double arrow

Архитектурно строительный раздел

3. Основания и фундаменты

3.1 Исходные данные

Рассчитываем и проектируем основание и фундаменты 16-этажного жилогоо дома. Габаритные параметры и характеристика условий строительства приводятся в таблице 3.1.

Таблица 3.1

Параметры здания

L1, м H1, м tвн, оС Район строительства Mt Вес снегового покрова S0, кПа W0, кПа
40,3 17,28   г. Пермь 55,2 2,0 0,30

Габаритные схемы поперечного разреза и плана здания показаны на рис.3.1.

Железобетонные колонны основного каркаса имеют жесткое соединение с перекрытием.

Инженерно-геологические условия площадки строительства установлены бурением 4 скважин на глубину 20 м (таблица 3.2). Подземные воды во всех скважинах распложены на глубине 2,0 м от нулевой отметки.

Таблица 3.2

Инженерно-геологические условия площадки

№ слоя Тип грунта Обозн. Толщина слоя, м
скв. 1 88,6 скв. 2 86,9 скв. 3 86,1 скв. 4 85,7
  Почвенно-растительный слой h0 0,30 0,30 0,30 0,30
  Суглинок h1 5,50 5,30 5,70 5,50
  Глина h2 1,50 1,35 1,70 1,50
  Песчаник h3 Толщина слоя бурением до глубины 20 м не установлена

Исходные показатели физико-механических свойств грунтов приведены в таблице 3.

Исходные показатели физико-механических свойств грунтов

Таблица 3

№ слоя Тип грунта ρn, т/м3 W, % ρs, т/м3 ρI / ρII, т/м3 Wp, % W L, %
  Суглинок 1,96 23,9 2,72 1,91/1,93 13,5 29,5
  Суглинок 1,87 29,0 2,73 1,82/1,84 20,6 33,6
  Глина 1,82 29,2 2,76 1,77/1,79 24,2 44,2
№ слоя Тип грунта kf, см/с E, МПа сI / cII, кПа φI / φII, град.
  Суглинок 4,0х10-7 13,0 15,0/22,0 16/18
  Суглинок 1,1х10-7 7,0 11,0/16,0 14/16
  Глина 3,5х10-8 14,0 27,0/41,0 14/16

Данные химического анализа подземных вод по агрессивности представляются в таблице 4.

Химический анализ воды

Таблица 4

Показатель агрессивности Значение показателя
Бикарбонатная щелочность ионов HCO3, мг экв/л 1,4
Водородный показатель pH, мг экв/л 7,1
Содержание, мг/л  
агрессивной углекислоты CO2  
аммонийных солей, ионов NH4  
магнезиальных солей, ионов Mg2+  
едких щелочей, ионов Na+ и K+  
сульфатов, ионов  
хлоридов, ионов Cl-  

Рис.1 Габаритные схемы поперечного разреза и плана здания

2 Определение нагрузок действующих на фундаменты

Расчет нормативных значений усилий на уровне обреза фундаментов от нагрузок, воспринимаемых рамой каркаса: постоянной, снеговой, ветровой и крановой выполнен на ЭВМ. Наиболее нагруженным является фундамент по оси А, нормативные значения усилий для этих фундаментов приведены в таблице 5.

Определение значений расчетных усилий по обрезу фундамента по оси А в наиболее неблагоприятном сочетании нагрузок произведено в таблице 6.

Нормативные значения усилий на уровне обреза фундаментов по оси А

Таблица 5

Усилие Нагрузки
Постоянная Снеговая Ветровая Крановая
Nn, кН 1336,7 576,0   338,1
Мn, кН*м -336,3   -756,7 -88,6
Qn, кН -15,6   -81,5 -4,2

Расчетные значения усилий на уровне обреза фундаментов по оси А

Таблица 6

Усилия Нагрузки
(1)+(2) (1)+(3) (1)+(4) (1)+0,9[(2)+(3)+(4)]
Nn, кН 1912,7 1336,7 1674,8 2159,4
Мn, кН*м -336,3 -1093,0 -424,9 -1097,1
Qn, кН -15,6 -97,1 -19,8 -92,7

Для расчетов по деформациям (с коэффициентом надежности по нагрузке ):

,

,

.

Для расчетов по несущей способности (с коэффициентом надежности по нагрузке ):

,

,

.

