Назначение глубины заложения фундамента

Назначение глубины заложения фундамента начинают с выбора несу­щего слоя грунта, который совместно с подстилающими слоями обеспечива­ет равномерное развитие осадки, не превышающее предельно допустимых значений.

Определяем расчетную глубину заложения фундамента, учитывая геологические условия:

;

где: = 0,4; - коэффициент теплового режима в здании, определяемый по табл. 1 [3];

- нормативная глубина промерзания, определяемая по карте СНиП 2.01.01 - 82 «Строительная климатология и геофизика»: для г. Пермь =137 см (по карте для глинистых грунтов);

Расчетная глубина промерзания: м;

Определяем глубину заложения ростверка по конструктивному фактору:

d=2,2+0,15+1,5=3,85м;

Принимаем глубину заложения ростверка d=3,85м. Проектируем свайный фундамент из ж/б свай квадратного сплошного сечения марки С-4,0-30 длиной 4м, с размером стороны поперечного сечения b=0,3м, m_св=4∙270=1080кг (где: 270 – масса 1м сваи).

Схема ростверка

Определение глубины заложения подошвы ростверка:

d_р= d_b+h_ef+h_р

d_b – глубина подвала - расстояние от уровня планировки до пола подвала, м;

h_р – высота ростверка

h_{р min}=a_k+t+20см

t- глубина заделки свай в ростверк, м: t=0,05м

a_k- больший размер колонны в плане, a_k=0,6м

h_{р min} = 0,6+0,05+0,2 = 0,85м

h_ef – толщина пола подвала, h_ef = 0,2м

d_р = 2,7+0,2+0,85 = 4,05м

d_р = 4,05м > d_f = 1,2м - условие выполняется.

Выбор типа, марки и длины сваи:

Марка сваи С6-30 (ГОСТ 19804.1-79). Бетон В25; R_b=14,5Мпа. Продольная арматура 4Æ14 А-III; R_s=340Мпа, А_s=6,16см². Поперечное сечение сваи 0,3х0,3м, длина 4 м, острие – 0,3 м.

Свая погружается с помощью забивки дизель-молотом.

Определение расчетной нагрузки на сваю:

По грунту:

P = g_c· (g_cR·R·A + u Σg_cf·f_i·h_i)

g_c - коэффициент условий работы сваи в грунте, g_c =1

А - площадь опирания сваи на грунт,м²

h_i – толщина i-го слоя грунта

g_cR, g_cf –коэффициенты условий работы грунта, соприкасающегося с

боковой поверхностью, м

R, f_i- расчетные сопротивления грунта под нижним концом сваи и i-го

слоя грунта по боковой поверхности сваи определяемые по

таблицам, кПа.

u - наружный периметр поперечного сечения сваи, м

Разбивку грунта делаем на элементарные слои толщиной 1м.

zi, м	fi,кПа	γcf	hi,м
4,05
5,05
6,05
7,05
8,05
9,05

Р = 1·(1·2500·0,09 + 1,2·(1∙38·1 + 1∙40·1 + 1∙42·1 + 1∙43·1 + 1∙19·1 + 1∙19·1)) = 466,2 кПа

По материалу:

Р = φ·γ_с(R_b·A + R_sc·А_s´) = 1·1(14500·0,09 + 340000·0,000616) = 1514 кПа.

В дальнейших расчетах используем меньшее значение расчетной нагрузки, а именно по грунту Р = 466,2 кПа.

Расчетная нагрузка, допускаемая на сваю:

.

Определение размеров ростверка:

Условное давление под подошвой ростверка

s_р = р/(3·d_c)² = 466,2/(3·0,3)² = 575,6кН/м²

Условная площадь подошвы ростверка

А_р = N₀₁/(s_p - g_cp·d_p·g_f) = 2800/(575,6-21,5·4,05·1,1) = 1,06м²

Приближенный вес ростверка и грунта на его уступах:

N_p1=g_f·A_p·d_p·g_ср=1,1·1,06·4,05·21,5=101,5кН

Количество свай в ростверке:

n = (N₀₁₁+N_p1)/N_u = (2800+101,5)/333,0 = 1,8 = 2 шт.

Размещаем сваи с расстоянием между осями не меньше 3d = 3·0,3 = 0,9м. По конструктивным соображениям, расстояние между сваями по углам прямоугольника 0,9м х 0,3м.

Размер ростверка в плане с учетом свесов 1,8м х 1,2м.

Фактическое давление на сваю:

Вес сваи:

N_СII=0,3∙0,3∙4∙21,5=6,912 кН

Вес ростверка:

= 21,5∙1,2∙1,8∙0,3=13,9 кН.

Вес грунта, располагающегося на ростверке:

= 1,15∙1,8∙3,05∙18,2=114,2кН.

Расчетные значения указанных выше внешних нагрузок для первой группы предельных состояний (коэффициент надежности по нагрузке =1,1):

=1,1∙13,9=15,3 кН; N_СII=1,1∙6,912=7,6 кН;N₀₁=1,1∙510=561,0 кН; N_G11=1,1∙114,2=125,62 кН.

