Расчет осадки фундамента

 

 Полная осадка фундамента будет равна

 S = 0,012+ 0,002 + 0,0008 = 0,0148м

  Для проектируемого здания величина предельно допустимой осадки равна Su = 8см.

По расчету S = 1,4см < Su = 8см.

Следовательно, основное условие расчета по второй группе предельных состояний удовлетворяется.

4 Расчет свайного фундамента

 

 

Исходные данные для расчета: N0II =295,5 кН/м,  N0I = 340,1 кН/м; длина здания L = 18м; высота здания H = 9,3м; L/H = 1,93.

Материал ростверка – бетон класса В15 с расчетным сопротивлением осевому растяжению Rbt = 0.75 МПа.

Грунтовые условия: 1 слой - песок пылеватый, средней плотности, маловлажный до 3,1м, 2 слой – супесь в пластичном состоянии до 4,9м, 3 слой – песок плотный, водонасыщенный до 7,2м, 4 слой – суглинок тугопластичный до 10м. Характеристики грунтов приведены в таблице 2.

Выбираем стандартные железобетонные сваи С6-30 (ГОСТ 19804.1 – 91), длиной 6м, с размерами поперечного сечения 0,3х0,3м, и длиной острия 0,25м.

Сваи погружают в грунт с помощью забивки дизель-молотом.

 

 

 

4.1 Определение несущей способности одиночной висячей сваи.

 

А = 0,3х0,3 = 0,09 м2

U = 0,3х4 = 1,2м

При глубине погружения сваи 10м для суглинка с показателем текучести IL = 0,5, сопротивление R = 143 кПа под концом сваи.

Для свай, погружаемых с помощью дизель-молота, нахожу значения коэффициентов условий работы грунта под нижним концом сваи γс = 1, и по боковой поверхности γсб = 1.

Толщину грунта, пронизываемого сваей, разбиваю сваю на слои толщиной не более 2м и определяю расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания по боковой поверхности.

f1 = 23кПа, f2 = 22 кПа, f3 = 42 кПа, f4 = 26 кПа.

Несущая способность одиночной сваи по грунту определяется по формуле:

P = γc(γORRA+u∑γci fi li)

где     А – площадь операния сваи

u – периметр сечения сваи

R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи

f – расчетное сопротивление грунта по боковой поверхности

 

P = 1*(1,1430*0,09 + 1,2*1*(23*1,25 + 22*1,8 + 42*2,3 + 26*0,55)) = 343 кН

 

Расчетная нагрузка, допускаемая на сваю по грунту

F = P/γg

где γg = 1,4

 

F = 343/1,4 = 245 кН

Требуемое число свай в фундаменте определяю по формуле:

n = γgNII/P

 n = 1,4х340,1/343 ≈ 0,4

Окончательно принимаем 1 сваю на 2 м2 и размещаем ее по центру ростверка.

По конструктивным требованиям высота ростверка должна быть не менее hр = 0,05 + 0,3 = 0,35м. Принимаем высоту ростверка hр = 0,35м.

По конструктивным требованиям расстояние от края ростверка до внешней стороны сваи следует принимать равным lр = 0,15м. Расстояние между сваями принимаю равным l = 3*b = 3*0,3 = 0,9м.

Нахожу вес ростверка, приходящийся на 1м фундамента:

σ3 = 25х0,35х3х1 = 26,25 кН

Вес грунта, расположенного на ростверке:

σгр = 16х0,45х2,2х1 = 15,84 кН

Вес четырех фундаментных блоков марки ФС-5

σс = 4х1630х1012,38х10-3 = 27,39 кН

Определяю нагрузку, приходящуюся на содну сваю

N = (340,1 + 15,84 + 27,39 + 26,25)/3 = 259,16 кН

Определяю вес свай:

σ1 = 1х6,0х0,09х3,95 = 2,133т=21,33 кН

Определяю среднее давление под подошвой условного фундамента:

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

Определяю расчетное сопротивление грунта основания под подошвой условного фундамента:

 

R = ((1,25*1,1)/1,1)*[0,56*1,6*10,82+3,24*3,9*10,82+5,84*23]= 280,74 кПа

Основное требование расчета свайного фундамента по второй группе предельных состояний удовлетворяется:

Pср = 251,8 кПа < R = 280,74 кПа

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.2 Расчет осадки свайного фундамента

 

Определяю вероятную просадку свайного фундамента шириной b = 1,2 м и оказывающего на основание давление Рср = 251,8 кН/м2.

