КР Проектирование фундамента мелкого заложения в открытом котловане и свайных фундаментов в г. Курск

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Институт Гидротехнического и энергетического строительства
Кафедра Механики грунтов и геотехники
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине
«Геотехника. Основание и фундаменты»
Тема:
«Проектирование фундамента мелкого заложения в открытом котловане и
свайных фундаментов в г. Курск»
Вариант: геология – 25, конструкция - 2, этажность - 7
Выполнил обучающийся
(институт (филиал), курс, группа, Ф.И.О.)
Руководитель курсовой работы
(ученое звание, ученая степень, должность, Ф.И.О.)
К защите
(дата, подпись руководителя)
Курсовая работа защищена с
оценкой
(оценка цифрой и прописью)
Руководитель курсовой работы
(дата, подпись руководителя)
Председатель аттестационной
комиссии
(ученое звание, ученая степень, должность, Ф.И.О.)
Члены комиссии:
(дата, подпись члена комиссии)
г. Москва
2023
6
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………...8
I. Задание на проектирование. Изучение, обработка и анализ исходной
информации, содержащейся в задании……………………………………………..9
1.1. Конструкция, сооружения, фундаменты, нагрузки………………………..9
1.2. Инженерно-геологические условия площадки застройки и их оценка…10
II. Привязка сооружения к инженерно-геологическому разрезу………..13
III.
Проектирование
сборных
фундаментов
мелкого
заложения,
возводимых в открытых котлованах……………………………………………...14
3. 1 Ленточный фундамент наружной стены здания с подвалом …………….14
3.2 Отдельный центрально нагруженный фундамент под колонну для здания
с подвалом……………………………………………………………………………..23
IV. Расчет оснований по второму предельному состоянию – по
деформациям…………………………………………………………………………30
4.1 Определение конечной (стабилизированной) осадки фундамента мелкого
заложения методом послойного суммирования. Осадка ленточного фундамента
под наружные стены…………………………………………………………………..30
4.2 Определение конечной (стабилизированной) осадки фундамента мелкого
заложения методом послойного суммирования. Осадка столбчатого фундамента
под внутреннюю колонну……………………………………………………………..38
V. Проектирование свайных фундаментов………………………………...43
5.1 Ленточный свайный фундамент под наружную стену
жилого
дома…………………………………………………………………………………….43
VI. Расчет оснований по второму предельному состоянию – по
деформациям…………………………………………………………………………54
7
6.1 Расчет конечной (стабилизированной) осадки свайного фундамента
методом послойного суммирования………………………………………………….54
6.2 Подбор молота для забивки свай и определение расчетного отказа……..60
VII. Проектирование котлована…………………………………………….63
7.1 Подсчет объемов земляных работ и объемов бетонных и железобетонных
конструкций для фундамента мелкого заложения…………………………………..64
7.2 Подсчет объемов земляных работ и объемов бетонных и железобетонных
конструкций для свайного фундамента……………………………………………...64
ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………….66
Список литературы…………………………………………………………...67
8
ВВЕДЕНИЕ
В рамках курсовой работы по дисциплине «Геотехника. Основания и
фундаменты» выполняется проектирование фундамента мелкого заложения в
открытом котловане и свайных фундаментов в г. Курск.
Фундамент – строительная несущая конструкция, которая является частью
здания, сооружения и воспринимает все нагрузки от вышележащих конструкций и
распределяет их по основанию.
Проектирование фундамента является основной задачей строительства.
Расчёт фундамента производится по двум предельным состояниям. Первое – это по
несущей способности, второе – по деформациям.
Проектирование фундамента мелкого заложения осуществляется согласно
СП 22.13330.2016 «Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция
СНиП 2.02.01-83*», а проектирование свайного фундамента на основании СП
24.13330.2021. «Свайные фундаменты».
В данной курсовой работе для заданных инженерно-геологических условий
будет производится привязка здания и расчет фундамента мелкого заложения под
наружные стены и внутренние колонны, и их проверка по второму предельному
состоянию. Далее будет выполняется расчет свайного фундамента под наружные
конструкции.
По итогу выполненных расчетов нужно запроектировать каждый тип
фундамента и выполнить расчет котлована. Также необходимо выполнить подсчет
объемов земляных работ и объемов бетонных и железобетонных конструкций для
каждого типа фундамента.
9
I. Задание на проектирование. Изучение, обработка и анализ исходной
информации, содержащейся в задании
1.1. Конструкция сооружения, фундаменты, нагрузки
В данной курсовой работе необходимо запроектировать фундаменты под
жилое здание в 7 этажей. В плане здание состоит из двух секций. Размеры в плане
в крайних осях: длина – 95,2 м, ширина – 12 м.
Высота этажа 3,0 м. Тогда высота здания 21,8 м.
Здание имеет подвал во всех осях. Пол подвала находится на отметке –2,2 м.
Отметка пола первого этажа ±0.00 на 0,6 м выше отметки спланированной
поверхности земли.
Здание – панельно-блочный жилой дом. Наружные стены – кирпичные
толщиной 64 см. Внутренние стены – сборные панели толщиной 12 см. Колонны
ж/б 40×40 см. Перекрытия – сборные многопустотные ж/б плиты толщиной 22 см.
Покрытие – сборные ж/б плиты.
Расчетная нагрузка на отдельный фундамент под стену (ось А)
Нормативные нагрузки на стену, приложенные на отметке низа пола первого
этажа следующие:
- постоянная 𝑁п = 274 кН;
- временная 𝑁в = 20 кН.
К этим нагрузкам добавляются отдельно указанные в задании нагрузки:
постоянная 𝑁пп и временная 𝑁вп
- постоянная 𝑁п = 14 кН;
- временная 𝑁в = 2 кН.
Расчетные нагрузки:
- для расчетов по первой группе предельных состояний:
10
𝑁 = 1,2 ∙ (274 + 14) + (20 + 2) = 372 кН
- для расчетов по второй группе предельных состояний:
𝑁 = 1 ∙ (274 + 14) + (20 + 2) = 310 кН
Расчетная нагрузка на отдельный фундамент под колонну (ось Б)
Нормативные нагрузки на колонну, приложенные на отметке низа пола
первого этажа следующие:
- постоянная 𝑁п = 702 кН;
- временная 𝑁в = 132 кН.
К этим нагрузкам добавляются отдельно указанные в задании нагрузки:
постоянная 𝑁пп и временная 𝑁вп
- постоянная 𝑁пп = 65 кН;
- временная 𝑁вп = 3 кН.
Расчетные нагрузки:
- для расчетов по первой группе предельных состояний:
𝑁 = 1,2 ∙ (702 + 65) + (132 + 3) = 1082 кН
- для расчетов по второй группе предельных состояний:
𝑁 = 1 ∙ (702 + 65) + (132 + 3) = 902 кН
1.2 Инженерно-геологические условия площадки застройки и их оценка
1й слой (проба отобрана из шурфа №1 с глубины 0.5 м)
Растительный слой, насыпь. 𝑅
не нормируется.
2й слой (проба отобрана из шурфа №1 с глубины 2 м)
Вид – глинистый грунт, так как из таблицы видно, что 𝐼 = 𝑤 − 𝑤 > 1%
11
Разновидности:
– по числу пластичности:
𝐼 = 𝑤 − 𝑤 = 24,5 − 20 = 4,5 → супесь
– по показателю текучести:
𝐼 =
𝑤−𝑤
17,7 − 20
=
= −0,511 → твердая
𝐼
4,5
Для определения 𝑅 необходимо знать также коэффициент пористости 𝑒:
𝑒=
𝜌
2,74
∙ (1 + 𝑤) − 1 =
∙ (1 + 0,177) − 1 = 0,68
𝜌
1,93
Интерполяция за границы таблицы запрещено, следовательно 𝑅
не
нормируется.
3й слой (проба отобрана из шурфа №1 с глубины 3,5 м)
Вид – песчаный грунт, не пластичный, так как характеристики пластичности
𝑤 и 𝑤 отсутствуют.
Разновидности:
– по гранулометрическому составу: песок пылеватый, так как частиц крупнее
0,1 < 75%: 9,45 + 22,4 + 41,7 = 73,55 %.
– по плотности сложения, определяемой через коэффициент пористости:
песок средней плотности.
𝑒=
𝜌
2,64
∙ (1 + 𝑤) − 1 =
∙ (1 + 0,283) − 1 = 0,746: (0,6 < 0,746 < 0,75)
𝜌
1,94
– по степени водонасыщения: насыщенный водой.
𝑆 =
𝜌 ∙ 𝑤 2,64 ∙ 0,283
=
= 1: (0,8 < 1 ≤ 1,0)
𝑒∙𝜌
0,746 ∙ 1
12
Расчётное сопротивление насыщенного водой, пылеватого песка, средней
плотности, 𝑅
= 100 кПа.
4й слой (проба отобрана из скв. №1 с глубины 8 м)
Вид – глинистый грунт, так как из таблицы видно, что 𝐼 = 𝑤 − 𝑤 > 1%
Разновидности:
– по числу пластичности:
𝐼 = 𝑤 − 𝑤 = 53,0 − 30,5 = 22,5 → глина
– по показателю текучести:
𝐼 =
𝑤−𝑤
33,7 − 30,5
=
= 0,142 → полутвердая
𝐼
22,5
Для определения 𝑅 необходимо знать также коэффициент пористости 𝑒:
𝑒=
𝜌
2,73
∙ (1 + 𝑤) − 1 =
∙ (1 + 0,337) − 1 = 0,9
𝜌
1,92
Интерполяция по интерполяционной формуле:
𝑅( , )=
𝑒 = 0,8
𝑅
𝑒 −𝑒
(1 − 𝐼 ) ∙ 𝑅 ( , ) + 𝐼 ∙ 𝑅 ( , )
𝑒 −𝑒
𝑒−𝑒
(1 − 𝐼 ) ∙ 𝑅 ( , ) + 𝐼 ∙ 𝑅 ( , )
+
𝑒 −𝑒
𝑒 = 1,1 𝑅
=
= 300 𝑅
= 250 𝑅
= 200 𝑅
= 100
1,1 − 0,9
0,9 − 0,8
[(1 − 0,142) ∙ 300 + 0,142 ∙ 250] +
1,1 − 0,8
1,1 − 0,8
∙ [(1 − 0,142) ∙ 200 + 0,142 ∙ 100] = 257,2 кПа
Итак, расчетное сопротивление глины полутвердой с коэффициентом
пористости 𝑒 = 0,9 и 𝐼 = 0,142 равно 𝑅
= 257,2 кПа.
5й слой (проба отобрана из скв. №1 с глубины 12 м)
13
Вид – песчаный грунт, не пластичный, так как характеристики пластичности
𝑤 и 𝑤 отсутствуют.
Разновидности:
– по гранулометрическому составу: песок средней крупности, так как частиц
крупнее 0,25 > 50 %: 37,5 + 29,7 = 67,2 %.
– по плотности сложения, определяемой через коэффициент пористости:
песок средней плотности.
𝑒=
𝜌
2,652
∙ (1 + 𝑤) − 1 =
∙ (1 + 0,234) − 1 = 0,619: (0,6 < 0,619 < 0,75)
𝜌
2,021
– по степени водонасыщения: насыщенный водой.
𝑆 =
𝜌 ∙ 𝑤 2,652 ∙ 0,234
=
= 1: (0,8 < 1 ≤ 1,0)
𝑒∙𝜌
0,619 ∙ 1
Расчётное сопротивление насыщенного водой, песка средней крупности,
средней плотности, 𝑅
= 400 кПа.
II. Привязка сооружения к инженерно-геологическому разрезу
Цель привязки – обеспечить опирание фундаментов мелкого заложения на
слой грунта, расположенный неглубоко от поверхности (≈1,5…3,5 м), имеющий
достаточно высокое расчетное сопротивление (𝑅
не менее 150 кПа), не
являющийся сильно сжимаемым (𝐸 >10000 кПа), который может использоваться
в качестве рабочего слоя для опирания данного здания.
Смешанный фундамент мелкого заложения по всей площади здания
опирается на один слой. Основанием служит пылеватый песок, средней плотности,
насыщенный водой, у данного слоя 𝑅 = 100 кПа, следовательно возможно при
дальнейших расчётах потребуется усиление основания в виде песчаной подушки.
Под рабочим слоем залегает глина полутвердая с расчетным сопротивление 𝑅 =
257,2 кПа. Глубина заложения фундамента выбрано так что до кровли глины
14
полутвердой расстояние составляет 1,5…2,5 м. Грунтовые воды находятся выше
подошвы фундамента, следовательно, потребуется поверхностное водопонижение
и гидроизоляция фундамента.
III. Проектирование сборных фундаментов мелкого заложения, возводимых
в открытых котлованах
3.1 Ленточный фундамент наружной стены здания с подвалом
Необходимо запроектировать фундамент под наружную стену. Ширина
наружных стен 0,64 м. Расчетная нагрузка по второму предельному состоянию,
собранная до верхнего обреза фундамента (низа пола первого этажа) равна 𝑁 =
1 ∙ (274 + 14) + (20 + 2) = 310 кН. Отметка пола подвала –2,2 м. Отметка пола
1-го этажа на 0,6 м выше планировочной отметки.
Определяем глубину заложения фундамента с учетом:
а) конструктивных особенностей подземной части здания:
𝑑 =ℎ +ℎ
+ ℎ − ℎц
где ℎ – разность отметок пола первого этажа (±0,00) и пола подвала (высота
подвала);
ℎ
– толщина пола подвала;
ℎ – заглублении подошвы фундамента от низа пола подвала;
ℎц – высота цоколя – разность отметок ±0,00 и поверхности планировки DL.
𝑑 = 2,2 + 0,2 + 1,2 − 0,6 = 3,0 м
б) климатические условия района строительства (глубины промерзания):
Расчетная глубина сезонного промерзания грунта 𝑑
формуле:
определяется по
15
𝑑 =𝑘 ∙𝑑
где 𝑘 – коэффициент, учитывающий влияние теплового режима здания. При
t = +10 °C в подвале 𝑘 = 0,6;
𝑑
– нормативная глубина промерзания
𝑑
=𝑑 ∙ 𝑀
𝑑 – величина, принимаемая для суглинков и глин – 0,23; супесей, песков
мелких и пылеватых – 0,28; песков гравелистых, крупных и средней крупности –
0,30; крупнообломочных грунтов – 0,34. 𝑑 = 0,28 – супесь.
𝑀 – безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных
значений среднемесячных отрицательных температур в Костроме.
𝑀 = 7,3 + 6,7 + 1,3 + 0,2 + 4,8 = 20,3
𝑑
= 0,28 ∙ 20,3 = 1,26 м
𝑑 = 0,6 ∙ 1,26 = 0,76 м
в) инженерно-геологических условий площадки застройки:
Под верхним растительным слоем, мощность 0,85 м залегает слой твердой
супеси мощностью 1,85 м, ниже расположен наш рабочий слой пылеватый песок.
Расчётное сопротивление данного слоя 𝑅
= 100 кПа.