3 Оценка инженерно-геологических и гидравлических условий площадки строительства

Планово-высотная привязка здания на площадке строительства приведена на рис.2. Инженерно-геологические разрезы, построенные по заданным скважинам, показаны на рис.3.

Вычисляем необходимые показатели свойств и состояния грунтов по приведенным в таблице 3 исходными данными. Результаты приведены в таблице 7.

Рис.2 Схема планово-высотной привязки здания

Рис.3 Инженерно-геологические разрезы I-I и II-II

Показатели свойств и состояния грунтов

Таблица 7

№ слоя Pd, т/м3 n, % е Sr IP, % IL γIII, кН/м3 γs, кН/м3 γsb, кН/м3 Rусл, кПа
  1,58 41,9 0,721 0,9   0,65 18,7/18,9 26,7 9,7 219,0
  1,45 46,9 0,883 0,9   0,65 17,9/18,1 26,8 8,9 254,2
  1,41 48,9 0,960 0,84   0,25 17,4/17,6 27,1 8,7 481,7

Слой 2 – суглинок

Число пластичности:

Плотность сухого грунта:

Пористость и коэффициент пористости:

Степень влажности:

Показатель текучести:

Расчетные значения удельного веса и удельного веса частиц:

Удельный вес суглинка, расположенного ниже УПВ, с учетом взвешивающего действия воды:

где – удельный вес воды.

Для определения условного расчетного сопротивления грунта по формуле СНиП 2.02.01-83* принимаем условные размеры фундамента d1 = dусл = 2 м и bусл =1 м (см. рис.4). Установим в зависимости от заданных геологических условий и конструктивных особенностей здания коэффициенты.

Рис.4 Схема условных размеров фундамента

По таблице 3 СНиП 2.02.01-83* принимаем: gc1 = 1,1 для (при IL = 0,65), gc2 = 1,0 для зданий с гибкой конструктивной схемой, k = 1 принимаем по указаниям п.2.41 СНиП 2.02.01-83*.

При jII = 18° по табл.4 СНиП 2.02.01-83* имеем Mg = 0,43; Mq = 2,73; Mc = 5,31.

Удельный вес грунта выше подошвы условного фундамента до глубины dw = 1,0 м принимаем без учета взвешивающего действия воды gII = 18,9 кН/м3, а ниже УПВ, т.е. в пределах глубины d = dусл - dw м и ниже подошвы фундамента, принимаем; gsb = 9,7 кН/м3; удельное сцепление cII = 22 кПа.

Вычисляем условно расчетное сопротивление:

Полное наименование грунта слоя №2 – суглинок тугопластичный. Этот грунт может быть использован как естественное основание, поскольку имеет достаточную прочность. Sr = 0,9 – следовательно грунт насыщен водой.

Слой 3 – суглинок

По таблице 3 СНиП 2.02.01-83* принимаем: gc1 = 1,1 для (при IL >0,5), gc2 = 1,0 для зданий с гибкой конструктивной схемой, k = 1 принимаем по указаниям п.2.41 СНиП 2.02.01-83*.

При jII = 16° по табл.4 СНиП 2.02.01-83* имеем Mg = 0,36; Mq = 2,43; Mc = 4,99.

Удельный вес грунта gsb = 8,9 кН/м3; удельное сцепление cII = 16 кПа.

Вычисляем условно расчетное сопротивление:

Полное наименование грунта слоя №3 – суглинок тугопластичный.

Sr = 0,9 – следовательно грунт насыщен водой.

Слой 4 – глина

По таблице 3 СНиП 2.02.01-83* принимаем: gc1 = 1,25 для (при IL = 0,25), gc2 = 1,0 для зданий с гибкой конструктивной схемой, k = 1 принимаем по указаниям п.2.41 СНиП 2.02.01-83*.

При jII = 16° по табл.4 СНиП 2.02.01-83* имеем Mg = 0,36; Mq = 2,43; Mc = 4,99.

Удельный вес грунта gsb = 8,7 кН/м3; удельное сцепление cII = 41 кПа.

Вычисляем условно расчетное сопротивление:

Полное наименование грунта слоя №4 – глина тугопластичная.

Sr = 0,84 – следовательно грунт насыщен водой.