Нагрузка, приходящаяся на одну сваю:

Условие выполняется, следовательно, фундамент запроектирован пра­вильно.

Расчет ростверка на продавливание колонной:

N £ (a₁· (b_c+c₂)+a₂· (d_c+c₁)) ·h₁·R_bt,

где N – расчетная продавливающая сила, равная сумме реакций всех свай, расположенных за пределами нижнего основания пирамиды продавливания.

Расчет ростверка на поперечную силу:

При расчете на действие поперечной силы должно удовлетворяться условие:

Q ≤ m·R_b·b·h₀

где Q = åN_i – сумма реакций всех свай, находящихся за пределами наклонного сечения.

Расчеты на продавливание колонной и на поперечную силу проводить не требуется, т.к. сваи находятся внутри пирамиды продавливания.

Расчет ростверка на местное сжатие:

Должно удовлетворятся условие:

N₀₁ ≤ 1,5∙R_пр∙A_к

R_пр = 14,5МПа

А_к = 0,6∙0,4 = 0,24м² – площадь сечения колонны

N₀₁ = 561,0кПа < 1,5∙14500∙0,24 = 5220кПа

Расчет осадок свайного фундамента:

Представим свайный фундамент в виде условного фундамента на естественном основании.

Средневзвешенное расчетное значение угла внутреннего трения грунтов, находящихся в пределах длины сваи:

φ_{ср 11}=Σφ_{i 11}·l_i/Σl_i

φ_i11 – расчетные значения углов внутреннего трения для слоев

l_i –толщина слоя

φ_{ср 11} = (24·4+17∙2)/6 = 21,7º

Проведем наклонные плоскости под углом α= φ_{ср 11}/4=21,7 /4=5,4º от точек пересечения наружных граней свай с подошвой ростверка до плоскости (горизонтальной), проходящей через нижний конец сваи. Находим очертание условного фундамента, который включает в себя грунт, сваи и ростверк.

Размеры подошвы условного фундамента:

b_y = b+2l·tg(φ_{ср 11}/4) = 1,8+2·4· tg 5,4° = 2,5м

а_y = а+2l·tg(φ_{ср 11}/4) = 1,2+2·4· tg 5,4° = 1,9м

А_у = b_y· а_y = 4,75м²

Проверим условие:

Р_{ср II} = (N_0II+ N_свII+ N_росII+ N_грII)/А_у < R

N_0II – расчетная вертикальная нагрузка по обрезу фундамента

N_свII, N_росII, N_грII - вес свай, ростверка, грунта в пределах условного фундамента, кН

R - расчетное сопротивление грунта на уровне подошвы условного фундамента

Р_{ср II} = (2800+6,916+13,9+114,2)/4,75 = 135,8кПа < R = 444,4кПа

R = 1,2·1(0,61·1·2,5·11+3,44·1,9·17+(3,44-1)·3,35·17+6,04·10)/1,1 = 444,4кПа

Условие удовлетворяется

Для расчета осадки условного фундамента определим дополнительное давление p₀ = Р_{ср II} - σ_{zg 0}

21,5·4+18,5·2 = 123,0 кПа

p₀ = 135,8 – 123,0 = 12,8кПа

Величины, используемые при расчете осадок фундаментов по методу

послойного суммирования.

Грунт	№ точки	z, см	σzg	η=l/b	ξ=2z/b	α	σzp= α·Р0	Еi кПа
Глина	1	0	123,0	1,5	0	1,0	12,8	3500
2	0,5	133,8		0,4	0,949	12,1
3	1,0	144,5		0,8	0,756	9,7
4	1,5	155,3		1,2	0,547	7,0
5	2,0	166,0		1,6	0,390	5,0
6	2,5	176,8		2,0	0,285	3,6
7	3,0	187,5		2,4	0,214	2,7
Суглинок	8	3,5	196,8		2,8	0,165	2,1	18000
9	4,0	206,0		3,2	0,130	1,7
10	4,5	215,3		3,6	0,106	1,4
11	5,0	224,5		4,0	0,087	1,1

S=0,8[(12,8+12,1)·0,5/2·18000+(12,1+9,7)·0,5/2·18000+(9,7+7,0)·0,5/2·18000 + (7,0 + 5,0)·0,5/2·18000 + (5,0+3,6)·0,5/2·18000 + (3,6+2,7)·0,5/2·18000 + (2,7+2,1)·0,5/2·18000+(2,1+1,7)·0,5/2·18000+(1,7+1,4)·0,5/2·10000+(1,4+1,1)·0,5/2·18000] = 0,001м = 0,1см

Сравним предельную осадку с максимальной:

S = 0,1см < S_u = 12см

Условие удовлетворяется.

Литература

1. СНиП 2.01.07-85 Нагрузки и воздействия

2. ГОСТ 25100-95 Грунты

3. СНиП 2.01.01-83 Основания зданий и сооружений

4. Берлинов М.В Основания и фундаменты: Учеб. для строит. спец. вузов. – 2-е изд., перераб. и доп.- М.:Высш.шк., 1998

6. Далматов Б.И. Механика грунтов, основания и фундаменты: Учебник для вузов. – М.:Стройиздат, 1981