г) гидрогеологических условий:
Грунтовые воды бурением до 12 метров вскрыты на границе II и III слоя,
расположенная на 1,5 м выше подошвы фундамента, следовательно, потребуется
поверхностное понижение уровня грунтовых вод и устройство гидроизоляции
фундамента.
Учет
рассмотренных
факторов,
влияющих
на
глубину
заложения
фундамента, показывает, что определяющей является глубина заложения,
полученная из конструктивных особенностей подземной части здания – 𝑑 = 3,0 м.
16
Определяем размеры площади подошвы фундамента
Подбор графическим методом площади подошвы фундамента A, так как
давление под подошвой фундамента 𝑝 зависит от размеров площади подошвы, то
этот размер подбирается методом последовательных приближений по условию:
𝑝 ≤𝑅
Для этого задаемся как минимум тремя размерами ширины 𝑏 фундамента, так
как площадь подошвы ленточного фундамента равновеликa его ширине 𝑏 и
определяется среднее давление 𝑝 , под подошвой фундамента для каждой ширины
по формуле:
Предварительные размеры находим графическим методом. Для этого
задаемся тремя значениями площади подошвы фундамента 𝐴 = 𝑏 ∙ 1 пог. м.: 𝐴 =
1 м ; 𝐴 = 2 м ; 𝐴 = 3 м и определяем среднее давление 𝑝
под подошвой
фундамента при принятых размерах площадей по формуле:
𝑝 , =
где 𝑁
𝑁 + 𝑁ф ,
𝑏 ∙ 1 пог. м.
– расчетная нагрузка на колонну в уровне низа перекрытия над
подвалом;
𝑁ф , – расчетная нагрузка от веса фундамента и грунта на его обрезах,
приближенно определяемая по формуле:
𝑁ф , = 𝑏 ∙ 1 ∙ 𝑑 ∙ 𝛾ср
𝑑 – глубина заложения фундамента, 𝑑 = 3,0 м.
𝛾ср = 20 кН/м – средний удельный вес материала фундамента и грунта на
его обрезах.
𝑝
=
310 + (1 ∙ 1 ∙ 3,0 ∙ 20)
= 370 кПа
1∙1
17
𝑝
=
𝑝
=
310 + (2 ∙ 1 ∙ 3,0 ∙ 20)
= 215 кПа
2∙1
310 + (3 ∙ 1 ∙ 3,0 ∙ 20)
= 163,3 кПа
3∙1
По полученным значениям 𝑝 , в зависимости от 𝑏 строится график 𝑝 =
𝑓(𝑏 ) в выбранном масштабе.
Определяем расчетное сопротивление грунта основания в зависимости от
ширины подошвы фундамента 𝑏 по формуле:
𝑅=
𝛾 ∙𝛾
𝑘
𝑀 ∙𝑘 ∙𝑏∙𝛾 +𝑀 ∙𝑑 ∙𝛾 + 𝑀 −1 ∙𝑑 ∙𝛾 +𝑀 ∙𝑐
где 𝛾 и 𝛾 – коэффициенты условий работы грунтового основания и здания
во взаимодействии с основанием.
𝛾
– зависит от вида и разновидности грунта, лежащего под подошвой
фундамента. В нашем случае – песок пылеватый, насыщенный водой,
следовательно, 𝛾
𝛾
= 1,1;
= 1,0 – гибкая конструктивная схема здания;
𝑘 = 1,0 – коэффициент, принятый равным 1, так как прочностные
характеристики грунта 𝜑
и 𝑐
определены по результатам непосредственных
испытаний;
𝑀 , 𝑀 , 𝑀 – коэффициенты, принимаемые в зависимости от расчетного
значения угла внутреннего трения грунта 𝜑 , находящегося непосредственно под
подошвой фундамента, т.е. "рабочего слоя". При 𝜑 = 26°: 𝑀 = 0,84, 𝑀 = 4,37,
𝑀 = 6,90;
𝑘 – коэффициент, принимается равным единице при ширине фундамента
𝑏 < 10 м и 𝑘 = 𝑧 /𝑏 + 0,2, при 𝑏 ≥ 10 м, (В нашем случае 𝑘 = 1,0);
𝑏 – меньшая сторона (ширина) подошвы фундамента, м;
18
𝛾
– осредненное (по слоям) расчетное значение удельного веса грунтов,
залегающих выше отметки подошвы фундамента, то есть в пределах глубины
заложения фундамента 𝑑 = 3,0 м (от подошвы фундамента до уровня планировки
срезкой или подсыпкой);
𝛾 – определяется по формуле:
𝛾 =
𝛾
∙ℎ +𝛾 ∙ℎ
ℎ +ℎ +ℎ
где ℎ и ℎ – мощности вышележащих слоев грунтов в пределах глубины
заложения фундамента (соответственно 1,5 м и 1,2 м).
𝛾 =
19,2 ∙ 1,5 + 9,39 ∙ 1,5
= 14,3 кН/м
3,0
𝛾 – удельный вес грунта, залегающего ниже подошвы фундамента на 1,5 м,
в нашем случае – песок пылеватый, имеющего 𝛾 = 19,4 кН/м . При наличии
подземных вод удельный вес 𝛾
определяется с учётом взвешивающего действия
воды по формуле:
𝛾 =𝛾
=
𝛾 −𝛾
26,4 − 10
=
= 9,39 кН/м
1+𝑒
1 + 0,746
где 𝛾 – удельный вес твёрдых частиц грунта;
𝛾 = 10 кН/м – удельный вес воды;
𝑒 – начальный коэффициент пористости;
𝑐
– расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего
непосредственно под подошвой фундамента (𝑐 = 0 кПа);
𝑑 – приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов
со стороны подвала, м (при отсутствии подвала принимается 𝑑 = 0):
𝑑 =ℎ +ℎ
∙
𝛾
𝛾
19
где ℎ – толщина слоя грунта от отметки подошвы фундамента до отметки
низа пола подвала, м;
ℎ
– толщина конструкции пола подвала, м;
𝛾
– расчетное значение удельного веса материала конструкций пола
подвала, принимается равным 22 кН/м .
𝑑 = 1,2 + 0,2 ∙
22
= 1,5 м
14,3
𝑑 – глубина подвала – расстояние от уровня планировки до пола подвала, м
(для сооружений с подвалом шириной 𝑏 ≤ 20 м и глубиной свыше 2 м,
принимается 𝑑 = 2 м. В нашем случае 𝑑 = 1,6 м.
Т.к. 𝑅 = 𝑓(𝑏) является уравнением прямой, то определяем 𝑅 при значениях:
𝑏 = 0 и 𝑏 = 3.
𝑅 =
1,1 ∙ 1,0
[0,84 ∙ 1,0 ∙ 0 ∙ 9,39 + 4,37 ∙ 1,5 ∙ 14,3 + (4,37 − 1) ∙ 1,6 ∙ 14,3 + 6,90
1,0
∙ 0] = 187,9 кПа
𝑅 =
1,1 ∙ 1,0
[0,84 ∙ 1,0 ∙ 3 ∙ 9,39 + 4,37 ∙ 1,5 ∙ 14,3 + (4,37 − 1) ∙ 1,6 ∙ 14,3 + 6,90
1,0
∙ 0] = 214,0 кПа
Откладываем значения 𝑅 и 𝑅 , соединяем точки прямой и получаем график
𝑅 = 𝑓(𝐴).
Рис. 3.1.1 Графическое определение площади подошвы фундамента наружной стены
20
Точка пересечения двух графиков 𝑅 = 𝑓(𝐴) и 𝑝 = 𝑓(𝐴) определяет
требуемое значение площади подошвы ленточного фундамента 𝑏т = 2,1 м.
По каталогу выбираем фундаментную плиту с шириной ближайшей к
требуемой 𝑏т = 2,1 м. Выбираем ФЛ24.30-3 шириной 𝑏 = 2,4 м, длиной 𝑙 = 3,0 м,
высотой ℎ = 0,5 м, 3-й несущей способности (допустимое среднее давление под
подошвой до 350 кПа) и определяем новое значение 𝑅 при такой ширине
фундамента.
𝑅=
1,1 ∙ 1,0
[0,84 ∙ 1,0 ∙ 2,4 ∙ 9,39 + 4,37 ∙ 1,5 ∙ 14,3 + (4,37 − 1) ∙ 1,6 ∙ 14,3 + 6,90
1,0
∙ 0] = 208,7 кПа
Конструкция стеновой части фундамента (стены подвала)
Для ее возведения используются 4 сплошных стеновых блока ФБС24-6-6-Т
длиной 2,4 м, шириной 0,6 м и высотой 0,6 м из тяжелого бетона. Такие размеры
блоков согласуются с величиной нагрузки 𝑁 и шириной стены. Высота стены
подвала равна расстоянию от верха опорной плиты до уровня верха, оно составляет
2,88 м, что соответствует суммарной высоте 4 стеновых блоков. Оставшуюся часть
добираем каменной кладкой из кирпича.
Проверяем фактическое среднее давление под подошвой фундамента
𝑝 =
𝑁 +𝑄 +𝐺
≤𝑅
𝐴
Собственный вес 1 пог. м фундамента 𝑄
складывается из веса
железобетонной плиты ФЛ24.30-3, четырех бетонных стеновых фундаментных
блоков сплошных ФБС и кирпичной кладки и пригрузки от пола подвала на
внутренней консольной части опорной плиты: 𝑄 = (2,4 ∙ 0,5 ∙ 24 + 0,6 ∙ 0,6 ∙ 22 ∙
4 + 0,48 ∙ 0,6 ∙ 17 + 0,9 ∙ 0,2 ∙ 22) ∙ 1 = 69,33 кН/м
Удельный вес бетона блоков ФБС и пола подвала принят равным 22 кН/м .
Удельный вес железобетона фундаментной плиты ФЛ24.30-3 принят равным 24
кН/м . Удельный вес кирпичной кладки принимается равным 17 кН/м .
21
Вес грунта на консольной части фундаментной плиты с наружной и
внутренней стороны: 𝐺 = 0,9 ∙ 2,5 ∙ 1 ∙ 18 + 0,9 ∙ 0,7 ∙ 1 ∙ 18 = 51,84 кН/м.
Итак, полная расчетная нагрузка, действующая на грунт на отметке подошвы
фундамента при ширине опорной плиты 𝑏 = 2,4 м составляет:
𝑁 + 𝑄 + 𝐺 = 310 + 69,33 + 51,84 = 431,17 кН/м
При этом среднее напряжение 𝑝 под подошвой фундамента на 1 пог.м его
длины составит:
𝑝 =
431,17
= 179,7 кПа
2,4 ∙ 1
Сравниваем полученное значение 𝑝 при принятых размерах фундаментной
плиты ФЛ20.30-3 с расчетным сопротивлением 𝑅 грунта основания:
𝑝 = 179,7 кПа < 𝑅 = 208,7 кПа
Среднее давление под подошвой фундамента 𝑝
не должно превышать
paсчетного сопротивления 𝑅 несущего слоя основания, так как расчет ведется по
модели линейного деформирования грунта.
Определяем разницу между 𝑅 и 𝑝 :
∆=
208,7 − 179,7
∙ 100 = 16,1 %
179,7
Превышение расчётного сопротивления 𝑅 над средним давлением,
действующим под подошвой ленточного фундамента 𝑝
не должно составлять
более 10%. Так как оно составляет 16,1%, то ширина подошвы фундамента
подобрана неэкономично и необходимо ее уменьшить.
Принимаем ближайшую по размеру в сторону уменьшения типовую
фундаментную плиту ФЛ20.30-3 с шириной 𝑏 = 2,0 м, высотой ℎ = 0,5 м и
определяем новое значение 𝑅 при такой ширине плиты:
22
𝑅=
1,4 ∙ 1,0
[0,84 ∙ 1,0 ∙ 2,0 ∙ 9,39 + 4,37 ∙ 1,5 ∙ 14,3 + (4,37 − 1) ∙ 1,6 ∙ 14,3 + 6,90
1,0
∙ 0] = 205,3 кПа
Проверяем среднее давление 𝑝 , действующее под подошвой фундамента,
при использовании плиты ФЛ20.30-3 и, соответственно, изменившихся значениях
𝑄 и𝐺 :
𝑝 =
𝑁 +𝑄 +𝐺
≤𝑅
𝐴
Определяем новые значения 𝑄 и 𝐺 с учетом новой фундаментной плиты.
Собственный вес 1 пог. м фундамента 𝑄
складывается из веса
железобетонной плиты ФЛ20.30-3, четырех бетонных стеновых фундаментных
блоков сплошных ФБС и кирпичной кладки и пригрузки от пола подвала на
внутренней консольной части опорной плиты: 𝑄 = (2,0 ∙ 0,5 ∙ 24 + 0,6 ∙ 0,6 ∙ 22 ∙
4 + 0,48 ∙ 0,6 ∙ 17 + 0,7 ∙ 0,2 ∙ 22) ∙ 1 = 63,66 кН/м
Удельный вес бетона блоков ФБС и пола подвала принят равным 22 кН/м .
Удельный вес железобетона фундаментной плиты ФЛ20.30-3 принят равным 24
кН/м . Удельный вес кирпичной кладки принимается равным 17 кН/м .
Вес грунта на консольной части фундаментной плиты с наружной и
внутренней стороны: 𝐺 = 0,7 ∙ 2,5 ∙ 1 ∙ 18 + 0,7 ∙ 0,9 ∙ 1 ∙ 18 = 42,84 кН/м.
Итак, полная расчетная нагрузка, действующая на грунт на отметке подошвы
фундамента при ширине опорной плиты 𝑏 = 2,0 м составляет:
𝑁 + 𝑄 + 𝐺 = 310 + 63,66 + 42,84 = 405,84 кН/м
При этом среднее напряжение 𝑝 под подошвой фундамента на 1 пог.м его
длины составит:
𝑝 =
416,5
= 208,3 кПа
2,0 ∙ 1
23
Сравниваем полученное значение 𝑝 при принятых размерах фундаментной
плиты ФЛ20.30-3 с расчетным сопротивлением 𝑅 грунта основания:
𝑝 = 208,3 кПа > 𝑅 = 205,3 кПа
Так как полученное значение 𝑝 , превышает расчетное сопротивление грунта
основания 𝑅 при использовании плиты ФЛ20.30-3, следовательно оставляем
первоначально подобранную фундаментную плиту ФЛ24.30-3.
Рис. 3.1.2 Схематический разрез фундамента под наружную стену здания
3.2 Отдельный центрально нагруженный фундамент под колонну для
здания с подвалом
Требуется запроектировать центрально нагруженный отдельный фундамент
на естественном основании под внутреннюю колонну жилого здания с подвалом.
Сечение колонн 40×40 см. Расчетная нагрузка на колонну 𝑁 = 1 ∙ (702 + 65) +
24
(132 + 3) = 902 кН. Отметка пола подвала –2,2 м. Отметка пола 1-го этажа на 0,6
м выше планировочной. Инженерно-геологические условия те же.