Заключение

В целом площадка пригодна для возведения здания. Рельеф площадки спокойный с уклоном в сторону скважины 4. Грунты имеют слоистое напластование, с выдержанным залеганием пластов. Все грунты имеют достаточную прочность, невысокую сжимаемость и могут быть использованы в качестве оснований в природном состоянии. Грунтовые воды расположены на достаточной глубине, что не влияет на условия устройства фундаментов, но в районе первой скважины необходимо водопонижение, так как фундамент заглубляется ниже УПВ; возможность открытого водоотлива из котлованов, разработанных в суглинке, должна быть обоснована проверкой устойчивости дна котлована (прорыв грунтовых вод со стороны слоя суглинка); суглинок, залегающая в зоне промерзания, в соответствии с табл. 2 СНиП 2.02.01-83 является пучинистым грунтом, поэтому глубина заложения фундаментов наружных колонн здания должна быть принята не менее расчетной глубины промерзания суглинка. При производстве работ в зимнее время необходимо предохранение основания от промерзания.

Целесообразно рассмотреть следующие возможные варианты фундаментов и оснований:

1) фундамент мелкого заложения на естественном основании - суглинке;

2) свайный фундамент из забивных висячих свай; несущим слоем для свай может служить глина (слой 4).

Следует предусмотреть срезку и использование почвенно-растительного слоя при благоустройстве и озеленении застраиваемого участка (п.1.5 СНиП 2.02.01-83).

4 Расчет и проектирование варианта фундамента на естественном основании

Проектируется монолитный фундамент мелкого заложения на естественном основании по серии 1.412-2/77 под колонну, расположенную по осям А-5, для исходных данных, приведенных выше.

4.1 Определение глубины заложения фундамента

Первый фактор - учет глубины сезонного промерзания грунта. Грунты основания пучинистые, поэтому глубина заложения фундамента d от отметки планировки DL должна быть не менее расчетной глубины промерзания. Для tвн = 10 °С и грунта основания (суглинок), по 2.28 СНиП 2.02.01-83:

Коэффициент Kh = 0,8 принят как уточненный при последующем расчете в соответствии с указаниями примечания к табл.1 СНиП 2.02.01-83.

Второй фактор - учет конструктивных особенностей здания. Минимальный типоразмер высоты фундамента для указанного типа подколонника Hф = 1,5 м. Таким образом, по второму фактору требуется d = Hф + 0,7 = 1,5 + 0,7 = 2,2 м.

Третий фактор - инженерно-геологические и гидрогеологические условия площадки. С поверхности на большую глубину залегает слой 2, представленный достаточно прочной средне-сжимаемым суглинком (Rусл = 219 кПа).

Подстилающие слои 3 и 4 по сжимаемости и прочности не хуже среднего слоя. В этих условиях, учитывая высокий УПВ, глубину заложения подошвы фундамента целесообразно принять минимальную, однако достаточную из условий промерзания и конструктивных требований.

С учетом всех трех факторов, принимаем глубину заложения от поверхности планировки (DL) с отметкой 87,15 м, d = 2,05 м, Нф = 1,5 м. Абсолютная отметка подошвы фундамента (FL) составляет 85,10 м, что обеспечивает выполнение требования о минимальном заглублении в несущий слой. В самой низкой точке рельефа заглубление в несущий слой 2 от отметки природного рельефа (NL) равной 85,74 м составляет: 85,74 - 85,1 = 0,64 м > 0,5 м.

4.2 Определение площади подошвы фундамента

Площадь Атр подошвы фундамента определяем по формуле:

где gmt = 20 кН / м3 - средний удельный вес материала фундамента и грунта на его уступах.

4.3 Выбор фундамента и определение нагрузки на грунт

Принимаем фундамент ФВ13-1 с размерами подошвы l = 4,2 м, b = 3,6 м (рис.5), тогда А = l × b = 15,12 м2, Нф = 1,5 м, объём бетона Vfun = 9,3 м3.

Рис.5 Проектные отметки грунта и фундамента

Вычисляем расчетные значения веса фундамента и грунта на его уступах:

Все нагрузки, действующие на фундамент, приводим к центру тяжести подошвы:

4.4 Расчетное сопротивление грунта

Уточняем расчетное сопротивление R для принятых размеров фундамента

(b = 3,6 м, l = 4,2 м, d = 1,5 м):

4.5 Давление на грунт под подошвой фундамента

Определяем среднее PII mt, максимальное PII max и минимальное PII min давления на грунт под подошвой фундамента:

Т.к. грузоподъемность мостового крана Q2 = 15 т < 75 т, то отношение проверять не требуется.