Аналогично расчету ленточного фундамента вычисляем деформацию сжатия (осадку) свайного фундамента по формуле:

                                                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 общей деформации слоя

Суммарная осадка будет равна:

                                                 Si = β ∑рi hi /Ei                                           (21)

До разработки грунта на отметке подошвы действовало природное давление σzg = γ2h= 17*(3,1+1,8+2,3+2,8) = 170  кН/м2.

Давление от фундамента превышает природное давление на величину

                                                      Р0 = Р- σzg                                              (22)

Р0= 340,1 – 170 = 170,1 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 = 60см.

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:

hi = 0.6м;       hi = 0,4*b = 0.4*1.2 = 0.48м

Результаты вычислений заполняем в таблицу 4.

 

 

 

 

 

 

Таблица4. Вычисление давлений для расчета осадок.

слой	z, м	2z/b	α	σzg, кН/м2	σzр, кН/м2	Е0, мПа	S, м
1 2 3 4	0 0,6 1,2 1,8	0 1 2 3	1 0,977 0,881 0,755	318,4 337,6 356,8 376	340,1 332,8 299,6 256,8	32	0,018

 

Искомая осадка будет равна

S = β σzр hi /Ei = 1,8см

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.3 Армирование ростверка

 

Бетон класса В25 с Rbt = 1,2 МПа. Высота защитного слоя бетона принимаем равным, а = 0,035м, тогда рабочая высота сечения

h0 = h – а = 0,6 – 0,035 = 0,565 м.

Давление под подошвой ростверка от действия расчетных нагрузок. Расчетная нагрузка веса фундамента и грунта:

 

σргр = 19х0,35х2,2х1х1,2 = 16,1 кН

σс = 27,39х1,1 = 30,13 кН

σз = 18х1,1 = 19,8 кН

ррср = (340,1+19,8+16,1+30,13)/3*1 = 135,4 кН/м2

 

Поперечная сила в сечении фундамента у грани стены (на 1 п.м.):

Q = ррср*b*(l – l1)/3

 

Q = 135,4*1,2*(3 – 0,6)/3 ≈ 130 кН

Проверим условие Q≤φb3*Rbt*b*h0

130 кН < 0,6*1200*1,2*0,565 = 488,16 кН

Условие выполняется, следовательно, установка поперечной арматуры и ее расчет не требуется.

 

Определяю расчетную продавливающую силу по формуле:

F = Pср*А

где     A = 0,5b(l – l0 – 2h0) = 0,762 м2;

F = 251,8*0,762 = 191,9 кН

Проверяю прочность ростверка на продавливание:

F ≤ φb Rbt um h0

um = 0,5(bв+bн) = 0,5 (1+1) = 1м

191,9 кН < 1*1200*1*0,565 = 678 кН

Следовательно, прочность на продавливание обеспечена.

Изгибающий момент в сечении у грани стены:

М = 0,125*135,4*(3 – 0,6)2 = 97,5 Кнм

В качестве рабочих втержней примем арматуру класса А-III с расчетным сопротивлением Rs=365 МПа.

Определяю требуемую площадь сечения арматуры на 1м длины плиты:

As = M/(0,9*h0*Rs)

As = 975000/(0,9*0,565*365*103) = 10,01 см2

Принимаю  12 диаметр АШ с As = 10.18 см2. Шаг стержня 200 мм.

Площадь распределительной арматуры с уметом 2-х консолей:

Asp = 2*0,1*10,18 = 2,04 м2

Принимаю диаметр 6 А-I с As = 2.26 cм2. Шаг распределительной арматуры S=300мм.

Изгибающий момент от нормативной нагрузки у грани стены:

М = 0,125*340,1*(3-0,6)2*1= 244,9 кНм

Нахожу значение модулей упругости арматуры и бетона: Es = 200000 МПа и Eb = 29900 МПа и определяю соотношение:

n = 200000/29900=6,897

Коэффициент армирования сечения:

μ = (As/b*h)*100%

μ = (10.18/60*300)*100% = 0.05%

Упругопластичный момент сопротивления сечения фундамента у грани стены:

Wpl = [0.292+0.75(γ1+2μn]b*h2

 

Wpl = [0.292+0.75(0+2*0.0005*6.897]*3*0.62 = 0.321 м3

Расчетное сопротивление бетона растяжению для второй группы предельных состояний Rbtn=1.8 МПа.

