Расчет и проектирование фундамента на естественном основании

Проектируется монолитный фундамент мелкого заложения на естественном основании под колонну, расположенную по осям А-5, для исходных данных, приведенных в п.1

Определяем глубину заложения фундамента в соответствии с учетом трех факторов.

Первый фактор

Учет глубины сезонного промерзания грунта. Грунты основания пучинистые, поэтому глубина заложения фундамента от отметки планировки должна быть не менее расчетной глубины промерзания, которую можно определить по формуле (п.5.5.4 СП 22.13330.2011):

где, коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения, принимаемый для наружных фундаментов отапливаемых сооружений – по таб. 5.2 СП 22.13330.2011 при ;

величина, принимаемая равной для суглинков 0,23 м;

безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе.

Второй фактор

Учет конструктивных особенностей здания. Для заданных размеров сечения ж/б колонны 1400х600 мм и необходимой глубины ее заделки в стакан (1250 мм по серии 1,412-2/77 требуется подколонник площадью сечения 2100х1200 мм. Минимальный типоразмер подколонника Н_ф=1,8м. Таким образом, по второму фактору требуется d = Н_ф = 1,8 м.

Третий фактор

Инженерно-геологические и гидрогеологические условия площадки. С поверхности на большую глубину залегает слой 2, представленный достаточно прочным малосжимаемым суглинком (. Подстилающие слои 3 (среднесжимаемый суглинок) и 4 (малосжимаемый песок) по сжимаемости и прочности не хуже среднего слоя. В этих условиях, учитывая высокий уровень подземных вод (, глубину заложения подошвы фундамента целесообразно принять минимальную, однако достаточную из условий промерзания и конструктивных требований.

С учетом все трех факторов, принимаем глубину заложения от поверхности планировки , . Абсолютная отметка подошвы фундамента составляет – , в самой низкой точке рельефа заглубление в несущий слой 2 от отметки природного рельефа составляет

Определяем требуемое значение площади подошвы фундамента , в первом приближении, как центрально нагруженного. Пока не найдены размеры подошвы фундамента и , неизвестными является его вес, вес грунта на его уступы и величина расчётного сопротивления грунта основания , которая также зависит от неизвестной ширины фундамента. Это вынуждает решить задачу последовательным приближением, принимая для первого приближения расчетное сопротивление грунта несущего слоя (залегающего непосредственно под подошвой):

где, расчетная нагрузка, приложенная к обрезу фундамента (в уровне поверхности земли),

условное расчетное сопротивление грунта основания, кПа;

средний объемный вес материала фундамента и грунта, расположенного над уступами фундамента, ;

глубина заложения фундамента, считая от планировочной отметки земли около фундамента, м.

Принимаем размеры фундамента в соответствии с требуемым значением площади подошвы , и назначенной глубиной заложения , а следовательно, и фундамента. Площадь подошвы принятого фундамента должна удовлетворять условию Всем условиям удовлетворяет фундамент марки ФД 11-2 (серии 1.412-2/77) с характеристиками:

· размер ступеней плитной части, , мм:

· первая подошвенная – 3600х3000х300;

· вторая подошвенная – 2700х2100х300;

· площадь подошвы фундамента ;

· глубина ;

· объем бетона ;

· момент сопротивления площади подошвы фундамента .

Приводим все нагрузки, действующие на фундамент, к центру тяжести подошвы:

Определим эксцентриситет нагрузки по подошве фундамента, м, по формуле:

где, сумма вертикальных нагрузок, дейсвтующих на основание, кроме веса фундамента и грунта на его обрезках, и определяемых для случая расчета основания по деформациям, кН;

средний объемный вес материала фундамента и грунта, расположенного над уступами фундамента, ;

момент от равнодействующей всех нагрузок, действующих на подошве фундамента, найденных с учетом заглубления фундамента в грунте и перераспределяющего влияние подошвы фундамента, ;

длина фундамента, ;

ширина фундамента, ;

глубина заложения фундамента, считая от планировочной отметки земли около фундамента, м.

Определяем максимальное, минимальное и среднее краевое давление на грунт под подошвой при относительном эксцентриситете по формуле:

где, сумма вертикальных нагрузок, действующих на основание, кроме веса фундамента и грунта на его обрезах, и определяемых для случая расчета основания по деформациям, кН;

площадь подошвы фундамента, ;

средний объемный вес материала фундамента и грунта, расположенного над уступами фундамента, ;

глубина заложения фундамента, считая от планировочной отметки земли около фундамента, м;

момент сопротивления площади подошвы фундамента, .