Все условия ограничения давлений выполнены.

Эпюра контактных давлений по подошве фундамента приведена на рис.6.

4.6 Расчет осадки методом послойного суммирования

Для расчета осадки фундамента методом послойного суммирования составляем расчетную схему, совмещенную с геологической колонкой по оси фундамента А-5.

Напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента при планировке срезкой в соответствии с п.1 прил.2 СНиП 2.02.01-83:

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

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 × 3,6 = 0,72 м.

Дальнейшие вычисления сводим в таблицу 8.

Определение осадки

Таблица 8

zi, м zi + d, м a szp = a×P0, кПа s = a×szg,0, кПа szg = szg,0 + + gsb,i × ziт, кПа 0,5×szg, кПа Е, кПа
    2,05 1,000 145,25 38,75 38,75 19,38  
0,72 0,4 2,77 0,965 140,17 37,39 45,73 22,87  
1,44 0,8 3,49 0,820 119,11 31,78 52,72 26,36  
2,16 1,2 4,21 0,638 92,67 24,72 59,70 29,85  
2,88 1,6 4,93 0,484 70,30 18,76 66,69 33,35  
3,6 2,0 5,65 0,369 53,60 14,30 73,67 36,84  
4,32 2,4 6,37 0,286 41,54 11,08 80,65 40,33  
5,04 2,8 7,09 0,226 32,83 8,76 87,64 43,82  
5,76 3,2 7,81 0,181 26,29 7,01 90,01 45,01  
6,48 3,6 8,53 0,149 21,64 5,77 96,42 48,21  

Граница слоя суглинка и слоя суглинка условно смещена до глубины zi = 5,04 м от подошвы (фактическое положение на глубине z = 5,16 м), а граница суглинка и глины смещена до глубины zi = 6,48 м от подошвы (фактическое положение на глубине z = 6,7). На глубине Hc = 4,38 м от подошвы фундамента выполняется условие СНиП 2.02.01-83 (прил.2, п.6) ограничения глубины сжимаемой толщи основания (ГСТ):

поэтому послойное суммирование деформаций основания производим в пределах от подошвы фундамента до ГСТ.

Осадку основания определяем по формуле:

Условие S = 1,5 см < Su = 12,0 см выполняется (значение Su принято по таблице прил.4 СНиП 2.02.01-83).

Рис.6 Расчетная схема распределения напряжений в основании фундамента на естественном основании по оси А-5

5 Расчет и проектирование свайного фундамента

Рассмотрим вариант свайного фундамента из забивных свай сечением 300x300 мм, погружаемых дизельным молотом.

5.1 Глубина заложения подошвы ростверка

Назначаем глубину заложения подошвы ростверка:

Расчетная глубина промерзания грунта от поверхности планировки DL равна df = 1,71 м.

По конструктивным требованиям, также как и для фундамента на естественном основании верх ростверка должен быть на отметке – 0,700. Минимальная высота ростверка должна быть hr = 1500 мм = 1,5 м.

Для дальнейших расчетов принимаем большую высоту из двух значений, т.е. hr = 1,5 м (кратно 150 мм), что соответствует глубине заложения – 2,20 м (абс. отм. 85,10).

5.2 Необходимая длина свай

В качестве несущего слоя висячей сваи принимаем глину (слой 4), тогда необходимая длина сваи должна быть не менее:

Принимаем типовую железобетонную сваю С-8-30 (ГОСТ 19804.1-79*) квадратного сечения 300 х 300 мм, длиной L = 8 м. Класс бетона сваи В20. Арматура из стали класса А-III 4 Æ12, объем бетона 0,73 м3, масса сваи 1,83 т, толщина защитного слоя ав = 20 мм.

5.3 Несущая способность одиночной сваи

Определяем несущую способность одиночной сваи из условия сопротивления грунта основания по формуле (8) СНиП 2.02.03-85:

В соответствии с расчетной схемой сваи (рис.7) устанавливаем из табл.1 СНиП 2.02.03-85 для глины при z = 8,63 м расчетное сопротивление R = 4271,7 кПа. Для определения fi расчленяем каждый однородный пласт грунта (инженерно-геологический элемент) на слои Li £ 2 м и устанавливаем среднюю глубину расположения zi каждого слоя, считая от уровня природного рельефа. Затем по табл.2 СНиП 2.02.03.-85, используя в необходимых случаях интерполяцию, устанавливаем:

для суглинка при JL = 0,65 и z1 = 1,68 м Þ f1 = 8,4 кПа;

для суглинка при JL = 0,65 и z2 = 3,68 м Þ f2 = 12,0 кПа;

для суглинка при JL = 0,65 и z3 = 5,26 м Þ f3 = 13,0 кПа;

для суглинка при JL = 0,65 и z3 = 6,61 м Þ f4 = 14,2 кПа;

для глины при JL = 0,65 и z4 = 8,01 м Þ f5 = 53,0 кПа.