Определяем глубину заложения фундамента с учетом:
а) конструктивные особенности подземной части здания и самого
фундамента;
б) инженерно-геологические условия площадки, предназначенной для
застройки;
в) гидрогеологические условия площадки.
Учет
рассмотренных
факторов,
влияющих
на
глубину
заложения
фундамента, показывает, что определяющей является глубина заложения,
полученная из конструктивных особенностей подземной части здания:
𝑑 =ℎ +ℎ
+ ℎ − ℎц = 2,2 + 0,2 + (0,9 + 0,3) − 0,6 = 3,0 м
где ℎ – разность отметок пола первого этажа (±0,00) и пола подвала (высота
подвала);
ℎ
– толщина пола подвала;
ℎ – заглублении подошвы фундамента от низа пола подвала;
ℎц – высота цоколя – разность отметок ±0,00 и поверхности планировки DL.
Определяем размеры площади подошвы фундамента
Предварительные размеры подошвы общего фундамента определяем
графическим методом.
Для этого задаемся как минимум тремя размерами площади подошвы 𝐴
общего фундамента под две колонны, например:
𝐴 = 2 м ; 𝐴 = 4 м ; 𝐴 = 9 м и определяем среднее давление под
подошвой фундамента для каждого значения 𝐴 по формуле:
25
𝑝 , =
где 𝑁
𝑁 + 𝑁ф ,
𝐴
– расчетная нагрузка на колонну в уровне низа перекрытия над
подвалом;
𝑁ф , – расчетная нагрузка от веса фундамента и грунта на его обрезах,
приближенно определяемая по формуле:
𝑁ф , = 𝐴 ∙ 𝑑 ∙ 𝛾ср
Так как колонны внутренние, то
𝑑 = 𝑑 = 1,2 + 0,2 ∙
22
= 1,5 м
14,3
Определенные расчетом значения 𝑝 , в зависимости от 𝐴 , наносятся на
график 𝑝 = 𝑓(𝐴 ) в выбранном масштабе:
𝑝
=
902 + (2 ∙ 1,5 ∙ 20)
= 481,0 кПа
2
𝑝
=
902 + (4 ∙ 1,5 ∙ 20)
= 255,5 кПа
4
𝑝
=
902 + (9 ∙ 1,5 ∙ 20)
= 130,2 кПа
9
Определяем расчетное сопротивление грунта основания в зависимости от
ширины подошвы фундамента 𝑏 по формуле:
𝑅=
𝛾 ∙𝛾
𝑘
𝑀 ∙𝑘 ∙𝑏∙𝛾 +𝑀 ∙𝑑 ∙𝛾 + 𝑀 −1 ∙𝑑 ∙𝛾 +𝑀 ∙𝑐
где 𝛾 и 𝛾 – коэффициенты условий работы грунтового основания и здания
во взаимодействии с основанием.
𝛾
– зависит от вида и разновидности грунта, лежащего под подошвой
фундамента. В нашем случае – песок пылеватый, насыщенный водой,
следовательно, 𝛾
= 1,1;
26
𝛾
= 1,0 – гибкая конструктивная схема здания;
𝑘 = 1,0 – коэффициент, принятый равным 1, так как прочностные
характеристики грунта 𝜑
и 𝑐
определены по результатам непосредственных
испытаний;
𝑀 , 𝑀 , 𝑀 – коэффициенты, принимаемые в зависимости от расчетного
значения угла внутреннего трения грунта 𝜑 , находящегося непосредственно под
подошвой фундамента, т.е. "рабочего слоя". При 𝜑 = 26°: 𝑀 = 0,84, 𝑀 = 4,37,
𝑀 = 6,90;
𝑘 – коэффициент, принимается равным единице при ширине фундамента
𝑏 < 10 м и 𝑘 = 𝑧 /𝑏 + 0,2, при 𝑏 ≥ 10 м, (В нашем случае 𝑘 = 1,0);
𝑏 – меньшая сторона (ширина) подошвы фундамента, м;
𝛾
– осредненное (по слоям) расчетное значение удельного веса грунтов,
залегающих выше отметки подошвы фундамента, то есть в пределах глубины
заложения фундамента 𝑑 = 3 м (от подошвы фундамента до уровня планировки
срезкой или подсыпкой);
𝛾 – определяется по формуле:
𝛾 =
𝛾
∙ℎ +𝛾 ∙ℎ
ℎ +ℎ +ℎ
где ℎ и ℎ – мощности вышележащих слоев грунтов в пределах глубины
заложения фундамента (соответственно 1,5 м и 1,5 м).
𝛾 =
19,2 ∙ 1,5 + 9,39 ∙ 1,5
= 14,3 кН/м
3,0
𝛾 – удельный вес грунта, залегающего ниже подошвы фундамента на 1,5 м,
в нашем случае – песок пылеватый, имеющего 𝛾 = 19,4 кН/м . При наличии
подземных вод удельный вес 𝛾
воды по формуле:
определяется с учётом взвешивающего действия
27
𝛾 =𝛾
=
𝛾 −𝛾
26,4 − 10
=
= 9,39 кН/м
1+𝑒
1 + 0,746
где 𝛾 – удельный вес твёрдых частиц грунта;
𝛾 = 10 кН/м – удельный вес воды;
𝑒 – начальный коэффициент пористости;
𝑐
– расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего
непосредственно под подошвой фундамента (𝑐 = 0 кПа);
𝑑 – приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов
со стороны подвала, м (при отсутствии подвала принимается 𝑑 = 0):
𝑑 =ℎ +ℎ
∙
𝛾
𝛾
где ℎ – толщина слоя грунта от отметки подошвы фундамента до отметки
низа пола подвала, м;
ℎ
– толщина конструкции пола подвала, м;
𝛾
– расчетное значение удельного веса материала конструкций пола
подвала, принимается равным 22 кН/м .
𝑑 = 1,2 + 0,2 ∙
22
= 1,5 м
14,3
𝑑 – глубина подвала – расстояние от уровня планировки до пола подвала, м
(для сооружений с подвалом шириной 𝑏 ≤ 20 м и глубиной свыше 2 м,
принимается 𝑑 = 2 м. В нашем случае 𝑑 = 1,6 м.
Т.к. 𝑅 = 𝑓(𝑏) является уравнением прямой, то определяем 𝑅 при значениях:
𝑏 = 0 и 𝑏 = 1.
𝑅 =
1,1 ∙ 1,0
[0,84 ∙ 1,0 ∙ 0 ∙ 9,39 + 4,37 ∙ 1,5 ∙ 14,3 + (4,37 − 1) ∙ 1,6 ∙ 14,3 + 6,90
1,0
∙ 0] = 187,9 кПа
28
𝑅 =
1,1 ∙ 1,0
[0,84 ∙ 1,0 ∙ 1 ∙ 9,39 + 4,37 ∙ 1,5 ∙ 14,3 + (4,37 − 1) ∙ 1,6 ∙ 14,3 + 6,90
1,0
∙ 0] = 196,6 кПа
Откладываем значения 𝑅 и 𝑅 , соединяем точки прямой и получаем график
𝑅 = 𝑓(𝐴).
Рис. 3.2.1 Графическое определение площади подошвы фундамента
Точка пересечения двух графиков 𝑅 = 𝑓(𝐴) и 𝑝 = 𝑓(𝐴) определяет
требуемое значение площади подошвы отдельного фундамента: 𝐴т = 4,59 м и
𝑏т =
4,59 = 2,14 м.
Так как требуемая ширина фундамента 𝑏т = 2,14 м больше максимального
размера ширины одноблочного отдельного фундамента 2Ф, равного 2,1 м,
конструируем составной фундамент из опорной плиты 2,4×2,4 м, высотой 30 см и
подколонника размером (1,2×1,2×0,9 м) и фундамента 2Ф12.9-2, используемого в
качестве подколонника
Определяем новое значение 𝑅 при ширине фундамента 𝑏 = 2,4 м:
𝑅=
1,1 ∙ 1,0
[0,84 ∙ 1,0 ∙ 2,4 ∙ 9,39 + 4,37 ∙ 1,5 ∙ 14,3 + (4,37 − 1) ∙ 1,6 ∙ 14,3 + 6,90
1,0
∙ 0] = 208,7 кПа
Проверяем фактическое среднее давление под подошвой фундамента
29
Определяем общий объем фундамента вместе с грунтовой пригрузкой:
𝑉 = 2,4 ∙ 2,4 ∙ 1,2 = 6,91 м
Объем опорной плиты и подколонника:
𝑉ф = 2,4 ∙ 2,4 ∙ 0,3 + 1,2 ∙ 1,2 ∙ 0,9 = 3,02 м
Объем грунта на опорной плите вокруг подколонника:
𝑉гр = 𝑉 − 𝑉ф = 6,91 − 3,02 = 3,89 м
Удельный вес конструктивных элементов фундамента принимаем равным
24 кН/м .
Таким образом, вес самого фундамента:
𝑄ф = 3,02 ∙ 24 = 72,48 кН
Собственный вес колонны размером 0,4×0,4 м:
𝑄 = 0,4 ∙ 0,4 ∙ 3,0 ∙ 24 = 11,52 кН
Собственный вес ригеля размером 0,4×0,4 м и длинной 5,6 м:
𝑄 = 0,4 ∙ 0,4 ∙ 5,6 ∙ 24 = 21,50 кН
Средний удельный вес грунта обратной засыпки на фундаментной плите
принимаем равным 18 кН/м .
Тогда вес грунта на обрезах фундамента:
𝐺 = 𝑉гр ∙ 𝛾 = 3,89 ∙ 18 = 70,02 кН
Вес пригрузки от пола подвала в пределах плана фундамента:
𝐺 = (2,4 − 0,4 ) ∙ 0,2 ∙ 22 = 24,64 кН
Давление под подошвой фундамента:
𝑝 =
902 + 72,48 + 11,52 + 21,50 + 70,02 + 24,64
= 191,3 кПа < 𝑅 = 208,7 кПа
2,4 ∙ 2,4
30
Разница значений 𝑅 и 𝑝
для отдельно стоящих фундаментов не должна
превышать 20%, причем 𝑝 всегда должно быть меньше или равно 𝑅:
∆=
208,7 − 191,3
∙ 100 = 9,1 %
191,3
Разница между расчетным сопротивлением грунта основания 𝑅 и средним
давлением, под подошвой отдельно стоящего фундамента 𝑝
составляет 9,1 %.
Такая разница в случае отдельного фундамента допустима. Окончательно
принимаем составной фундамент из опорной плиты 2,4×2,4 м, высотой 30 см и
2Ф12.9-2 размером (1,2×1,2×0,9 м), используемого в качестве подколонника.
Рис. 3.2.2 Схематичный разрез фундамента под внутреннюю колонну
IV. Расчет оснований по второму предельному состоянию – по деформациям
31
4.1 Определение конечной (стабилизированной) осадки фундамента
мелкого заложения методом послойного суммирования. Осадка ленточного
фундамента под наружные стены
Фундамент мелкого заложения наружной стены многоэтажного жилого дома
принят ФЛ24.30-3 , глубина заложения 𝑑 = 3,0 м, среднее давление под подошвой
𝑝 = 179,7 кПа < 𝑅 = 208,7 кПа
Инженерно-геологические
условия
по
расчетной
вертикали
разреза
приведены в таблице на графической схеме.
Деформационные
свойства
грунтов
определены
лабораторными
компрессионными испытаниями (II и IV слои) и полевыми штамповыми (III и V
слои), результаты которых приводятся ниже.
Результаты компрессионных
испытаний
Результаты штамповых испытаний
Ширина штампа
Диаметр штампа
80,0 см
27,7 см
Глубиной 2,5 м
Глубиной 8,5 м
Глубиной 3,5 м
Глубиной 12 м (V
(II слой)
(IV слой)
(III слой)
слой)
𝑃, кПа
𝑒
𝑃, кПа
𝑒
𝑃, кПа
𝑆, мм
𝑃, кПа
𝑆, мм
0
0,680
0
0,901
0
0,00
0
0,00
50
0,672
50
0,884
50
1,44
50
0,36
100
0,660
100
0,883
100
2,94
100
0,76
200
0,651
200
0,879
150
3,44
150
1,26
400
0,640
400
0,873
200
5,94
200
1,56
250
7,46
250
1,96
300
9,06
300
2,36
350
10,85
350
2,80
400
14,51
400
3,25
32
Расчет осадки основания выполняется с целью установления соответствия
требованиям, при которых конечная осадка основания и крен фундаментной плиты
не должны превышать предельно допустимых значений, принимаемых по таблице
Г.1 СП 22.13330.2016 в зависимости от типа сооружения.
Осадку плиты рассчитываем методом послойного суммирования. Расчетная
формула осадки метода послойного суммирования имеет вид:
𝑆=𝛽∙
𝜎
,
−𝜎
𝐸
,
∙ℎ
+𝛽∙
𝜎
,
∙ℎ
𝐸,
где 𝛽 – безразмерный коэффициент, равный 0,8;
𝜎
,
– среднее значение вертикального нормального напряжения (далее –
вертикальное напряжение) от внешней нагрузки в i-ом слое грунта по вертикали,
проходящей через центр подошвы фундамента, кПа;
ℎ – толщина i-го слоя грунта, см, принимаемая не более 0,4 ширины
фундамента;
𝐸 – модуль деформации i-го слоя грунта по ветви первичного нагружения,
кПа;
𝜎
,
– среднее значение вертикального напряжения в i-ом слое грунта по
вертикале, проходящей через центр подошвы фундамента, от собственного веса
выбранного при отрывке котлована грунта, кПа;
𝐸 , – модуль деформации i-го слоя грунта по ветви вторичного нагружения,
кПа. Принимаем 𝐸 , = 5𝐸 ;
𝑛 – число слоев, на которые разбита сжимаемая толща основания.
Так как глубина котлована менее 5 м, то второе слагаемое в формуле не
учитываем.
Подготавливаем графическую схему, необходимую для расчета осадки.
Вычисляем для ее построения необходимые данные.
33
Вычисление ординат эпюры природного давления 𝝈𝒛𝒈,𝒊
При планировке срезкой эпюра природного давления на планировочной
отметке DL принимается равной нулю.