Удельный вес грунта, расположенного выше подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды) вычисляем по формуле:

где, удельный вес глины, расположенного ниже уровня подземных вод, с учетом взвешивающего действия воды для расчета по II группе предельных состояний, ;

глубина расположения уровня подземных вод,

удельный вес глины без учета взвешивающего действия воды для расчета по II группе предельных состояний, ;

глубина заложения фундаментов, м.

Расчетное сопротивление грунта основания R, кПа, для принятых размеров фундамента, определяем по формуле (СП 22.13330.2011 п.5.6.7):

где, коэффициенты условий работы, при показатели текучести ;

коэффициент, принимаемый равным единице, т.к. прочностные характеристики грунта ( и ) определены непосредственными испытаниями;

коэффициенты, в зависимости от угла трения ;

коэффициенты, принимаемые равным единице при

ширина подошвы фундамента, м;

удельный вес суглинка, расположенного ниже уровня подземных вод, с учетом взвешивающего действия воды для расчета по II группе предельных состояний, ;

удельный вес грунта, расположенного выше подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), ;;

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

лубина заложения фундаментов, м;

глубина подвала, м.

Проверяем условия для принятых размеров фундамента:

Так как грузоподъемность мостового крана , то отношение проверять не требуется.

Расчет оснований по деформациям производят исходя из условия

где, осадка основания фундамента (совместная деформация основания и сооружения);

предельное значение осадки основания фундамента (совместной деформации основания и сооружения) (таб. Д.1 СП 22.13330.2011).

Осадку основания фундамента , с использованием расчетной схемы в виде линейно деформируемого полупространства определяем методом послойного суммирования по формуле:

где, безразмерный коэффициент;

среднее значение вертикального нормального напряжения от внешней нагрузки i -м слое грунта по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента, кН;

толщина i -го слоя грунта, см;

модуль деформации i -го слоя грунта по ветви первичного награждения, кПа;

среднее значение вертикального напряжения в i -м слое грунта по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента, от собственного веса выбранного при отрывке котлована грунта, кПа;

число слоев, на которые разбита сжимаемая толща основания.

Вертикальное эффективное напряжение от собственного веса грунта , кПа, на границе слоя, расположенного на глубине z от подошвы фундамента, определяется по формуле:

где, средний удельный вес грунта, расположенного выше подошвы фундамента, ;

глубина заложения фундамента, м;

соответственно удельный вес, , и толщина i -го слоя грунта, залегающего выше границы слоя на глубине z от подошвы фундамента, м.

Определяем составляющие формулы для определения осадки основания фундамента на уровне подошвы:

где, среднее давление под подошвой фундамента, кН.

где, средний удельный вес грунта, расположенного выше подошвы фундамента, ;

глубина заложения фундамента, м;

удельный вес глины, расположенного ниже уровня подземных вод, с учетом взвешивающего действия воды для расчета по II группе предельных состояний, ;

глубина расположения уровня подземных вод,

удельный вес глины без учета взвешивающего действия воды для расчета по II группе предельных состояний, ;

глубина заложения фундаментов, м.

Определяем составляющие формулы для определения осадки основания фундамента на глубине от уровня подошвы фундамента:

где, ширина подошвы фундамента, .

где, коэффициент, принимаемы по таб. 5.8 СП 22.13330.2011 в зависимости от относительной глубины и соотношению сторон подошвы фундамента ;

где, толщина i -го слоя грунта, м;

ширина подошвы фундамента, ;

длина фундамента, .

среднее давление под подошвой фундамента, кН.

где, толщина i -го слоя грунта, м;

ширина подошвы фундамента, ;

длина фундамента, .

где, удельный вес суглинка, расположенного ниже уровня подземных вод, с учетом взвешивающего действия воды для расчета по II группе предельных состояний, ;

толщина 1-го слоя грунта, залегающего выше границы слоя на глубине z от подошвы фундамента, м;

где, толщина i -го слоя грунта, м;

ширина подошвы фундамента, ;

длина фундамента, .

Дальнейшие вычисления сводим в таблицу.

Таблица 9. Определение осадки.

Номер слоя
	0,00	0,0	1,8	1,000	107,39	24,31	24,31	12,16
	0,6	0,4	2,4	0,966	103,74	29,90	23,48	14,95
	1,2	0,8		0,824	88,49	35,49	20,03	17,75
	1,8	1,2	3,6	0,644	69,16	41,09	15,66	20,54
	2,4	1,6	4,2	0,491	52,67	46,53	11,92	23,27
	3,0	2,0	4,8	0,375	40,27	51,97	9,12	25,99
	3,6	2,4	5,4	0,291	31,25	58,15	7,07	29,08
	4,2	2,8	6,0	0,231	24,75	64,33	5,60	32,17
	4,8	3,2	6,6	0,185	19,87	70,51	4,49	35,26