Площадь опирания сваи на грунт , периметр . Для сваи сплошного сечения, погружаемой забивкой дизельным молотом, по табл. 3 СНиП 2.02.03-85 gcr = gcf =1, gc = 1. Тогда:

Рис. 7 Расчетная схема к определению несущей способности сваи по грунту

6.4 Требуемое число свай

Определяем требуемое число свай в фундаменте в первом приближении при Ncol I = 2591,3 кН:

Принимаем n = 11.

5.5 Размещение свай в кусте

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

Рис.8 Размещение свай в плане

5.6 Вес ростверка и грунта на его уступах

Определим вес ростверка и грунта на его уступах.

Объем ростверка: ;

Объем грунта:

Вес ростверка и грунта:

5.7 Определение окончательных нагрузок

Все действующие нагрузки приводим к центру тяжести подошвы ростверка:

5.8 Проверка нагрузок на крайние сваи

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

NI max = 449,58 кН; NI min = 76,78 кН.

Проверяем выполнение условий:

Коэффициент надежности по назначению здания gn = 0,95 принят в соответствии со СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия.

5.9 Предварительная проверка все сваи по прочности материала

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

Определяем коэффициент деформации a e:

Начальный модуль упругости бетона класса В15, подвергнутого тепловой обработке при атмосферном давлении, по табл.18 СНиП 2.03.01-84, . Момент инерции поперечного сечения сваи:

Условная ширина сечения сваи .

Коэффициент пропорциональности К по табл.1 прил.1 к СНиП 2.02.03-85 для суглинка (JL = 0,6), принимаем К = 8 МН/м4. Коэффициент условий работы gс = 1.

Глубина расположения условной заделки сваи от подошвы ростверка:

В заделке действуют усилия: продольная сила NI max = 449,58 кН; изгибающий момент:

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

5.10 Расчет ростверка на продавливание колонной

Класс бетона ростверка принимаем В20, тогда Rbt = 0,9 МПа (табл.5.2 СП 52-101-2003). Рабочую высоту сечения принимаем h0 = 1,5 м.

Расчетное условие имеет следующий вид:

Размеры bcol = 500 мм, hcol = 1250 мм, hg = 1500 мм, c1 = 125 мм и c2 = 350 мм, коэффициент надежности по назначению gn = 0,95.

Определяем коэффициент a, учитывающий частичную передачу продольной силы на плитную часть ростверка через стенки стакана, для чего предварительно определяем площадь боковой поверхности заделанной в стакан части колонны Аf (по наружному обводу обоих ветвей).

Принимаем a = 0,85.

Значения реакций по верхней горизонтальной грани:

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

б) во втором ряду от края ростверка:

в) в третьем ряду от края ростверка:

Величина продавливающей силы определяется по формуле:

Предельная величина продавливающей силы, которую может воспринять ростверк с принятой толщиной дна стакана:

,

т.е. прочность ростверка на продавливание колонной обеспечена.

5.11 Расчет 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 ae = 0,836 м-1 (п. 6.9. настоящего расчета). Условная ширина сечения сваи bp = 0,95 м. Прочностной коэффициент пропорциональности, для суглинка пластичной (JL = 0,6), по табл.1 прил.1 СНиП 2.02.03-85 равен: a = 53,6 кН/м3.

Приведенное значение продольной силы для приведенной глубины погружения сваи в грунт определяем по табл.2 прил.1 к СНиП 2.02.03-85 (шарнирное сопряжение сваи с ростверком) при l = 4 и zi = 0. Получаем = 0,409, тогда:

Так как сила Hel = 29,8 кН > , то расчет ведем по первой (упругой) стадии работы системы свая - грунт.

При шарнирном опирании низкого ростверка на сваи М0 = 0 и l = 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:

где безразмерные коэффициенты А0 = 2,441 и В0 = 1,621 приняты по табл.5 прил.1 к СНиП 2.02.03-85 для приведенной глубины погружения сваи = 4 м.