- на границе II и III слоев: 𝜎
,
= 𝛾 ∙ ℎ = 19,2 ∙ 1,5 = 28,8 кПа;
- на отметке подошвы фундамента: 𝜎
=𝜎
,
,
+𝛾
∙ ℎ = 28,8 + 9,39 ∙
1,5 = 42,9 кПа;
- на границе III и IV слоев: 𝜎
=𝜎
,
+𝛾
,
∙ ℎ = 28,8 + 9,39 ∙ 2,95 =
56,5 кПа;
- с учетом толщи воды высотой ℎ = 2,95 м на границе III и IV слоев: 𝜎
𝜎
,
,
=
+ 𝛾 ∙ ℎ = 56,5 + 10 ∙ 2,95 = 86,0 кПа;
- на границе IV и V слоев: 𝜎
,
=𝜎
,
+ 𝛾 ∙ ℎ = 86,0 + 19,2 ∙ 3,548 =
154,1 кПа;
- на границе V и VI слоев:: 𝜎
,
=𝜎
,
+ 𝛾 ∙ ℎ = 154,1 + 20,21 ∙ 5,37 =
262,6 кПа;
Вычисление ординат вспомогательной эпюры 𝟎, 𝟓𝝈𝒛𝒈,𝒊
𝜎
,
0,5𝜎
,
28,8
42,9
56,5
86,0
154,1
262,6
14,40
21,45
28,25
43,00
77,05
131,3
Вычисление ординат эпюры дополнительного давления 𝝈𝒛𝒑,𝒊
Разбиение сжимаемой толщи на элементарные слои производится таким
образом, чтобы толщина элементарного слоя не превышала 0,4 ширины подошвы
фундамента, и при этом каждый элементарный слой содержал однородный грунт.
ℎ ≤ 0,4 ∙ 𝑏 = 0,4 ∙ 2,4 = 0,96, принимаем для расчёта ℎ = 0,96 м и
разбиваем грунтовую толщу на элементарные слои.
34
Вертикальное давление от собственного веса:
𝜎
=𝜎
∙𝛼
,
Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на отметке подошвы
фундамента:
𝜎
=𝜎
∙𝛼
,
где α – коэффициент, принимаемый по таблице 5.8 СП 22.13330.2016 в
зависимости от относительной глубины 𝜉 = 2 ∙ 𝑧/𝑏.
Сначала вычисляется верхняя ордината эпюры 𝜎
,
и𝜎
,
непосредственно
под подошвой фундамента при 𝑧 = 0:
𝜎
Затем
,
= 𝑝 = 179,7 кПа; 𝜎
вычисляются
другие
,
=𝜎
ординаты
,
= 42,9 кПа
для
различных
глубин
𝑧
откладываемых от подошвы фундамента. Коэффициенты 𝛼 берутся в зависимости
от отношения длины фундамента стены 𝑙 к ширине фундамента 𝑏, то есть 𝜂 =
𝑙/𝑏 = 10 – фундамент ленточный.
Строи эпюру дополнительного давления 𝜎 :
ИГЭ-3. Слой 1: ℎ = 0,96; 𝑧 = 0,96; 𝜉 = (2 ∙ 0,96)/2,4 = 0,8; 𝛼 = 0,881;
𝜎
= 179,7 ∙ 0,881 = 158,32 кПа; 𝜎
= 42,9 ∙ 0,881 = 37,79 кПа
ИГЭ-3. Слой 2: ℎ = 0,49; 𝑧 = 1,45; 𝜉 = (2 ∙ 1,45)/2,4 = 1,2; 𝛼 = 0,755;
𝜎
= 179,7 ∙ 0,755 = 135,67 кПа; 𝜎
= 42,9 ∙ 0,755 = 32,39 кПа
ИГЭ-3. Слой 3: ℎ = 0,47; 𝑧 = 1,92; 𝜉 = (2 ∙ 1,92)/2,4 = 1,6; 𝛼 = 0,642;
𝜎
= 179,7 ∙ 0,642 = 115,37 кПа; 𝜎
= 42,9 ∙ 0,642 = 27,54 кПа
ИГЭ-4. Слой 4: ℎ = 0,96; 𝑧 = 2,88; 𝜉 = (2 ∙ 2,88)/2,4 = 2,4; 𝛼 = 0,477;
𝜎
= 179,7 ∙ 0,477 = 85,72 кПа; 𝜎
= 42,9 ∙ 0,477 = 20,46 кПа
35
ИГЭ-4. Слой 5: ℎ = 0,96; 𝑧 = 3,84; 𝜉 = (2 ∙ 3,84)/2,4 = 3,2; 𝛼 = 0,374;
𝜎
= 179,7 ∙ 0,374 = 67,21 кПа; 𝜎
= 42,9 ∙ 0,374 = 16,04 кПа
ИГЭ-4. Слой 6: ℎ = 0,05; 𝑧 = 3,89; 𝜉 = (2 ∙ 3,89)/2,4 = 3,24; 𝛼 = 0,370;
𝜎
= 179,7 ∙ 0,370 = 66,49 кПа; 𝜎
= 42,9 ∙ 0,370 = 15,87 кПа
ИГЭ-4. Слой 7: ℎ = 0,96; 𝑧 = 4,8; 𝜉 = (2 ∙ 4,8)/2,4 = 4,0; 𝛼 = 0,306;
𝜎
= 179,7 ∙ 0,306 = 54,99 кПа; 𝜎
= 42,9 ∙ 0,306 = 13,13 кПа;
Нижняя граница сжимаемой толщи BC на пересечении 0,5𝜎
и 𝜎
находится на глубине 𝐻 = 3,89 м. Делим данную высоту на элементарные слои и
считаем осадку.
36
Рис. 4.1.1 Расчетная схема для определения осадки методом послойного
суммирования
Вычисление деформационных характеристик слоев грунта основания
После вычисления ординат и построения эпюр природного 𝜎 , 0,5𝜎
дополнительного 𝜎
и
давлений появилась возможность увидеть, каким было в
середине каждого (i-го) грунтового слоя давление 𝜎
,
от собственного веса
вышележащей толщи грунтов в природном состоянии и каким стало полное
давление 𝜎 полное = 𝜎
𝜎
+ 𝜎 , когда к природному давлению добавилось давление
от построенного сооружения. Это позволяет получить интервал изменения
напряжения ∆𝜎
,
= 𝜎 полное − 𝜎
,
и соответствующий ему интервал изменения
коэффициентов пористости 𝑒 по компрессионной кривой или осадки 𝑆 по графику
испытаний штампом, которые необходимы для расчета деформационных
характеристик грунта 𝑚 , 𝑚 , 𝐸.
По результатам компрессионных и штамповых испытаний (таблицы,
приведенные в исходных данных) строятся соответствующие графики, которые
используются при определении деформационных характеристик.
Штамповые испытания
(ширина штампа 80,0 см)
III слой – песок пылеватый (глубина отбора 3,5 м)
37
𝜎
=
42,9 + 56,5
= 49,7 кПа
2
𝑆 = 1,432 мм
𝜎 полн = 𝜎
+
179,70 + 135,67
2
= 207,4 кПа
𝑆 = 6,164 мм
∆𝜎 = 207,4 − 49,7
= 157,7 кПа
∆𝑆 = 6,164 − 1,432 = 4,732 мм
= 0,4732 см
𝐸 = 𝜔 ∙ (1 − 𝑣 ) ∙ 𝑑 ∙
∆𝜎
157,7
= 0,78 ∙ (1 − 0,3 ) ∙ 80 ∙
= 18 924 кПа
∆𝑆
0,4732
Компрессионные испытания
IV слой – глина полутвердая (глубина отбора 8,5 м)
Коэффициент сжимаемости:
𝑒 −𝑒
𝑚 , = полн
𝜎
−𝜎
=
0,8826 − 0,8787
210,57 − 109,49
= 0,000039 кПа
Относительный коэффициент сжимаемости:
𝑚 ,
=
𝑚
0,000039
=
= 0,00002 кПа
1+𝑒
1 + 0,8826
𝐸
=
Модуль деформации:
Вычисление осадки
𝛽
𝑚 ,
=
0,8
= 40 000 кПа
0,00002
38
Осадка в каждом грунтовом слое складывается из осадок входящих в него
элементарных слоев полных и неполных.
III слой (два элементарных слоя):
0,8
∙
18 924
179,7 + 158,32 42,9 + 37,79
−
∙ 0,96 = 0,0052 м
2
2
0,8
∙
18 924
158,32 + 135,67 37,79 + 32,39
−
∙ 0,49 = 0,0023 м
2
2
𝑠 =
𝑠 =
IV слой (четыре элементарных слоя):
𝑠 =
0,8
∙
40 000
135,67 + 115,37 32,39 + 27,54
−
∙ 0,47 = 0,0009 м
2
2
𝑠 =
0,8
∙
40 000
115,37 + 85,72 27,54 + 20,46
−
∙ 0,96 = 0,0015 м
2
2
𝑠 =
0,8
∙
40 000
85,72 + 67,21 20,46 + 16,04
−
∙ 0,96 = 0,0011 м
2
2
𝑠 =
0,8
∙
40 000
67,21 + 66,49 16,04 + 15,87
−
∙ 0,05 = 0,0001 м
2
2
Суммарная
осадка
𝑆 = 0,0052 + 0,0023 + 0,0009 + 0,0015 + 0,0011 +
0,0001 = 0,0111 м = 1,11 см < 𝑆
= 12 см.
Полученная осадка оказалась значительно меньше 𝑆
= 12 см –
предельной величины осадки, приведенной в СП 22.13330.2016 (приложение Г) для
многоэтажных бескаркасных зданий с несущими стенами из крупных блоков или
кирпичной кладки без армирования.
39
4.2 Определение конечной (стабилизированной) осадки фундамента
мелкого заложения методом послойного суммирования. Осадка столбчатого
фундамента под внутреннюю колонну
Фундамент мелкого заложения наружной стены многоэтажного жилого дома
принят составной из фундаментной плиты 2,4×2,4×0,3 м и подколонника 2Ф12.9-2
размерами 1,2×1,2×0,9 м, глубина заложения 𝑑 = 3,0 м, среднее давление под
подошвой 𝑝 = 191,3 кПа < 𝑅 = 208,7 кПа.
Осадку рассчитываем методом послойного суммирования. Подготавливаем
графическую схему, необходимую для расчета осадки. Вычисляем для ее
построения необходимые данные.
Разбиение сжимаемой толщи на элементарные слои производится таким
образом, чтобы толщина элементарного слоя не превышала 0,4 ширины подошвы
фундамента, и при этом каждый элементарный слой содержал однородный грунт.
ℎ ≤ 0,4 ∙ 2,4 = 0,4 ∙ 2,4 = 0,96, принимаем для расчёта ℎ = 0,96 м и
разбиваем грунтовую толщу на элементарные слои.
Вертикальное давление от собственного веса:
𝜎
=𝜎
∙𝛼
,
Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на отметке подошвы
фундамента:
𝜎
=𝜎
∙𝛼
,
где α – коэффициент, принимаемый по таблице 5.8 СП 22.13330.2016 в
зависимости от относительной глубины 𝜉 = 2 ∙ 𝑧/𝑏.
Сначала вычисляется верхняя ордината эпюры 𝜎
,
и𝜎
,
под подошвой фундамента при 𝑧 = 0:
𝜎
,
= 𝑝 = 191,3 кПа; 𝜎
,
=𝜎
,
= 42,9 кПа
непосредственно
40
Затем
вычисляются
другие
ординаты
для
различных
глубин
𝑧
откладываемых от подошвы фундамента. Коэффициенты 𝛼 берутся в зависимости
от отношения длины фундамента стены 𝑙 к ширине фундамента 𝑏, то есть 𝜂 =
𝑙/𝑏 = 1 – фундамент столбчатый.
Строи эпюру дополнительного давления 𝜎 :
ИГЭ-3. Слой 1: ℎ = 0,96; 𝑧 = 0,96; 𝜉 = (2 ∙ 0,96)/2,4 = 0,8; 𝛼 = 0,800;
𝜎
= 191,3 ∙ 0,800 = 153,04 кПа; 𝜎
= 42,9 ∙ 0,800 = 34,32 кПа
ИГЭ-3. Слой 2: ℎ = 0,49; 𝑧 = 1,45; 𝜉 = (2 ∙ 1,45)/2,4 = 1,2; 𝛼 = 0,606;
𝜎
= 191,3 ∙ 0,606 = 115,93 кПа; 𝜎
= 42,9 ∙ 0,606 = 26,00 кПа
ИГЭ-3. Слой 3: ℎ = 0,47; 𝑧 = 1,92; 𝜉 = (2 ∙ 1,92)/2,4 = 1,6; 𝛼 = 0,449;
𝜎
= 191,3 ∙ 0,449 = 85,89 кПа; 𝜎
= 42,9 ∙ 0,449 = 19,26 кПа
ИГЭ-4. Слой 4: ℎ = 0,77; 𝑧 = 2,69; 𝜉 = (2 ∙ 2,69)/2,4 = 2,2; 𝛼 = 0,297;
𝜎
= 191,3 ∙ 0,297 = 56,82 кПа; 𝜎
= 42,9 ∙ 0,297 = 12,74 кПа
ИГЭ-4. Слой 5: ℎ = 0,19; 𝑧 = 2,88; 𝜉 = (2 ∙ 2,88)/2,4 = 2,4; 𝛼 = 0,257;
𝜎
= 191,3 ∙ 0,257 = 49,16 кПа; 𝜎
= 42,9 ∙ 0,257 = 11,03 кПа
ИГЭ-4. Слой 6: ℎ = 0,96; 𝑧 = 3,84; 𝜉 = (2 ∙ 3,84)/2,4 = 3,2; 𝛼 = 0,160;
𝜎
= 191,3 ∙ 0,160 = 30,61 кПа; 𝜎
= 42,9 ∙ 0,160 = 6,86 кПа
Нижняя граница сжимаем толщи BC на пересечении 0,5𝜎
и𝜎
находится
на глубине 𝐻 = 2,69 м. Делим данную высоту на элементарные слои и считаем
осадку.
41
Рис. 4.2.1 Расчетная схема для определения осадки методом послойного
суммирования
Вычисление деформационных характеристик слоев грунта основания
По результатам компрессионных и штамповых испытаний (таблицы,
приведенные в исходных данных) строятся соответствующие графики, которые
используются при определении деформационных характеристик.
Штамповые испытания
(ширина штампа 80,0 см)
III слой – песок пылеватый (глубина отбора 3,5 м)
42
𝜎
=
42,9 + 56,5
= 49,7 кПа
2
𝑆 = 1,432 мм
𝜎 полн = 𝜎
+
191,30 + 115,93
2
= 203,3 кПа
𝑆 = 6,040 мм
∆𝜎 = 203,3 − 49,7 = 153,6 кПа
∆𝑆 = 6,040 − 1,432 = 4,608 мм
= 0,4608 см
𝐸 = 𝜔 ∙ (1 − 𝑣 ) ∙ 𝑑 ∙
∆𝜎
153,6
= 0,78 ∙ (1 − 0,3 ) ∙ 80 ∙
= 18 928 кПа
∆𝑆
0,4608
Компрессионные испытания
IV слой – глина полутвердая (глубина отбора 8,5 м)
Коэффициент сжимаемости:
𝑒 −𝑒
𝑚 , = полн
𝜎
−𝜎
=
0,8830 − 0,8796
186,20 − 99,82
= 0,000039 кПа
Относительный коэффициент сжимаемости:
𝑚 ,
=
𝑚
0,000039
=
= 0,00002 кПа
1+𝑒
1 + 0,8830
𝐸
=
Модуль деформации:
Вычисление осадки
𝛽
𝑚 ,
=
0,8
= 40 000 кПа
0,00002
43
Осадка в каждом грунтовом слое складывается из осадок входящих в него
элементарных слоев полных и неполных.