Момент трещиобразования:

Mcrc = Rbtn*Wpl

Mcrc =1,8*103*0,321 = 577,8 кНм

Проверяю выполнение условия:

М ≤ Mcrc

244,9 кНм < 577,8 кНм.

Следовательно трещины в ростверке не образуются.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 Выбор рационального  типа фундамента

 

Вариант I – ленточный фундамент, с глубиной заложения 3,65м, шириной подошвы фундамента равной 1,6м.

 Вариант II – фундамент свайный из забивных железобетонных свай сечением 30х30см, длиной 6,0м, ростверк, высотой 0,35м.

Технико-экономические показатели сравниваемых фундаментов на весь объем (трудоемкость и сметная стоимость строительно-монтажных работ) заносим в таблицу 5.

 

Таблица 5. Калькуляция работ.

№ п/п	Наименование работ	Ед. изм	Вар.	Объем работ	Стоимость, тг		Трудоемкость, чел/дн.
					ед	всего	ед	всего
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	Срезка растительного слоя	м3	I II	253,08 253,08	0,12 0,12	30,4 30,4	0,003 0,003	0,76 0,76
2	Разработка грунта	м3	I II	598,5 598,5	0,73 0,73	436,9 436,9	0,017 0,017	10,17 10,17
3	Щебеночная подготовка	м3	I	198,5	2,42	480,4	0,09	17,86
	Укладка фундаментных подушек	шт		45	62,0	2790	1,21	66,55
	Укладка фундаментных блоков	шт		155	49,0	7595	0,825	127,8
4	Забивка свай	шт	II	106	70,85	7510,1	1,09	115,5
	Срубка голов свай	шт		106	2,77	293,62	0, 73	77,38
	Установка армоопалубочных блоков ростверков	шт		34	25,3	860	0,4	13,6
	Бетонирование ростверка	м3		80,5	35,6	2865,8	0,64	51,52
	Итого		I II			11332,7 11996,82		233,1 268,9

 

Анализ Технико-экономических показателей сравниваемых вариантов показывает, что наиболее приемлемым в данном случае является вариант I, т.е. ленточный фундамент.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.  Контроль качества строительства.

 

Контроль качества строительства фундаментов и подземных конструкций предусматривается в проектной документации и включает в себя:

1) технический (в том числе инженерно-геологический, гидрогеологический и инженерно-экологический) контроль за возведением сооружения;

2) контроль качества материалов  и конструкций.

В состав  технического контроля входят:

а) проверка соответствия грунтов указанным в проекте работ, положения сооружения на местности и общей компоновки плана;

б) проверка составления исполнительного генплана площадки с отражением всех изменений, внесенных за время строительства;

в) организация и проведение контроля осадок строящегося сооружения на отдельных этапах строительства;

г) проверка устойчивости бортов и днищ котлованов, методов временных креплений откосов, влияния вскрытия котлованов на соседние сооружения;

д) проверка местоположения имеющихся на местности коммуникаций, наличие утечек из коммуникаций канализации и водоснабжения;

е) установление контроля за работой водопонизительной и осушительной систем, выявление возможных размывов грунта и химического состава подземных вод;

ж) проверка системы сброса откачиваемых вод;

з) контроль пьезометрических уровней у сооружения, (при глубоком дренаже или водопонижении);

и) проверка наличия трещин, осадок и деформаций зданий и сооружений, наличие просадок грунта вблизи строящегося здания, установление их возможной связи с геологическим строением участка (подземными рельефами и гидросетью) или с техногенными факторами;

к) организация мониторинга за температурой и влажностью грунтов вблизи сооружений с высокой температурой (котельные, горячие трубопроводы) или сооружений с большим водопотреблением или водорасходом;

л) организация в процессе строительства и по его окончании проверки герметичности основных трубопроводов и сооружений.

Указанные виды контроля должны быть предусмотрены в проектах работ по составлению ТЭО и в рабочей документации на строительство.