Так как up = 0,238 см < uu = 1см, условие ограничения горизонтального перемещения головы сваи выполнено.

5.12 Расчет 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 в воде (для слоя 2) gI = gsb = 8,7 кН/м3; φI = 160; cI = 15,0 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:

Момент от временных нагрузок в том же сечении составит:

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

для глубины , так как > 2,5; откуда , а

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.


Как видно,

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

5.13 Несущая способность сваи по прочности материала

Определим несущую способность сваи по прочности материала. Характеристики сваи: Rb = 11,5 МПа; Rsc = Rs = 270 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:

Результаты дальнейших вычислений, имеющих целью определение Мz max, сводим в табл.9, причем при назначении Z используем соотношение , в котором значения Z принимаем по табл.4. прил.1 к СНиП 2.02.03-85.

Результаты вычислений изгибающих моментов

Таблица 9

Zi, м A3 B3 D3 Mz, кН·м
0,334 0,4 - 0,011 - 0,002 0,400 5,711
0,669 0,8 - 0,085 - 0,034 0,799 9,823
0,836 1,0 - 0,167 - 0,083 0,994 10,950
1,003 1,2 - 0,287 - 0,173 1,183 11,586
1,087 1,3 - 0,365 - 0,238 1,273 11,660
1,170 1,4 - 0,455 - 0,319 1,358 11,607
1,338 1,6 - 0,676 - 0,543 1,507 11,185
1,672 2,0 - 1,295 - 1,314 1,646 9,308

Как видно из таблицы, Мz max I = 11,66 кН×м действует на глубине z =1,087 м.

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 и поперечного размера сваи dсв = 30 см:

Так как полученные значения эксцентриситетов е01 и е02 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 Nmax I и Nmin I 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-III и бетона В20

следовательно принимаем значение x1 = 14,6 см для дальнейшего расчета.

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

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

5.14 Расчет 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.9.

Размеры свайного поля по наружному обводу:

Размеры площади подошвы условного массива:

Площадь подошвы условного массива .

Объём условного массива .

Вычислим средневзвешенное значение удельного веса грунта выше подошвы условного фундамента:

Вес грунта в объёме условного фундамента

.

Вес ростверка .

Вес свай

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

Проверяем напряжения в плоскости подошвы условного фундамента.

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

Принимаем: gc1 = 1,2 для глины gc2 = 1; k = 1; jII 4 = 16°; cII 4 = 41,0 кПа;

Mg = 0,36; Mq = 2,43; Mc = 4,99; gII mt = 11,63 кН/м3; gsb 4 = 8,7 кН/м3

Среднее давление PII mt по подошве условного фундамента:

Максимальное краевое давление PII max:

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

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

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

Дальнейшие вычисления сводим в таблицу 10.

Рис. 9 Расчетная схема распределения напряжений в основании свайного фундамента по оси А-5

Определение осадки

Таблица 10

zi, м zi + d, м a szp = a×P0, кПа s = a×szg,0, кПа szg = szg,0 + + gsb,i × ziт, кПа 0,5×szg, кПа Е, кПа
    10,0 1,000 180,13 116,32 116,32 58,16  
0,6 0,4 10,6 0,973 175,27 113,18 121,54 60,77  
1,2 0,8 11,2 0,853 153,65 99,22 126,76 63,38  
1,8 1,2 11,8 0,691 124,47 80,38 131,98 65,99  
2,4 1,6 12,4 0,544 97,99 63,28 137,20 68,60  
3,0 2,0 13,0 0,426 76,74 49,55 142,42 71,21  
3,6 2,4 13,6 0,337 60,70 39,20 147,64 73,82  
4,2 2,8 14,2 0,271 48,82 31,52 152,86 76,43  

На глубине Hc = м от подошвы условного фундамента выполняется условие СНиП 2.02.01-83 (прил.2, п.6) ограничения глубины сжимаемой толщи основания (ГСТ):

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

Осадку основания определяем по формуле:

Условие S = 0,8 см < Su = 12,0 см выполняется (значение Su = 12,0 см принято по таблице прил.4 СНиП 2.02.01-83).

6 Определение степени агрессивного воздействия подземных вод и разработка рекомендаций по антикоррозионной защите подземных 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 класса 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 УПВ все 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 суглинка, в котором расположены подземные конструкции, равен:

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:

Дальнейшую оценку ведем в табличной форме (табл. 11).