III слой (два элементарных слоя):
0,8
∙
18 928
191,3 + 153,04 42,9 + 34,32
−
∙ 0,96 = 0,0054 м
2
2
0,8
∙
18 928
153,04 + 115,93 34,32 + 26,00
−
∙ 0,49 = 0,0022 м
2
2
𝑠 =
𝑠 =
IV слой (два элементарных слоя):
𝑠 =
0,8
∙
40 000
115,93 + 85,89 26,00 + 19,26
−
∙ 0,47 = 0,0008 м
2
2
𝑠 =
0,8
∙
40 000
85,89 + 56,82 19,26 + 12,74
−
∙ 0,77 = 0,0009 м
2
2
Суммарная осадка 𝑆 = 0,0054 + 0,0022 + 0,0008 + 0,0009 = 0,0093 м =
0,93 см < 𝑆
= 12 см.
Полученная осадка оказалась значительно меньше 𝑆
= 12 см –
предельной величины осадки, приведенной в СП 22.13330.2016 (приложение Г) для
многоэтажных бескаркасных зданий с несущими стенами из крупных блоков или
кирпичной кладки без армирования
Проверка относительной разности осадков соседних фундаментов
∆𝑆
≤ 0,0020
𝐿
где 0,0020 – предельная относительная разность осадок для многоэтажных
бескаркасных зданий с несущими стенами из крупных блоков или кирпичной
кладки без армирования.
1,11 − 0,93
= 0,0003 < 0,0020
600
44
Проверка по предельной относительной разности осадок выполняется.
V. Проектирование свайных фундаментов
5.1 Ленточный свайный фундамент под наружную стену жилого дома
Исходные данные
Дом имеет длину 𝐿 = 95,2 м, высоту 𝐻 = 21,8 м (7 этажей). Стены дома
кирпичные. Толщина наружных стен 64 см, внутренних 12 см. Под всем домом
имеется подвал глубиной 1,6 м от планировочной отметки. Стены подвала из
стеновых фундаментных блоков ФБС шириной 60 см. Планировочная отметка 𝐷𝐿,
совпадающая с отметкой природного рельефа 𝑁𝐿, находится на 0,6 м ниже отметки
пола первого этажа. Пол подвала толщиной 20 см – на отметке -2.2. Расчетная
вертикальная нагрузка, собранная до отметки верхнего обреза фундамента, 𝑁 =
372 кН на 1 пог. м длины фундамента. Необходимо запроектировать свайный
фундамент под наружную стену этого дома.
Определение расчетной нагрузки, передающейся на свайный фундамент
Расчетная нагрузка от сооружения 𝑁 = 372 кН дана в исходных данных
примера без учета собственного веса 𝑄 ростверка и надростверковой конструкции
(в данном случаи стены подвала) и 𝐺 – пригрузки грунтом и полом подвала на
обрезах ростверка, так как конструкция фундамента еще не разработана.
Поэтому после определения размеров ростверка (глубины заложения,
ширины, высоты) и вычислений 𝑄 и 𝐺 полная расчетная нагрузка, необходимая для
вычисления 𝐹 – фактической нагрузки, передающейся на одну сваю (пункт 6
состава проекта) определится как сумма всех нагрузок, действующих до отметки
подошвы ростверка:
𝑁 полн = 𝑁 + 1,2 ∙ (𝑄 + 𝐺)
45
где
1,2
–
обобщенный
коэффициент
перегрузки
для
перерасчета
нормативных нагрузок 𝑄 и 𝐺 в расчетные по I предельному состоянию.
Назначение предварительной глубины заложения ростверка и решение
надростверковой конструкции
На начальном этапе разработки проекта глубина заложения ростверка 𝑑
может быть назначена лишь предварительно, так как неизвестна высота ростверка
ℎ , которая вычисляется после определения 𝑃 – расчетной нагрузки, допускаемой
на одну сваю. Назначив предварительно из конструктивных соображений ℎ = 0,5
м, получим глубину заложения ростверка 𝑑
по отметкам, приведенным в
исходных данных примера:
𝑑 = 2,2 + 0,2 + 1,1 − 0,6 = 2,9 м
где 2,2 – расстояние от отметки пола 1-го этажа до пола подвала;
0,2 – толщина пола пола подвала;
0,5 – глубина ростверка;
0,6 – высота цоколя (расстояние от отм. 0.00 до отм. 𝑁𝐿, 𝐷𝐿).
46
Инженерно-геологические условия и глубина промерзания при назначении
𝑑 в данном случае не учитываются. Полученную при 𝑑 = 2,9 м отметку подошвы
ростверка
и
соответственно
дна
котлована
следует
считать
так
же
предварительной. Она должна быть откорректирована после вычисления ℎ .
Надростверковая конструкция (стена подвала) может оставаться такой же, как в
варианте фундамента неглубокого заложения, поскольку каких-либо убедительных
аргументов для отказа от той конструкции нет. В соответствии с исходными
отметками стена подвала по высоте может быть образована из 4 блоков ФБС24.6.6,
и кирпичной кладки.
Рис. 5.1.1 Расчётное сечение сваи
Выбор конструкции свайного фундамента
47
Опыт жилищного строительства указывает на то, что в условиях данного
примера целесообразно применять забивные сваи квадратного сечения 30×30 см.
Для назначения длины сваи используется информация о грунтовых условиях
площадки строительства по расчетному вертикальному сечению инженерногеологического разреза, а также о нагрузке и глубине котлована. Чем больше
нагрузка, тем длиннее должны быть сваи и больше их поперечное сечение. Нижние
концы свай погружают в грунт с достаточно хорошей несущей способностью на
глубину 1,0….1,5 м. Учитывая указанное, выбираем сваю С30.30, длиной 3 м и
сечением 30×30 см. Так как свая работает на центральное сжатие ее заделка в
ростверк достаточна на 10 см. Следовательно, рабочая длина сваи составляет 2,9 м
(длина острия 0,25 м в длину сваи не входит). Нижний конец сваи при такой ее
длине будет погружен в глину полутвердую на глубину 1,35 м.
Определение несущей способности одиночной сваи по грунту 𝑭𝒅 и
расчетной нагрузки 𝑷𝒄𝒃 на одну сваю
Несущая способность по грунту одиночной забивной висячей сваи
определяется по формуле:
𝐹 = 𝛾 ∙ (𝛾
∙𝑅∙𝐴+𝑢∙
𝛾
∙𝑓 ∙ℎ )
𝛾 – коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый 𝛾 = 1,0;
𝛾 ,𝛾
– коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним
концом и по боковой поверхности сваи;
𝑅 – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, в
зависимости от 𝑧
– глубины погружения нижнего конца сваи от уровня
планировки
𝑢 – наружный периметр поперечного сечения сваи, м;
48
𝑓 – расчетное сопротивление i-того слоя грунта по боковой поверхности
сваи, кПа, принимаемое в зависимости от 𝑧 – средней глубины расположения слоя
грунта от уровня планировки
ℎ – толщина i-того слоя грунта основания, соприкасающаяся с боковой
поверхностью сваи, м.
Находим значения 𝑅 и 𝑓 для наших инженерно-геологических условий:
Расчетное сопротивление 𝑅 под нижним концом сваи для глины полутвердой
с 𝐼 = 0,142, при глубине погружения нижнего конца сваи от природного рельефа
𝑧 = 5,80 м составляет 𝑅 = 5 488,8 кПа.
Сопротивление грунта 𝑓 по боковой поверхности:
- в песке пылеватом на глубине расположения середины слоя от отметки
природного рельефа NL 𝑧 = 3,68: 𝑓 = 26,36 кПа;
- в глине полутвердом с 𝐼 = 0,142 на глубине расположения середины слоя
от отметки природного рельефа NL 𝑧 = 5,13: 𝑓 = 56,26 кПа;
Используя найденные значения 𝑅 и 𝑓 , вычисляем несущую способность сваи
по грунту 𝐹 :
𝐹 = 𝛾 ∙ (𝛾
∙𝑅∙𝐴+𝑢∙
𝛾
∙𝑓 ∙ℎ )
𝐹 = 1,0 ∙ [1,0 ∙ 5 488,80 ∙ 0,09 + 1,2 ∙ 1,0 ∙ (26,36 ∙ 1,55 + 56,26 ∙ 1,35)]
= 634,16 кН
Расчетная нагрузка, допускаемая на сваю по грунту, составит:
𝑃
=
𝐹
634,16
=
= 452,97 кН
𝛾
1,4
где 𝛾 – коэффициент надежности по грунту равный 1,4, так как в данном
случае 𝐹 определена расчетом с использованием табличных значений 𝑅 и 𝑓.
49
Определение
необходимого
числа
свай
в
свайном
фундаменте,
размещение их в плане, определение плановых размеров ростверка
Необходимое число свай n на один погонный метр длины ленточного
фундамента определяется по формуле:
𝑛=
𝑁
𝑃 − 8 ∙ 𝑑 ∙ ℎ ∙ 𝛾ср
где: 𝑁 – расчетная нагрузка для расчета по первому предельному состоянию,
передаваемая сооружением на подвальную часть колонны;
𝑑 – диаметр (сторона) квадратной сваи м;
ℎ – высота ростверка и стеновой части фундамента (надростверковой
конструкции);
𝛾ср – средний удельный вес материала ростверка, надростверковой
конструкции и пригрузки грунтом на ростверке, принимаемый равным 𝛾ср =
20 кН/м
𝑛=
372
= 0,92
452,97 − 8 ∙ 0,3 ∙ 3,28 ∙ 20
Определяем расстояние 𝑎 между осями свай.
𝑎=
1 пог. м.
= 1,09 м
0,92
Сваи в составе фундамента должны размещаться на расстоянии, равном (3…
6) 𝑑 между их осями. Очевидно, что наиболее экономичным был бы ростверк с
однорядным расположением свай при расстоянии 𝑎 между их осями, равном 3𝑑 =
0,9 м. Полученное значение 𝑎 = 1,09 > 0,9 м, мы принимаем двухрядное
расположение свай для того что бы условный фундамент был шире, для
выполнения проверки 𝑝 ≤ 𝑅 для расчета по второй группе предельных состояний.
Принимаем 𝑎 = 0,7 м < 0,9 м, 𝑛 = 1,43. При этом расстояние 𝐶 между рядами
свай определяется из треугольника ABC:
50
𝐶 =
0,9 − 0,7 = 0,6
Расстояние от внешней грани вертикально нагруженной сваи до края
ростверка принимается равным 0,2𝑑 + 5 cм при однорядном размещении свай и
0,3𝑑 + 5 см при двух и трех рядном (𝑑 – в см), но не менее 10 см. Исходя из этого,
получаем ширину ростверка:
𝑏 = 0,6 + 2 ∙ 0,15 + 2 ∙ (0,3 ∙ 0,3 + 0,05) = 1,24 м
Высота ростверка ленточного двухрядного фундамента должна определяться
из условия продавливания его сваей. Но, так как в данном случае расстояние от
внутренней грани сваи до внешней грани стены подвала составляет 150 мм > 50 мм,
то есть почти половина площади поперечного сечения сваи попадает под стену, то
продавливание ростверка оказывается невозможным и расчет на продавливание не
производится.
Поэтому,
из
конструктивных
соображений
и
практики
строительства, оставляем ℎ = 0,5 м и не делаем пересчетов. Итак, полученные
размеры ростверка составляют: 𝑏 = 1,3 м, высота ℎ = 0,5 м.
Проверка выполнения условия расчета основания одиночной сваи по
первому предельному состоянию
Для этого находим фактическую вертикальную нагрузку 𝐹, приходящуюся
на одну сваю, и сравниваем ее с ранее полученной расчетной нагрузкой 𝑃 .
𝐹=
𝑁 + 1,2 ∙ (𝑄 + 𝐺)
𝑛
Вычисление фактической нагрузки 𝐹, передаваемой на сваю
Вес ростверка 𝑄 = 1,3 ∙ 0,5 ∙ 1 ∙ 24 = 15,6 кН;
Вес надростверковой конструкции 𝑄нк (одного пог. м стены подвала) из 4
блоков ФБС24.6.6 и нескольких рядов кирпичной кладки:
𝑄нк = (0,6 ∙ 0,6 ∙ 1 ∙ 4) ∙ 22 + (0,38 ∙ 0,6 ∙ 1) ∙ 17 = 35,56 кН
Общий вес 𝑄 ростверка и надростверковой конструкции:
51
𝑄 = 𝑄 + 𝑄нк = 15,6 + 35,56 = 51,16 кН
Вес грунта на внешнем обрезе ростверка 𝐺гр = 2,4 ∙ 0,35 ∙ 𝛾ср :
𝛾ср =
19,2 ∙ 1,5 + 9,39 ∙ 0,9
= 15,52 кН/м
1,5 + 0,9
𝐺гр = 2,4 ∙ 0,35 ∙ 15,52 = 13,04 кН
Пригрузка внутреннего обреза ростверка бетонным полом подвала 𝐺п :
𝐺п = 0,35 ∙ 0,2 ∙ 1 ∙ 22 = 1,54 кН
Общий вес 𝐺 пригрузки ростверка грунтом и полом подвала:
𝐺 = 𝐺гр + 𝐺п = 13,04 + 1,54 = 14,58 кН
𝐹=
372 + 1,2 ∙ (51,16 + 14,58)
= 315,31 кН
1,43
Проверяем выполнение условия первого предельного состояния:
𝐹 = 315,31 кН < 𝑃
= 452,97 кН
Проверка выполняется. Если бы условие первого предельного состояния не
было выполнено, следовало добиться его выполнения путем уменьшения
расстояния между сваями в ряду или удлинения свай.
Принятые размеры свайного фундамента будут считаться окончательными
при удовлетворении условия расчета по второму предельному состоянию – по
деформациям.
Определение среднего вертикального давления 𝒑 под подошвой
условного фундамента и проверка выполнения условия 𝒑 ≤ 𝑹
Для вычисления 𝑝 необходимо определить площадь подошвы условного
ленточного фундамента 𝐴усл и нагрузки, передающиеся на эту площадь от
собственного веса всех элементов, входящих в объем условного фундамента, а
также и от сооружения.
52
Площадь условного ленточного фундамента:
𝐴усл = 𝑏усл ∙ 1 пог. м. = 𝐶 + 2 ∙
𝑑
+2∙𝑙
2
∙ 𝑡𝑔
𝜑ср
4
где 𝐶 – расстояние между рядами свай;
𝑑 – диаметр (сторона) квадратной сваи;
𝑙
– рабочая длина сваи;
𝜑ср – среднее значение угла внутреннего трения φ слоев грунта в пределах
рабочей длины сваи.
𝜑ср 1 𝜑 ∙ ℎ + 𝜑 ∙ ℎ + ⋯ + 𝜑 ∙ ℎ
= ∙
4
4
ℎ + ℎ + ⋯+ ℎ
𝜑ср 1 26 ∙ 1,55 + 15 ∙ 1,35
20,88°
= ∙
=
= 5,22°
4
4
1,55 + 1,35
4
𝑡𝑔(5,22°) = 0,091
𝑏усл = 𝐶 + 2 ∙
𝑑
+2∙𝑙
2
∙ 𝑡𝑔
𝜑ср
= 0,6 + 0,3 + 2 ∙ 2,9 ∙ 0,091 = 1,43 м
4
𝐴усл = 𝑏усл ∙ 1 пог. м. = 1,43 м
Объемы условного фундамента, всех входящих в него конструктивных
элементов и грунта
- условного фундамента: 𝑉усл = 𝐴усл ∙ ℎусл = 1,43 ∙ 5,8 = 8,29 м ;
- ростверка: 𝑉р = 1,43 ∙ 0,5 ∙ 1 = 0,72 м ;
- части стены подвала, расположенный ниже верха условного фундамента
(ниже отметки 𝐷𝐿): 𝑉чсп = 0,6 ∙ 2,4 ∙ 1 = 1,44 м ;
- части пола подвала (справа от стены подвала): 𝑉чпп = 0,2 ∙ 0,415 ∙ 1 =
0,08 м ;
53
- части пола подвала, примыкающего к стене и ограниченного справа
стороной условного фундамента: 𝑉чп = 1,6 ∙ 0,415 ∙ 1 = 0,66 м ;
- грунта: 𝑉гр.усл = 𝑉усл − 𝑉р − 𝑉чсп − 𝑉чпп − 𝑉чп = 8,29 − 0,72 − 1,44 − 0,08 −
0,66 = 5,39 м .
Объем свай не вычитается из объема 𝑉усл . При подсчете веса грунта в
условном фундаменте 𝐺гр.усл не учитывается увелечение его удельного веса за счет
уплотнения при забивке свай.
Принимается, что 𝐺гр.усл = 𝑉гр.усл ∙ 𝛾ср ≈ (𝑉гр.усл − 𝑉св ) ∙ 𝛾ср
Нагрузки от собственного веса всех составных частей условного
фундамента и от сооружения
- ростверка и всей надростверковой конструкции, то есть всей стены подвала,
включая ее часть, расположенную выше отметки 𝐷𝐿: 𝑄 = 𝑄 + 𝑄нк = 51,16 кН
- части пола подвала: 𝑄чпп = 0,08 ∙ 22 = 1,76 кН;
- сваи с рабочей длиной 𝑙св = 2,9 м, из которых 1,55 м – в водонасыщенном
грунте: 𝑄св = 0,3 ∙ (2,9 − 1,55) ∙ 24 + 0,3 ∙ 1,55 ∙ (24 − 10) ∙ 1 = 4,87 кН
𝛾ср =
∑𝛾 ∙ ℎ
19,2 ∙ 1,5 + 9,39 ∙ 2,95 + 19,4 ∙ 1,35
=
= 14,25 кН/м
∑ℎ
1,5 + 2,95 + 1,35
𝐺гр.усл = 5,39 ∙ 14,25 = 76,81 кН
Среднее давление 𝑝 под подошвой условного фундамента
𝑝 =
𝑁 + 𝐺гр.усл + 𝑄 + 𝑄чпп + 𝑄св 310 + 76,81 + 51,16 + 1,76 + 4,87
=
𝐴усл
1,43
= 310,91 кПа
Вычисление расчетного сопротивления 𝑅 для глины полутвердой (IV слой),
залегающей под подошвой условного фундамента.
54
По формуле вычисляем расчетное сопротивление 𝑅 и проверяем выполнения
условия 𝑝 ≤ 𝑅, как права на расчет осадки на основе теории линейного
деформирования грунта.
𝑅=
𝛾 ∙𝛾
𝑘
𝑀 ∙𝑘 ∙𝑏∙𝛾 +𝑀 ∙𝑑 ∙𝛾 + 𝑀 −1 ∙𝑑 ∙𝛾 +𝑀 ∙𝑐
Для глины полутвердой коэффициент условий работы грунта 𝛾
= 1,25,
коэффициент условий работы здания во взаимодействии с основанием при гибкой
конструктивной схеме
здания 𝛾
= 1,0;
коэффициент 𝑘 = 1,0,
так
как
характеристики грунта 𝜑 и 𝑐 определены экспериментально.
𝑀 , 𝑀 , 𝑀 – коэффициенты, принимаемые в зависимости от расчетного
значения угла внутреннего трения грунта 𝜑 , находящегося непосредственно под
подошвой фундамента, т.е. "рабочего слоя". При 𝜑 = 15°: 𝑀 = 0,325, 𝑀 = 2,3,
𝑀 = 4,84;
𝑘 – коэффициент, принимается равным единице при ширине фундамента
𝑏 < 10 м и 𝑘 = 𝑧 /𝑏 + 0,2, при 𝑏 ≥ 10 м, (В нашем случае 𝑘 = 1,0);
𝑏 – ширина условного фундамента равна 0,83 м;
𝛾 – осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих
ниже подошвы условного фундамента. В данном случае один грунт – глина
полутвердая: 𝛾 = 19,4 кН/м ;
𝛾
– то же, но выше подошвы условного фундамента, от подошвы до
планировочной отметки: 𝛾 = 14,25 кН/м ;
𝑑 – приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов
со стороны подвала, м (при отсутствии подвала принимается 𝑑 = 0):
𝑑 =ℎ +ℎ
∙
𝛾
22
= 2,9 + 1,1 + 0,2 ∙
= 4,3 м
𝛾
14,25
где ℎ – толщина слоя грунта от отметки подошвы фундамента до отметки
низа пола подвала, м;
55
ℎ
– толщина конструкции пола подвала, м;
𝛾
– расчетное значение удельного веса материала конструкций пола
подвала, принимается равным 22 кН/м .
𝑑 – глубина подвала – расстояние от уровня планировки до пола подвала, м
(для сооружений с подвалом шириной 𝑏 ≤ 20 м и глубиной свыше 2 м,
принимается 𝑑 = 2 м. В нашем случае 𝑑 = 1,6 м.
𝑐
– расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего
непосредственно под подошвой фундамента (𝑐 = 25,0 кПа);
Тогда расчетное сопротивление грунта:
𝑅=
1,25 ∙ 1,0
[0,325 ∙ 1,0 ∙ 1,43 ∙ 19,4 + 2,3 ∙ 4,3 ∙ 14,25 + (2,3 − 1) ∙ 1,6 ∙ 14,25
1,0
+ 4,84 ∙ 25,0] = 375,74 кПа
Следовательно, 𝑝 = 310,91 кПа ≤ 𝑅 = 375,74 кПа. Условие выполняется.
Расчет осадки на основе модели линейного деформирования грунта можно
проводить.
VI. Расчет оснований по второму предельному состоянию – по деформациям
Расчет
осадки
свайного
фундамента
любым
методом
(послойного
суммирования или эквивалентного слоя), а также расчет стабилизации осадки во
времени принципиально не отличается для фундамента мелкого заложения и
свайного. Разница лишь в том, что в случае фундамента мелкого заложения
используются реальные его размеры (глубина заложения 𝑑 и площадь подошвы 𝐴),
а в случае свайного фундамента размеры условного фундамента и давлени под его
подошвой.
6.1 Расчет конечной (стабилизированной) осадки свайного фундамента
методом послойного суммирования
56
Запроектированный
кирпичного
здания
ленточный
имеет
ширину
свайный
фундамент
многоэтажного
условного
фундамента
𝑏усл = 1,59 м.
Вертикальное сжимающее напряжение под подошвой условного фундамента 𝑝 =
310,91 кПа, что меньше расчетного сопротивления (глины полутвердой 𝑅 =
375,74 кПа, который залегает под его подошвой. Выполнение условия 𝑝 ≤ 𝑅
позволяет в расчетах напряженно-деформированного состояния грунтов основания
пользоваться линейной моделью грунтов и, в частности, считать осадку методом
послойного суммирования.
Инженерно-геологические условия на расчетной вертикали разреза, в
которых запроектирован фундамент, его конструктивная схема, эпюры природного
и дополнительного давления 𝜎 .
𝜎
Вычисление ординат эпюры природного давления грунта 𝝈𝒛𝒈
- на границе II и III слоев: 𝜎
,
= 𝛾 ∙ ℎ = 19,2 ∙ 1,5 = 28,8 кПа;
- на границе III и IV слоев: 𝜎
=𝜎
,
+𝛾
,
∙ ℎ = 28,8 + 9,39 ∙ 2,95 =
56,5 кПа;
- с учетом толщи воды высотой ℎ = 2,95 м на границе III и IV слоев: 𝜎
𝜎
,
,
=
+ 𝛾 ∙ ℎ = 56,5 + 10 ∙ 2,95 = 86,0 кПа;
- на отметке подошвы ростверка: 𝜎
,
=𝜎
,
+ 𝛾 ∙ ℎ = 86,0 + 19,4 ∙
1,35 = 112,2 кПа;
- на границе IV и V слоев: 𝜎
,
=𝜎
,
+ 𝛾 ∙ ℎ = 86,0 + 19,2 ∙ 3,548 =
154,1 кПа;
- на границе V и VI слоев:: 𝜎
,
=𝜎
,
+ 𝛾 ∙ ℎ = 154,1 + 20,21 ∙ 5,37 =
262,6 кПа;
Вычисление ординат вспомогательной эпюры 𝟎, 𝟓𝝈𝒛𝒈
57
Ординаты вспомогательной эпюры 0,5 ∙ 𝜎 , необходимые для нахождения
нижней границы сжимаемой толщи на ее пересечении с эпюрой 𝜎 .
𝜎
28,8
56,5
86,0
112,2
154,1
262,6
14,40
28,25
43,00
56,10
77,05
131,3
,
0,5𝜎
,
Вычисление ординат эпюры дополнительного (осадочного) давления 𝝈𝒛𝒑
от сооружения
Непосредственно под подошвой фундамента напряжение:
𝜎
,
= 𝑝 = 310,91 кПа; 𝜎
,
=𝜎
,
= 112,2 кПа
Ниже подошвы условного фундамента напряжения:
𝜎
=𝜎
,
∙𝛼 ; 𝜎
=𝜎
,
∙𝛼
Коэффициент 𝛼, принимаемый по таблице 5.8 СП 22.13330.2016 в
зависимости от относительной глубины 𝜉 = 2 ∙ 𝑧/𝑏, при шаге 𝜉, равном 0,4.
При этом толщины элементарных слоев ℎ в эпюре 𝜎
равен 0,636 м, что
соответствует требованию принимать величину ℎ ≤ 0,4 ∙ 𝑏усл = 0,4 ∙ 1,43 = 0,572.
Строи эпюру дополнительного давления 𝜎 :
ИГЭ-4. Слой 1: ℎ = 0,572; 𝑧 = 0,572; 𝜉 = (2 ∙ 0,572)/1,43 = 0,8; 𝛼 =
0,881; 𝜎
= 310,91 ∙ 0,881 = 273,91 кПа; 𝜎
= 112,2 ∙ 0,881 = 98,85 кПа
ИГЭ-4. Слой 2: ℎ = 0,572; 𝑧 = 1,144; 𝜉 = (2 ∙ 1,144)/1,43 = 1,6; 𝛼 =
0,642; 𝜎
= 310,91 ∙ 0,642 = 199,60 кПа; 𝜎
= 112,2 ∙ 0,642 = 72,03 кПа
ИГЭ-4. Слой 3: ℎ = 0,572; 𝑧 = 1,716; 𝜉 = (2 ∙ 1,716)/1,43 = 2,4; 𝛼 =
0,477; 𝜎
= 310,91 ∙ 0,477 = 148,30 кПа; 𝜎
= 112,2 ∙ 0,477 = 53,52 кПа
ИГЭ-5. Слой 4: ℎ = 0,482; 𝑧 = 2,198; 𝜉 = (2 ∙ 2,198)/1,43 = 3,1; 𝛼 =
0,386; 𝜎
= 310,91 ∙ 0,386 = 120,01 кПа; 𝜎
= 112,2 ∙ 0,386 = 43,31 кПа
58
ИГЭ-5. Слой 5: ℎ = 0,090; 𝑧 = 2,288; 𝜉 = (2 ∙ 2,288)/1,43 = 3,2; 𝛼 =
0,374; 𝜎
= 310,91 ∙ 0,374 = 116,28 кПа; 𝜎
= 112,2 ∙ 0,374 = 41,96 кПа;
ИГЭ-5. Слой 6: ℎ = 0,572; 𝑧 = 2,860; 𝜉 = (2 ∙ 2,860)/1,43 = 4,0; 𝛼 =
0,306; 𝜎
= 310,91 ∙ 0,306 = 95,14 кПа; 𝜎
= 112,2 ∙ 0,306 = 34,33 кПа;
ИГЭ-5. Слой 7: ℎ = 0,296; 𝑧 = 3,156; 𝜉 = (2 ∙ 3,156)/1,43 = 4,4; 𝛼 =
0,280; 𝜎
= 310,91 ∙ 0,280 = 87,05 кПа; 𝜎
= 112,2 ∙ 0,280 = 31,42 кПа;
ИГЭ-5. Слой 8: ℎ = 0,276; 𝑧 = 3,432; 𝜉 = (2 ∙ 3,432)/1,43 = 4,8; 𝛼 =
0,258; 𝜎
= 310,91 ∙ 0,258 = 80,21 кПа; 𝜎
= 112,2 ∙ 0,258 = 28,95 кПа;
Нижняя граница сжимаем толщи BC на пересечении 0,5𝜎
и𝜎
находится
на глубине 𝐻 = 3,156 м. Делим данную высоту на элементарные слои и считаем
осадку
Рис 6.1.1 Расчетная схема для определения осадки свайного фундамента методом
послойного суммирования
Вычисление деформационных характеристик слоев грунта основания
59
По результатам компрессионных и штамповых испытаний (таблицы,
приведенные в исходных данных) строятся соответствующие графики, которые
используются при определении деформационных характеристик.
Компрессионные испытания
IV слой – глина полутвердая (глубина отбора 8,5 м)
Коэффициент сжимаемости:
𝑒 −𝑒
𝑚 , = полн
𝜎
−𝜎
=
0,8817 − 0,8745
348,61 − 133,15
= 0,000033 кПа
Относительный коэффициент сжимаемости:
𝑚 ,
=
𝑚
0,000033
=
= 0,000018 кПа
1+𝑒
1 + 0,8817
𝐸
=
Модуль деформации:
𝛽
𝑚 ,
=
0,8
= 44 444 кПа
0,000018
Штамповые испытания
(диаметр штампа штампа 27,7 см)
V слой – песок средней крупности (глубина отбора 12,0 м)
60
𝜎
=
154,1 + 174,1
= 164,1 кПа
2
𝑆 = 1,345 мм
𝜎 полн = 𝜎
+
120,01 + 87,05
2
= 267,63 кПа
𝑆 = 2,101 мм
∆𝜎 = 267,63 − 164,1
= 103,53 кПа
∆𝑆 = 2,101 − 1,345 = 0,756 мм
= 0,0756 см
𝐸 = 𝜔 ∙ (1 − 𝑣 ) ∙ 𝑑 ∙
∆𝜎
103,53
= 0,78 ∙ (1 − 0,3 ) ∙ 27,7 ∙
= 26 925 кПа
∆𝑆
0,0756
Вычисление осадки
Осадка в каждом грунтовом слое складывается из осадок входящих в него
элементарных слоев полных и неполных.
IV слой (четыре элементарных слоя):
𝑠 =
0,8
∙
44 444
310,91 + 273,91 112,2 + 98,85
−
∙ 0,572 = 0,0019 м
2
2
0,8
∙
44 444
273,91 + 199,6 98,85 + 72,03
−
∙ 0,572 = 0,0016 м
2
2
0,8
∙
44 444
199,6 + 148,3 72,03 + 53,52
−
∙ 0,572 = 0,0011 м
2
2
0,8
∙
44 444
148,3 + 120,01 53,52 + 43,31
−
∙ 0,482 = 0,0007 м
2
2
𝑠 =
𝑠 =
𝑠 =
V слой (три элементарных слоя):
61
𝑠 =
0,8
∙
26 925
120,01 + 116,28 43,31 + 41,96
−
∙ 0,09 = 0,0002 м
2
2
𝑠 =
0,8
∙
26 925
116,28 + 95,14 41,96 + 34,33
−
∙ 0,572 = 0,0011 м
2
2
0,8
∙
26 925
95,14 + 87,05 34,33 + 31,42
−
∙ 0,296 = 0,0005 м
2
2
𝑠 =
Суммарная
осадка
𝑆 = 0,0019 + 0,0016 + 0,0011 + 0,0007 + 0,0002 +
0,0011 + 0,0005 = 0,0071 м = 0,71 см < 𝑆
= 12 см.
Полученная осадка оказалась значительно меньше 𝑆
= 12 см –
предельной величины осадки, приведенной в СП 22.13330.2016 (приложение Г) для
многоэтажных бескаркасных зданий с несущими стенами из крупных блоков или
кирпичной кладки без армирования. Так как полученная расчетная осадка
допустима, то конструктивная схема свайного фундамента, может считаться
окончательно принятой.
6.2 Подбор молота для забивки свай и определение расчетного отказа
Разработана
конструкция
ленточного
свайного
фундамента
с
использованием свай С30.30 длиной 3 м, сечением 0,3×0,3 м. Несущая способность
сваи по грунту была рассчитана с использованием табличных значений расчетного
сопротивления 𝑅 под нижним концом сваи и расчетного сопротивления 𝑓 по
боковой поверхности и составила 𝐹 = 315,31 кН. Расчетная нагрузка 𝑃
=
452,97 кН.
Для определения соответствия принятой в проекте несущей способности
сваи по грунту 𝐹 = 315,31 кН ее реальной величине в условиях естественного
состояния грунтов площадки предполагаемого строительства предусматривается
проведение контрольных динамических испытаний свай С40.20 с определением
отказа. В связи с этим необходимо:
62
- подобрать молот для погружения свай С60.30 в грунты средней
уплотненности;
- определить расчетный отказ;
- сделать заключение о несущей способности свай, принятых в проекте
(нужна или не нужна корректировка проекта).
От правильного подбора молота многое зависит при проектировании и
строительстве
свайного
фундамента:
возможность
уточнения
несущей
способности сваи при динамических испытаниях в инженерно-геологических
условиях конкретной строительной площадки, сохранность головы сваи в процессе
ее забивки, достижение сваей проектной отметки. От выбора молота зависит также
производительность труда и сроки строительства.
В настоящее время наиболее совершенными конструкциями молотов
считаются дизель – молоты штанговые и трубчатые. По технико-экономическим
показателям трубчатые имеют некоторые преимущества перед штанговыми.
Поэтому останавливаем свой выбор на трубчатом дизель-молоте.
Для предварительного подбора молота определяется минимальная энергия
удара молота Э исходя из расчетной нагрузки допускаемой на сваю 𝑃
=
452,97 кН, по формуле:
Э = 1,75 ∙ 𝑎 ∙ 𝑃
где 𝑎 – коэффициент, равный 25 Дж/кН.
Э = 1,75 ∙ 25 ∙ 452,97 = 19 817,44 Дж = 19,8 кДж
Затем по таблице технических характеристик трубчатых дизель-молотов
подбираем молот такой марки, энергия удара которого (обозначим ее Эт ) близка к
полученному значению Э, но была больше его, т.е. Эт > Э, такому условию
удовлетворяет – молот марки С-996, энергия удара которого Эт = 27,0 кДж >
19,8 кДж.
Далее производится проверка пригодности молота С-995 по условию:
63
(𝐺м + 𝐺с )/Эр ≤ 𝐾
где 𝐺м – полный вес молота, равный 36,5 кН;
𝐺с – вес сваи с наголовником и подбабком (принимаем вес наголовники
100 кгс = 1 кН, подбабок не используется, вес железобетонной сваи 0,3 ∙ 3 ∙ 24 =
6,48 кН; 𝐺с = 6,48 + 1 = 7,48 кН;
Эр – расчетная энергия удара, определяемая для трубчатых дизель-молотов
по формуле: Эр = 0,9 ∙ 𝐻 ∙ 𝐺 (𝐺 – вес ударной части молота, равная 18,0 кН; 𝐻 –
фактическая высота падения молота, принимаемая на стадии окончания забивки
2,8 м) Эр = 0,9 ∙ 2,8 ∙ 18,0 = 45,36 кДж;
𝐾 = 6 кДж – коэффициент применимости молота.
(36,5 + 7,48)/45,36 = 0,97 кДж ≤ 6 кДж
Условие выполнено, молот пригоден.
Определение расчетного (проектного) отказа 𝑠 определяется по формуле:
𝑠 =
𝜂 ∙ 𝐴 ∙ Эр ∙ (𝐺м + 𝜀 ∙ 𝐺с )
𝐹 ∙ (𝐹 + 𝜂 ∙ 𝐴) ∙ (𝐺м + 𝐺с )
где 𝜂, принимаемый для железобетонных свай, забиваемых с наголовником,
равным 1500 кН/м ;
𝐴 – площадь поперечного сечения сваи 0,3 ∙ 0,3 = 0,09 м ;
𝜀 – коэффициент восстановления удара при забивке железобетонных свай с
применением наголовника и деревянного вкладыша в нем 𝜀 = 0,2;
𝐹 – несущая способность сваи по грунту, 𝐹 = 315,31 кН.
Эр = 45,36 кДж; 𝐺м = 36,5 кН; 𝐺с = 7,48 кН.
𝑠 =
1500 ∙ 0,09 ∙ 45,36 ∙ (36,5 + 0,2 ∙ 7,48)
= 0,037 м > 0,002 м
315,31 ∙ (315,31 + 1500 ∙ 0,09) ∙ (36,5 + 7,48)
64
Окончательно подтверждено правильность выбора молота. Если расчетный
отказ будет меньше 0,002 м, то нужно применять молот с большей энергией удара.
Заключение. Если при забивке сваи С30.30 молотом С-996 замеренный
фактический отказ 𝑠 , будет равен или меньше расчетного отказа 𝑠 , то это будет
означать, что несущая способность сваи 𝐹 = 315,31 кН, исходя из которой был
определен расчетный отказ, обеспечивается, и проект свайного фундамента не
нуждается в корректировке. Такой вывод можно делать лишь в том случае, когда
динамические испытания проведены в необходимом количестве и результаты их
обработаны с учетом соответствующих требований.
VII. Проектирование котлована
В зависимости от глубины заложения фундамента или ростверка
определяется глубина котлована. Размеры котлована в плане для вариантов
фундаментов мелкого заложения и свайных должны позволять разместить в нем
проектируемые фундаменты и обеспечить возможность выполнения работ по их
возведению.
При определении размеров дна котлована следует учитывать, что в случае
необходимости организации поверхностного водоотлива, нужно устраивать
водосборные канавки и зумпфы, размещающиеся между низом откоса котлована и
внешней стороной фундаментной конструкции, т.е. приблизительно 1,5…2,0 м. В
сухом котловане это расстояние уменьшается до 1,0…1,5м с тем, чтобы было место
для работы монтажникам.
В зависимости от свойств грунта, стесненности площадки строительства
борта котлована могут выполняться без крепления с откосами необходимой
крутизны или устройством соответствующей ограждающей конструкции. В
зависимости от положения уровня грунтовых вод должна быть назначена (без
расчета) схема водоотлива или водопонижения.
65
7.1 Подсчет объемов земляных работ и объемов бетонных и
железобетонных конструкций для фундамента мелкого заложения
Объем земляных работ определяется по формуле:
𝑉=
ℎк
∙ [𝑙 ∙ 𝑏 + (𝑏 + 𝑏к ) ∙ (𝑙 + 𝑙к ) + 𝑏к ∙ 𝑙к ]
6
где ℎк – глубина котлована;
𝑏к , 𝑙к – стороны на дне котлована;
𝑏, 𝑙 – стороны на поверхности котлована.
𝑉=
3
∙ [2 ∙ 53,3 ∙ 23,4 + (23,4 + 17,4) ∙ (2 ∙ 53,3 + 2 ∙ 50,3) + 17,4 ∙ 2 ∙ 50,4]
6
= 6 351 м
Объем железобетонных конструкций фундамента:
- ФЛ24.30-3: 𝑉 = 68 ∙ (2,4 ∙ 3,0 ∙ 0,5) = 244,8 м ;
- ФЛ24.24-3: 𝑉 = 2 ∙ (2,4 ∙ 2,4 ∙ 0,5) = 5,76 м
- ФЛ24.12-3: 𝑉 = 8 ∙ (2,4 ∙ 1,2 ∙ 0,5) = 11,52 м ;
- ФП 2,4×2,4×0,3: 𝑉 = 25 ∙ (2,4 ∙ 2,4 ∙ 0,3) = 43,2 м ;
- 2Ф12.9-2: 𝑉 = 25 ∙ (1,2 ∙ 1,2 ∙ 0,9) = 32,4 м ;
- ФБС24-6-6-Т: 𝑉 = 336 ∙ (2,4 ∙ 0,6 ∙ 0,6) = 217,7 м ;
- ФБС12-6-6-Т: 𝑉 = 32 ∙ (1,2 ∙ 0,6 ∙ 0,6) = 13,8 м ;
Общий объем равен: 𝑉жб = 244,8 + 5,76 + 11,52 + 43,2 + 32,4 + 217,7 +
13,8 = 569,18 м
7.2 Подсчет объемов земляных работ и объемов бетонных и
железобетонных конструкций для свайного фундамента
66
Объем земляных работ определяется по формуле:
𝑉=
ℎк
∙ [𝑙 ∙ 𝑏 + (𝑏 + 𝑏к ) ∙ (𝑙 + 𝑙к ) + 𝑏к ∙ 𝑙к ]
6
где ℎк – глубина котлована;
𝑏к , 𝑙к – стороны на дне котлована;
𝑏, 𝑙 – стороны на поверхности котлована.
𝑉=
2,9
∙ [2 ∙ 52,65 ∙ 22,1 + (22,1 + 16,3) ∙ (2 ∙ 52,65 + 2 ∙ 49,75) + 16,3 ∙ 2 ∙ 49,75]
6
= 5710 м
Объем железобетонных конструкций фундамента:
- сваи С30.30: 𝑉 = 404 ∙ (0,3 ∙ 0,3 ∙ 3) = 109,08 м ;
- ростверки 1,4×1,4×0,5: 𝑉 = 25 ∙ (1,4 ∙ 1,4 ∙ 0,5) = 24,5 м ;
- подколонники 1,2×1,2×0,6: 𝑉 = 25 ∙ (1,2 ∙ 1,2 ∙ 0,6) = 21,6 м ;
- ФБС24-6-6-Т: 𝑉 = 336 ∙ (2,4 ∙ 0,6 ∙ 0,6) = 217,7 м ;
- ФБС12-6-6-Т: 𝑉 = 32 ∙ (1,2 ∙ 0,6 ∙ 0,6) = 13,8 м ;
Общий
386,68 м
объем
равен:
𝑉жб = 109,08 + 24,5 + 21,6 + 217,7 + 13,8 =
67
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Выполнено проектирование фундамента мелкого заложения и свайных
фундаментов в открытом котловане в г. Курск.
По результатам расчета на основании исходных данных запроектирован
фундамент мелкого заложения ленточный под наружные стены из опорной плиты
ФЛ24.30-3, высотой 50 см и блоками ФБС24-6-6-Т. Для внутренних колонн
сконструирован составной столбчатый фундамент из фундаментной плиты
размером 2,4×2,4×0,9 м и подколонника ФЛ12.9-2 размерами (1,2×1,2×0,9 м).
Для свайного фундамента принята лента свай с двухрядным расположением.
Размер ростверка по результатам расчета был получен шириной 1,3 м и высотой
0,5 м. Сваи были подобраны 300×300 см С.30.30 длиной 𝑙 = 3,0 м.
По выполненным подсчетам объема земляных работ и объемов бетонных и
железобетонных конструкций для каждого типа фундамента, окончательно по
итогу выполненных расчетов по несущей способности и деформациям, свайный
фундамент считается более приоритетным в связи с тем, что данный тип
фундамента более экономичнее по расходу железобетона. Для фундамента мелкого
заложения необходимо устраивать плиту под колонну, размеры фундамента
достаточно большт и объемы работ выше, чем у свайного фундамента.
68
Список литературы
1. Основания и фундаменты на насыпных грунтах [Электронный ресурс] /
Крутов В.И., Ковалев А.С., Ковалев В.А. - М. : Издательство АСВ, 2016
2. Проектирование оснований и фундаментов зданий и сооружений: учебное
пособие [Электронный ресурс] / Пилягин А.В. - М.: Издательство АСВ, 2017
3. Механика грунтов в схемах и таблицах [Электронный ресурс] : учебное
пособие / Заручевных И.Ю., Невзоров А.Л. - 3-е изд. перераб. и доп. - М. :
Издательство АСВ, 2016.
4. Инженерно-геологические и инженерно-геотехнические изыскания в
строительстве [Электронный ресурс] : Учеб. пособие / Захаров М.С., Мангушев
Р.А. - М. : Издательство АСВ, 2016.
5. ГОСТ 25100-2020 Грунты. Классификация межгосударственный стандарт
: дата введения 2021-01-01 / Межгосударственный совет по стандартизации,
метрологии и сертификации. — Изд. официальное. — Москва : Стандартинформ,
2020. — 41 с
6. СП 20.13330.2016 Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция
СНиП 2.01.07-85*: национальный стандарт Российской Федерации: дата введения
2017-06-04 / Министерство строительства и жилищно-коммунального хозяйства
Российской Федерации. — Изд. официальное. — Москва : ОАО «ЦПП», 2011. —
140 с.
7. СП 22.13330.2016 Основания зданий и сооружений. Актуализированная
редакция СНиП 2.02.01-83*: национальный стандарт Российской Федерации: дата
введения 2011-05-20 / Министерство регионального развития Российской
Федерации. — Изд. официальное. — Москва: ОАО «ЦПП», 2011. — 166 с.
8. СП 24.13330.2021. Свайные фундаменты / Минстрой России. - Москва. –
2021. – 113 с.
69
9. Пилягин А.В. Проектирование оснований и фундаментов зданий и
сооружений: учебное пособие / А.В. Пилягин. — Москва: Издательство АСВ, 2017.
— 398 с. — ISBN 9785432302014.
10.
Справочник
геотехника. Основания, фундаменты и
подземные
сооружения / Под общ. ред. В.А. Ильичева, Р.А. Мангушева. — Москва: Изд-во
АСВ, 2016. — 1040 с. — ISBN 978-5-4323-0191-8.
11. Захаров М.С. Инженерно-геологические и инженерно-геотехнические
изыскания в строительстве: Учеб. пособие / М.С. Захаров, Р.А. Мангушев. —
Москва: АСВ, 2016. — 173 с.— ISBN 978-5-4323-0019-5.
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Институт ИГЭС
Кафедра Механика грунтов и геотехника
Дисциплина Геотехника. Основания и фундаменты
ЗАДАНИЕ НА ВЫПОЛНЕНИЕ КУРСОВОЙ РАБОТЫ
ФИО обучающегося Деревянных Павел Сергеевич
Курс, группа ИГЭСс-4-13
1. Тема курсовой работы «Проектирование фундамента мелкого заложения в открытом
котловане и свайных фундаментов в г. Курск»
2. Исходные данные к курсовой работе согласно типовому заданию варианты: геология 25,
конструкции 2, этажность 7, город Курск
3. Содержание текстовой части (перечень подлежащих разработке вопросов) изучение, обработка
и анализ исходной информации, содержащейся в задании, проектирование фундаментов мелкого
заложения, проектирование свайных фундаментов, проектирование котлованов для фундаментов
мелкого заложения и свайных фундаментов, индивидуальная часть задания по согласованию с
руководителем
4. Перечень графического и иного материала (с точным указанием обязательных чертежей):
инженерно-геологический разрез с эпюрами условного расчетного сопротивления R 0; схема
расположения элементов фундаментов мелкого заложения и свайных фундаментов с
обозначением осей и маркировкой элементов; характерные разрезы, узлы и детали; план и разрез
котлована для фундаментов мелкого заложения и свайных фундаментов; дополнительные
графические элементы по индивидуальному заданию руководителя
График выполнения курсовой работы:
№
1
2
3
4
Наименование этапа выполнения курсовой
Срок
работы
выполнения
Изучение, обработка и анализ исходной
1-4 неделя
информации,
содержащейся
в
задании:
определение
расчетных
нагрузок
на
фундаменты,
инженерно-геологические
и
гидрогеологические
условия
площадки
застройки
и
их
оценка,
определение
классификационных характеристик грунтов
площадки строительства, привязка сооружения
к инженерно-геологическому разрезу.
Проектирование
фундаментов
мелкого 5-10 неделя
заложения.
Проектирование
свайных
фундаментов.
10-15
Проектирование котлована.
неделя
Оформление
пояснительной
записки
и
16 неделя
графической части, защита
Процент выполнения
курсовой работы
20
35
35
10
100
Дата выдачи задания 06.09.2023г
Руководитель курсовой работы
Лобачева Н. Г.
(подпись)
Фамилия И.О.
(подпись)
Фамилия И.О.
Обучающийся
Краткая характеристика здания:
Конструкция №2
1. Стены наружные - кирпичные толщиной 64 см.
2. Стены внутренние – сборные панели толщиной 12 см.
3. Колонны – ж/б, 40 ×40 см.
4. Перекрытия – сборные многопустотные ж/б плиты
толщиной 22 см.
5. Покрытие – сборные ж/б плиты.
Разрез 1-1
Здание имеет подвал во всех осях.
Отметка пола подвала – 2,20.
Отметка пола первого этажа ±0,00 на 0,60 м выше
отметки спланированной поверхности земли.
Нагрузки даны: на ось А (стена) в кН/м, на
ось Б (колонна) в кН.
При наличии подвала постоянные и временные
нагрузки увеличиваются (добавляется):
на ось А (стена) – пост. на 14 кН/м, врем. на 2 кН/м
на ось Б (колонна) – пост. на 65 кН, врем. на 3 кН.
Нагрузки на уровне пола 1– го этажа.
Количество этажей
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Ось А
(стена)
Ось Б
(колонна)
443
28
1128
190
477
29
1278
206
511
30
1374
222
595
31
1470
230
Пост.
Врем.
Пост.
Врем.
274
20
702
132
307
21
198
139
341
22
894
142
375
23
990
158
409
25
1086
174
СПИСОК УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ КАФЕДРЫ МГрОиФ :
1. Механика грунтов, основания и фундаменты.
Ухов С.Б., Семенов В.В., Знаменский В.В., Тер-Мартиросян З.Г., Чернышев С.Н. 2002г.
2. Проектирование оснований и фундаментов
Веселов В.А.1990г.
3. Механика грунтов, основания и фундаменты.
Малышев М.В., Болдырев Г.Г. 2000г.
4. Проектирование оснований и фундаментов гражданских зданий.
Корнилов А.М., Егорова Л.А., Монастырский А.Е., Черкасова Л.И.
Под редакцией Тер-Мартиросяна З.Г. 2004г.
5. Каталог конструктивных элементов фундаментов гражданских и административных зданий.
Черкасова Л.И., Зайцева Е.В., Алексеев Г.В. 2003г.
6. Журнал лабораторных работ по дисциплине «Механика грунтов»
Черкасова Л.И., Чунюк Д.Ю., Алексеев Г.В., Монастырский А. Е.
Под редакцией Тер-Мартиросяна З.Г. 2004г.
7. Лабораторные работы по дисциплине «Механика грунтов».
Методические указания для студентов, обучающихся по направлению Строительство 653500.
Черкасова Л.И., Шрамкова В.Н., Юдина И.М. 2003г.
ДАННЫЕ О МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВАХ ГРУНТОВ
ИСПЫТАНИЯ ГРУНТОВ ПРОБНОЙ НАГРУЗКОЙ
КОМПРЕССИОННЫЕ СВОЙСТВА ГРУНТОВ
Глубина 3,5 м
Глубина 12 м
Глубина 2,5м
Ширина штампа
Диаметр штампа
В=80,0 см
d=27,7 см
P,
кПа
0,0
50
100
150
200
250
300
350
400
S, мм
0,00
1,44
2,94
3,44
5,94
7,46
9,06
10,85
14,51
P,
кПа
0,0
50
100
150
200
250
300
350
400
P,
S, мм
0
0,36
0,76
1,26
1,56
1,96
2,36
2,80
3,25
кПа
0,0
50
100
200
400
Глубина 8,5 м
е
0,680
0,672
0,660
0,651
0,640
P,
кПа
0,0
50
100
200
400
е
0,901
0,883
0,884
0,879
0,873
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Геология
Кафедра механики
Задание
грунтов, оснований и
фундаментов
25
ДАННЫЕ О ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВАХ ГРУНТОВ
№
п.п.
1
2
3
4
5
6
Глубина от
№ скважин
поверхности,
и шурфов
м
Ш. 1
-\\-\\Скв. 1
-\\-
0,5
2,5
3,5
8,0
12,0
Гранулометрический состав, %
(размер частиц в мм)
>2,0
2,0-0,5
2,5
0,6
9,45
0,6
37,5
СКВАЖИНА №1
Абсолютная отметка устья 146,30
Абсолютная Глубина
Мощность Уровень
№
отметка
подошвы
слоя,
грунтовых
пород
подошвы
слоя,
м
вод
слоя
м
I
145,45
0,85
0,85
II
143,70
2,6
1,75
III
140,35
5,95
3,35
2,6
IV
136,30
10,00
4,05
143,70
V
131,30
15,00
5,00
VI
№
пород
I
II
III
IV
V
Угол
Коэфф.
внутрен- Удельн.
фильтрации
него тре- сцепление
Кф,
ния
С, кПа
см/с
φ
"
"
"
200
13
1х10-6
260
2х10-3
150
25
4х10-9
0
30
3х10-3
0,50,25
0,250,10
0,100,05
0,05-0,01
Растительный слой , насыпь
1,2
2,8
24,6
58,8
22,4
41,7
20,4
5,0
0,5
2,0
10,0
25,0
29,7
20,1
6,4
2,1
0,010,005
<0,005
6,64
1,0
19,0
1,4
5,36
0,3
42,9
0,3
ШУРФ №1
Абсолютная отметка устья 144,80
Абсолют- Глубина МощУровень
№ ная отметка подошвы ность
грунтовых
пород подошвы
слоя,
слоя,
вод
слоя
м
м
I
143,95
0,85
0,85
II
142,15
2,65
1,8
III
141,30
3,50
0,85
2,65
IV
142,15
V
VI
ПРИМЕЧАНИЯ:
1. Скважины и шурф расположены на прямой ,
проходящей по продольной оси здания.
2. Расстояние между скважинами соответственно
51,0
и
54,5 м
3. Дата бурения скважин 25.02.2000г.
Влажность на Плотность Плотность
границе
частиц
частиц
Природн.
грунта
грунта
влажность
WL % WP %
ρS,
ρ,
W%
текуч. раскат.
т/м3
т/м3
1,6
24,5
20,0
2,74
1,92
17,7
2,64
1,94
28,3
53,0
30,5
2,73
1,92
33,7
2,652
2,021
23,4
СКВАЖИНА №2
Абсолютная отметка устья 144,20
Абсолютная Глубина
Мощность Уровень
№ поотметка
подошвы
слоя,
грунтовых
род
подошвы
слоя,
м
вод
слоя
м
I
143,3
0,9
0,9
II
141,1
3,1
2,2
III
138,0
6,2
3,1
3,1
IV
134,9
9,3
3,1
141,10
V
129,2
15,0
5,7
VI
Инженерно-геологический разрез масштаб:
горизонтальный 1:500, вертикальный 1:100
140
П
2 - супесь твердая
В
1200
3
139
138,00
138
137
136,30
100
136
135
103,25
102,20
600
300
1300
200
650
650
300
300
С30.30
1100 1200
1200
1200
1100 700
FL=-3,600
ФЛ24.30-3
7000
4400
FL=-3,500
100
С30.30
2200
2100
С30.30
10600
10600
257,2
4400
Ось симметрии
2400
ФБС24-6-6-Т
10600
47600
3 - песок пылеватый,
средней плотности,
насыщенный водой
257,2 400
4
600 300
FL=-3,500
1300
140,35
100
700
600
С30.30
2100
600
141
141,10
С30.30
С30.30
300
141,30
Б
1400
С30.30 FL=-3,500
200
2
FL=-3,60 WL
140,56 141,10
1 - растительный слой,
насыпь
2Ф12.9-2
С30.30
650
142,15
143,30
1100
FL=-3,600
700
700
FL=-3,600
2Ф12.9-2
С30.30
650
142
1
ФЛ24.30-3
2400
143
143,95
Rо [кПа]
ФБС12-6-6-Т
143,70
144
±0,00
144,16
6000
DL=-0,60
Планирововчная отметка 143,56
WL
143,70
А
6000
145
7
ФЛ24.30-3
1
145,45
ФБС24-6-6-Т
12000
146
2
ФЛ24.24-3
147
ФЛ24.30-3
1
1200
Абс. отм.
[м]
План фундамента мелкого заложения/свай М1:200
134
1
2
1
3
4
5
2
6
7
План котлована фундамента мелкого заложения М1:200
3
4 - глина полутвердая
143,56
133
C
5
DL=-0,600=143,56
2700
Скв. 2
144,20
16000
54,5
51,0
50300
1-1 М1:50
12000
Шурф 1
144,80
Дно котлована
FL=-3,600=140,56
Ось симметрии
129
№ скв. Скв. 1
Абс. отм. скв., м 146,30
Расстояние, м
6000
129,2
17400
130
5 - песок средней крупности,
средней плотности,
400 насыщенный водой
6000
131
23400
131,30
4000
132
143,56
2700
Иглофильтры
DL=-0,60
143,56
1980
1500
7000
1
10600
1200
1200
4
6
7
143,56
2150
В
16300
4000
400
NII=902 кН
640
220
NII=310 кН
49750
DL=-0,60 Кирпичная
кладка
12000
Дно котлована
FL=-3,500=140,66
16000
220
5
План котлована свайного фундамента М1:200
2-2 М1:50
DL=-0,60
143,56
143,56
2150
200
ФБС24-6-6-Т
143,56
1500
52650
7000
FL=-3,50
140,66
300300
4400
10600
6000
3000
А
6
DL=-0,600
143,56
2900
6000
Б
5
7
НИУ МГСУ 08.05.01 - КР - 2023/2024
45°
1:1
В
10600
4
3-3 М1:200
DL=-0,600
143,56
FL=-3,600
140,56
3
2900
С30.30
6000
Б
-6,40
137,76
2
3
3000
2900
450 450
6000
А
С30.30
С30.30
С30.30
300300
2900
2900
С30.30
1300
45°
С30.30
1400
-6,40
137,76
10600
47600
1
1300
4400
1:1
Ростверк
FL=-3,50 1,4x1,4x0,5
140,66
143,56
500 600
500 600
FL=-3,50
140,66
Подколонник
1,2x1,2x0,6
500 600
-2,20
141,96
200
ФБС24-6-6-Т
Иглофильтры
1980
1980
Ригель
1500
Колонна 40x40
-6,40
137,76
10600
DL=-0,600=143,56
Б
±0,00
144,16
4400
143,56
1200
6000
А
640
NII=310 кН
10600
6000
6000
3
3
FL=-3,60
140,56
ФЛ24.30-3
2
3
900
1200
300
500
2Ф12.9-3
ФП 2,4x2,4
1200
4400
47600
200
200
53300
ФБС24-6-6-Т
-2,20
141,96
700
1200
143,56
Ригель
1980
ФБС24-6-6-Т
ФЛ24.30-3
143,56
6000
Колонна 40x40
1500
DL=-0,60 Кирпичная
кладка
143,56
FL=-3,60
140,56
2700
NII=310кН
22100
±0,00
144,16
640
Ось симметрии
220
NII=310кН
400
NII=902 кН
220
640
В
FL=-3,500
140,66
Изм. Кол.уч. Лист N°док.
Разраб.
Пров.
Лобачева Н.Г.
Т.контр.
Н.контр.
Утв.
Подп.
Дата
Тема: "Проектирование фундамента мелкого заложения
в открытом котловане и свайных фундаментов в г. Курск"
Графическая часть
Инженерно-геологический разрез, план
фундамента мелкого заложения/свай, план
котлована, разерез 1-1, 2-2 и 3-3
Стадия
Лист
Листов
КР
1
1
Кафедра "Механики
грунтов и геотехники"