сжимаемой толщи осадка складывается из осадок определенных слоев с различными модулями деформации Е. Суммарная осадка будет равна:

                                                Si = β ∑рi hi /Ei                                           (21)

Т.к. отношение Еmax/Emin = 36/17=2,1>1,6, то расчет осадок должен быть произведен с учетом разнослойного основания.

До разработки грунта на отметке подошвы действовало природное давление σzg = γ1h= 17*1.5 = 25.5 кН/м2.

Давление от фундамента превышает природное давление на величину

                                                      Р0 = Р- σzg                                              (22)

Р0= 340,1 – 25.5 = 314.6 кН/м2.                

Это дополнительное давление передается на основание и распределяется в нем, вызывая деформацию слоев и осадку поверхности основания.

Для определения мощности сжимаемой толщи и расчета осадок основание разбивается на отдельные слои толщиной hi = 30см, что удовлетворяет условию hi ≤ 0,3*1,6 = 0,48м.

Бытовое давление на разных отметках вычисляю путем давления отдельных слоев, считая от естественной поверхности земли, т.е. по формуле:

                                                     σzg = ∑γh                                                (23)

Дополнительное давление нахожу по формуле :

                                                        σzр = αР0                                           (24)

где α – коэффициент, который находится по таблице СНиП 2.02.01-83 в зависимости от отношений:

      m = 2z/b = 2z/1,6 = 1.25z и n ≥ 10 (ленточный фундамент).

Здесь z отсчитывается от подошвы фундамента вниз.

Природное давление на глубине z = 0,3м от поверхности основания составляет

                                              σzg = h + (γ1*z)                                              (25)

Результаты вычислений заполняем в таблицу 3.

 

Таблица3. Вычисление давлений для расчета осадок.

слой	z, м	ξ = 2z/b	α	0.2∙σzg, кН/м2	σzр, кН/м2	Е0, мПа	S, м
II	0 0,3 0,6 1	0 0,375 0,375 0,625	1 0,81 0,5 0,4	10,98 11,58 12,18 16,64	304,4 246,7 152,2 121,8	17	0,012
III	1,3 1,6 1,9 2,2 2,5 2,8 3,1 3,3	1,63 2 2,38 2,75 3,125 3,5 3,9 4,25	0,28 0,17 0,15 0,11 0,08 0,06 0,05 0,04	12,8 13,4 14 14,6 15,2 15,8 16,4 17	85,32 51,7 45,66 33,5 24,4 18,3 17,02 12,18	36	0,002
IV	3,6 4.4 5.2 6.1	4.5 5.5 6.5 7.6	0,035 0.03 0.03 0.03	23.8 25.4 27.04 30.9	15,22 9.13 9.13 9.13	32	0.0008