Анализ агрессивности воды для бетона на портландцементе

Таблица 11

Показатель агрессивности Номер таблицы СНиП 2.03.11-85 Степень агрессивности среды по отношению к бетону марки W4
Бикарбонатная щелочность   отсутствуют - неагрессивная
Водородный показатель   - неагрессивные
Содержание агр-ой углекислоты   - неагрессивная
Содержание аммонийных солей   - неагрессивная
Содержание магнезиальных солей   - неагрессивная
Содержание едких щелочей   - неагрессивная
Содержание сульфатов   - неагрессивная
Содержание хлоридов   среднеагрессивная (в зоне капиллярного подсоса и переменного УПВ)

Заключение. При бетоне нормальной (Н) проницаемости (марка по водонепроницаемости W4 по табл.1 СНиП 2.03.11-85) в конструкциях фундаментов и приямка вода среднеагрессивна по содержанию хлоридов, неагрессивна по остальным показателям.

Рассмотрим возможность обеспечения стойкости конструкций фундаментов и приямка в агрессивной среде за счет назначения проектных требований к материалам (первичная защита). Как следует из табл.11 СНиП 2.03.11-85, при среднеагрессивной среде и примененной арматуре классов А-II и А-III (группа 1 по табл. 9 СНиП 2.03.11-85) требуется применение бетона пониженной проницаемости (марки W 6) либо оцинкованной арматуры (см.п.2.21 СНиП 2.03.11-85). Однако оцинкованная арматура дорога и дефицитна, а получение бетона пониженной проницаемости в условиях строительной площадки затруднено, поэтому необходимо выполнить специальную защиту фундаментов и приямка.

Для защиты подошвы фундамента и дна приямка при среднеагрессивной среде предусматриваем в соответствии с п.2.33 СНиП 2.03.11-85 устройство битумобетонной подготовки толщиной не менее 100 мм из втрамбованного в грунт щебня с поливкой битумом до полного насыщения.

Для защиты днища (по бетонной подготовке) и боковых поверхностей и гидроизоляции приямка в целом (в соответствии с указаниями п.2.34 и табл.13, а также рекомендациями прил.5 к СНиП 2.03.11-85) необходимо выполнить покрытие III группы - оклеечную гидроизоляцию из 3 слоев гидроизола на горячей битумной мастике с последующим устройством защитной стенки в 1/4 кирпича, пропитанного битумом.

Для защиты боковых поверхностей фундаментов выполнить полимерное покрытие на основе лака ХII-734 (хлорсульфированный полиэтилен).

Фундаменты и приямок выполнить из бетона нормальной (Н) проницаемости (марка по водонепроницаемости W4; водопоглощение не более 5,7% по массе; водоцементное отношение В/Ц не более 0,6).

7 Учет влияния примыкающих и заглубленных подземных конструкций

При наличии вблизи фундамента приямка следует устроить подбетонку с тем, чтобы выполнялось условие:

a = 1,775 м

Принимаем

Толщину подбетонки принимаем 0,6 м.

7.1 Расчет приямка

Определение активного бокового давления в пределах глубины Нпр

Hпр = 5,2 м; ln = 24 м; bn = 4 м

Характеристика грунта нарушенной структуры:

Горизонтальные составляющие активного давления

От веса грунта:

– коэффициент надежности по нагрузке для бокового давления грунта.

От полезной нагрузки:

– коэффициент надежности по нагрузке от qn

qn = 20 кПа – полезная нагрузка.

От давления воды:

– коэффициент надежности по нагрузке для давления воды.

Изгибающий момент и поперечная сила всех горизонтальных сил относительно оси, проходящей через центр тяжести сечения 1-1

0,6 – толщина днища приямка.

– собственный вес приямка;

bcт = 0,4 м – толщина стен приямка

γfb = 0,9 – коэффициент надежности по нагрузке.

– сила всплытия;

– площадь основания приямка;

Так как вес приямка GI больше силы всплытия Fw, то равномерно распределенная нагрузка q считается по формуле:

– гидростатическое давление подземных вод

7.2 Расчет приямка на всплытие

– условие не всплытия;

γem = 1,2 – коэффициент надежности от всплытия

GI = 7203,4 кН

Fw = 5477,47 кН

Условие выполняется, приямок не всплывет.


Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  



Сейчас читают про: