- •Министерство образования и науки украины
- •Содержание
- •1. Введение
- •2. Объем проекта
- •3. Техническая характеристика объекта
- •4. Оценка грунтовых условий площадки строительства
- •Классификация
- •1. Песчаные грунты
- •2. Пылевато-глинистые грунты
- •Выводы:
- •5. Проектирование фундаментов мелкого заложения
- •5.1. Глубина заложения подошвы фундаментов
- •5.2. Определение размеров подошвы фундаментов
- •Значение расчетного сопротивления r0 для песков
- •Значение расчетного сопротивления r0 для глинистых грунтов
- •5.3. Расчет осадки
- •6. Расчет и проектирование свайных фундаментов
- •6.1. Призматические сваи
- •6.2. Расчет осадки свайного фундамента
- •6.3. Буронабивные сваи
- •6.4. Расчет осадки свайного фундамента
- •7. Технико-экономическое обоснование принятых вариантов устройства фундаментов
- •8. Оформление графической части проекта
- •9. Приложения
- •10. Литература
5.3. Расчет осадки
Расчет основания по деформациям методом послойного суммирования производится с целью ограничения абсолютных или относительных перемещений фундаментов и надфундаментных конструкций предельными значениями, гарантирующими надежную эксплуатацию сооружений.
Осадку основания определяем по следующей формуле:
, (5.9)[1]
где – безразмерный коэффициент, который равняется 0,8;
zp, i – среднее значение вертикального нормального напряжения от внешней нагрузки в i-том слое грунта на вертикали, которая проходит через центр подошвы фундамента;
hi – толщина i-го слоя грунта, принимают не больше 0,4 ширины фундамента;
n – количество слоев, на которые разделена толща сжимаемого основания;
z, i – среднее значение вертикального напряжения от собственного веса грунта, вынутого из котлована, в i-том слое грунта на вертикали, проходящей через центр подошвы, на глубине z от подошвы фундамента;
Ei – модуль деформации i-го слоя грунта при первичной загрузке фундамента;
Ee, i – модуль деформации i-го слоя грунта при вторичной загрузке фундамента;
Ei и Ee, i – определяются в пределах действующих нагрузок от собственного веса грунта и сооружения.
Так как, у нас глубина котлована менее 5 м [1], то расчет осадки ведем по формуле (5.9), но без второй составляющей.
Расчетом по деформациям должно удовлетворяться условие:
s su ,
где: s – расчетная деформация, см;
su – предельно допустимая деформация при совместной работе основания и сооружения, см.
Расчет выполняется в следующей последовательности.
Составляется расчетная схема основания и фундамента (рис. 5.3) на которой приводятся:
а) геологический разрез, с необходимыми для расчета параметрами основания в масштабе М 1:50;
б) поперечное сечение фундамента «в» с принятой глубиной заложения его подошвы «dn».
Вдоль центральной оси z строятся три эпюри: слева – вертикальное напряжение от собственного веса грунта к началу строительства от отметки естественного рельефа (zg), или (zg вертикальное напряжение от собственного веса грунта с учетом планирования поверхности грунтового основания подсыпкой, или срезкой); и вертикальное напряжение от собственного веса грунта, вынутого из котлована (zγ), справа – вертикальное напряжение от внешней нагрузки (zp). График напряжений от собственного веса грунта к началу строительства zg строится от отметки естественного рельефа, zg – от поверхности подсыпки, или срезки. Его ординаты определяются на отметках подошвы каждого слоя zg, i и подошвы фундамента zg, o , zg, о . Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на глубине z от подошвы фундамента и на уровне подошвы с учетом планирования поверхности грунтового основания подсыпкой (или срезкой) определяются по формуле:
zg, i = dn + ∑і hі (5.10)
где: – удельный вес грунта, расположенной выше подошвы фундамента, кН/м3;
dn – глубина заложения фундамента от поверхности естественного рельефа, м;
і и hі – удельный вес и толщина і-го слоя грунта.
График напряжений от собственного веса грунта вынутого из котлована, образованный от естественного рельефа на глубине z (zγ) строится от подошвы фундамента. Его ординаты определяются на отметках подошвы каждого слоя zγ, i по формуле:
zγ = к zg, o (5.11)
где: к – коэффициент, который принимают по таблице 5.9 в зависимости от относительной глубины к ширине котлована, которая равняется = 2 z/Вк ;
zg, o – вертикальное напряжение от собственного веса грунта, на отметке дна котлована, на уровне подошвы фундамента, кПа.
Удельный вес грунтов, расположенных ниже уровня подземных вод (пески, супеси) определяется с учетом взвешивающего действия воды, (табл. 4.1). На кровле водоупорного слоя к ординате эпюры напряжений от собственного веса добавляется ордината напряжения от гидростатического давления воды которая определяется по формуле:
z, w = w hw , (5.12)
где: w – удельный вес воды 10 кН/м3;
hw – мощность водоносного горизонта, м.
Рис. 5.3. Расчетная схема для определения осадок фундамента
методом послойного суммирования:
DL – отметка планировки подсыпкой (или срезкой); NL – отметка поверхности естественного рельефа; FL – отметка подошвы фундамента; WL – отметка уровня подземных вод; ВС – нижний предел сжимаемой толщи; d и dп – глубина заложения фундамента соответственно от уровня планирования и поверхности естественного рельефа; Нс – глубина сжимаемой толщи; b – ширина фундамента; Вк – ширина котлована; р – среднее давление под подошвой фундамента.
График вертикального напряжения от внешней нагрузки (zp) строится справа от оси z с началом координат на отметке подошвы фундамента. Для построения графика (эпюры) грунтовую толщу, ниже подошвы фундамента делят на слои равной толщины, мощностью hi = 0,4b (b – ширина фундамента). Границы слоев нумеруют. Напряжение на отметке кровли каждого слоя определяется по формуле:
zp, i = р (5.13)
где: – коэффициент затухания напряжений по глубине. Определяется по табл. 5.9 в зависимости от и . = 2 z/b и = ℓ/b, ℓ и b – ширина и длина подошвы фундамента, м;
р – среднее давление под подошвой фундамента, кПа;
zg,o – напряжение от собственного веса грунта на глубине подошвы фундамента, кПа.
Таблица 5.9;
(Таблица Д.1) [1]
Коэффициент
|
Коэффициент для фундаментов | |||||||
Круглых |
Прямоугольных с соотношением сторон = ℓ/b, что равняется |
ленточных (> 10) | ||||||
1 |
1,4 |
1,8 |
2,4 |
3,2 |
5 | |||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0,0 |
1,000 |
1,000 |
1,000 |
1,000 |
1,000 |
1,000 |
1,000 |
1,000 |
0,4 |
0,949 |
0,960 |
0,972 |
0,975 |
0,976 |
0,977 |
0,977 |
0,977 |
0,8 |
0,756 |
0,800 |
0,848 |
0,866 |
0,876 |
0,879 |
0,881 |
0,881 |
1,2 |
0,547 |
0,606 |
0,682 |
0,717 |
0,739 |
0,749 |
0,754 |
0,755 |
1,6 |
0,390 |
0,449 |
0,532 |
0,578 |
0,612 |
0,629 |
0,639 |
0,642 |
2,0 |
0,285 |
0,336 |
0,414 |
0,463 |
0,505 |
0,530 |
0,545 |
0,550 |
2,4 |
0,214 |
0,257 |
0,325 |
0,374 |
0,419 |
0,449 |
0,470 |
0,477 |
2,8 |
0,165 |
0,201 |
0,260 |
0,304 |
0,349 |
0,383 |
0,410 |
0,420 |
3,2 |
0,130 |
0,160 |
0,210 |
0,251 |
0,294 |
0,329 |
0,360 |
0,374 |
3,6 |
0,106 |
0,131 |
0,173 |
0,209 |
0,250 |
0,285 |
0,319 |
0,337 |
4,0 |
0,087 |
0,108 |
0,145 |
0,176 |
0,214 |
0,248 |
0,285 |
0,306 |
4,4 |
0,073 |
0,091 |
0,123 |
0,150 |
0,185 |
0,218 |
0,255 |
0,280 |
4,8 |
0,062 |
0,077 |
0,105 |
0,130 |
0,161 |
0,192 |
0,230 |
0,258 |
5,2 |
0,053 |
0,067 |
0,091 |
0,113 |
0,141 |
0,170 |
0,208 |
0,239 |
5,6 |
0,046 |
0,058 |
0,079 |
0,099 |
0,124 |
0,152 |
0,189 |
0,223 |
6,0 |
0,040 |
0,051 |
0,070 |
0,087 |
0,110 |
0,136 |
0,173 |
0,208 |
6,4 |
0,036 |
0,045 |
0,062 |
0,077 |
0,099 |
0,122 |
0,158 |
0,196 |
6,8 |
0,031 |
0,040 |
0,055 |
0,064 |
0,088 |
0,110 |
0,145 |
0,185 |
7,2 |
0,028 |
0,036 |
0,049 |
0,062 |
0,080 |
0,100 |
0,133 |
0,175 |
7,6 |
0,024 |
0,032 |
0,044 |
0,056 |
0,072 |
0,091 |
0,123 |
0,166 |
8,0 |
0,022 |
0,029 |
0,040 |
0,051 |
0,066 |
0,084 |
0,113 |
0,158 |
8,4 |
0,021 |
0,026 |
0,037 |
0,046 |
0,060 |
0,077 |
0,105 |
0,150 |
Продолжение таблицы 5.9
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
8,8 |
0,019 |
0,024 |
0,033 |
0,042 |
0,055 |
0,071 |
0,098 |
0,143 |
9,2 |
0,017 |
0,022 |
0,031 |
0,039 |
0,051 |
0,065 |
0,091 |
0,137 |
9,6 |
0,016 |
0,020 |
0,028 |
0,036 |
0,047 |
0,060 |
0,085 |
0,132 |
10,0 |
0,015 |
0,019 |
0,026 |
0,033 |
0,043 |
0,056 |
0,079 |
0,126 |
10,4 |
0,014 |
0,017 |
0,024 |
0,031 |
0,040 |
0,052 |
0,074 |
0,122 |
10,8 |
0,013 |
0,016 |
0,022 |
0,029 |
0,037 |
0,049 |
0,069 |
0,117 |
11,2 |
0,012 |
0,015 |
0,021 |
0,027 |
0,035 |
0,045 |
0,065 |
0,113 |
11,6 |
0,011 |
0,014 |
0,020 |
0,025 |
0,033 |
0,042 |
0,061 |
0,109 |
12,0 |
0,010 |
0,013 |
0,018 |
0,023 |
0,031 |
0,040 |
0,058 |
0,106 |
Примечание 1. В таблице обозначено: b – ширина или диаметр фундамента, ℓ – длина фундамента.
Примечание 2. Для фундаментов, которые имеют подошву в форме правильного многоугольника с площадью А, значения принимают как для круглых фундаментов радиусом r = .
Примечание 3. Для промежуточных значений и коэффициент определяют интерполяцией.
По полученным значениям строят эпюру вертикальных напряжений от дополнительного давления (рис. 5.3).
Осадка фундамента происходит в результате уплотнения грунта в пределах зоны сжатия, нижний предел сжимаемой толщи основания принимают на глубине z = Нс , где выполняется условие σzp = к σzg , где а) к = 0,2 при b < 5 м; б) к = 0,5 при b > 20 м; в) при 5 < b < 20 м к определяют интерполяцией.
σzp , σzg – определяют по формулам (5.13) (5.10). При этом глубина сжимаемой толщи не должна быть меньше b/2 при b < 10 м и (4 + 0,1b) при b > 10 м.
5.14 Осадка фундамента определяется по формуле:
; (5.14)
где: – безразмерный коэффициент, который равняется 0,8;
σzp, i – среднее значение вертикального нормального напряжения от внешней нагрузки в і-том слое грунта на вертикали, которая проходит через центр подошвы фундамента (рис. 6.2), кПа;
hі – толщина і-го слоя грунта, м;
n – количество слоев, на которые разделена сжимаемая толща основания;
z, i – среднее значение вертикального напряжения от собственного веса грунта, вынутого из котлована, в і-ом слое грунта на вертикали, которая проходит через центр подошвы, на глубине z от подошвы фундамента, кПа;
Ei – модуль деформации і-го слоя грунта по ветви первичной нагрузки, МПа;
Ее, і – модуль деформации і-го слоя грунта по ветви вторичной нагрузки (модуль упругости), МПа;
Еі и Ееі – определяются в пределах действующих нагрузок от собственного веса грунта и здания.
При этом распределение вертикальных нормальных напряжений по глубине основания принимают согласно схеме на рис. 5.3.
Примечание 1. При отсутствии данных испытаний модуля деформации Ее, і для сооружений II и III уровней ответственности допускается принимать Ее, і = 5Ei .
Примечание 2. Среднее значение напряжений zp, i и z, i – в і-том слое грунта допускается рассчитывать как полусумма соответствующих напряжений на верхней zi – 1 и нижней zі границе слоя.
Если расчетные деформации превышают предельные нужно увеличить размеры фундамента и повторить расчет.
Определяем вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента.
zgо = d = II d = 17,0 1,5 = 25,5 кПа.
Определяем дополнительное вертикальное напряжение от внешней нагрузки на уровне подошвы фундамента.
zро = ро = р – zgо
Ф-1; zро = ро = р – zgо = 229,9 – 25,5 = 204,4 кПа
Ф-2; zро = ро = р – zgо = 229,7 – 25,5 = 204,2 кПа
5.3.3. Определяем толщину элементарного слоя (рис. 5.4)
hi = 0,4 b
Ф-1; hi= 0,4 1,8 = 0,72 м.; = ℓ/b = 3,0/1,8 = 1,66 принимаем = 1,6
Ф-2; hi = 0,4 2,1 = 0,84 м.; = ℓ/b = 3,3/2,1 = 1,57 принимаем = 1,6
Дополнительное вертикальное напряжение от вешней нагрузки на уровне подошвы фундамента определяем по формуле 5.13
Коэффициент находим по таблице 5.9 в зависимости от соотношений = 2z/b и = ℓ/b. В случае, когда = 2z/b = 2 0,72/1,8 = = 0,8, не кратно 0,8, коэффициент находим методом линейной интерполяции.
Нижняя граница сжимаемой толщи основания, принимается на глубине, где выполняется условие:
zp 0,2zg если модуль деформации слоя E > 5 МПа,
zp 0,1zg если модуль деформации слоя E < 5 МПа.
Определяем среднее давление под подошвой фундамента по формуле 5.5.
Ф-1; р = + 17,0 1,5 = 204,4 + 25,5 = 229,9 кПа < R = 251,1 кПа
Ф-2; р = + 17,0 1,5 = 204,2 + 25,5 = 229,7 кПа < R = 254,0 кПа
Вертикальное напряжение от собственного веса грунта вынутого с котлована до уровня подошвы фундамента равно:
z, i = к zgо ,
где: коэффициент к находим по таблице 5.9 в зависимости от соотношений параметров котлована = 2z/Вк и = Lк /Вк . В случае, когда = 2z/Вк соотношение = ℓ/b для фундаментов и котлована принимаем – 1,6
Расчет осадки фундамента выполняется в табличной форме
Ф-1
№ |
zi , м |
|
|
zp , кПа |
zgо , кПа |
z , кПа |
zp, i , кПа |
z, i , кПа |
zp, i , – – z, i , кПа |
hi , см |
Ei , кПа |
si , см |
0 |
0,0 |
0 |
1,000 |
229,9 |
25,5 |
25,5 |
213,5 |
23,7 |
189,8 |
72 |
8000 |
1,37 |
1 |
0,72 |
0,8 |
0,857 |
197,0 |
37,6 |
21,9 | ||||||
162,3 |
18,1 |
144,2 |
72 |
1,04 | ||||||||
2 |
1,44 |
1,6 |
0,555 |
127,6 |
50 |
14,2 | ||||||
125,6 |
14,0 |
111,6 |
6 |
0,07 | ||||||||
3 |
1,50 |
1,67 |
0,537 |
123,5 |
51 |
13,7 | ||||||
102 |
11,3 |
90,7 |
66 |
6000 |
0,80 | |||||||
2,16 |
2,4 |
0,350 |
80,5 |
61,9 |
8,93 | |||||||
66,8 |
7,41 |
59,4 |
72 |
0,57 | ||||||||
4 |
2,88 |
3,2 |
0,231 |
53,1 |
73,8 |
5,89 | ||||||
45,1 |
5,0 |
40,1 |
72 |
0,38 | ||||||||
5 |
3,60 |
4,0 |
0,161 |
37,0 |
85,7 |
4,11 | ||||||
32,1 |
3,6 |
28,5 |
72 |
0,27 | ||||||||
6 |
4,32 |
4,8 |
0,118 |
27,1 |
97,6 |
3,0 | ||||||
23,8 |
2,6 |
21,2 |
72 |
0,20 | ||||||||
7 |
5,04 |
5,6 |
0,089 |
20,5 |
109,5 |
2,27 | ||||||
s = 4,7 |
zp 0,2 zg 20,5 < 21,9 кПа; s < su 4,7 см < 10 см
Нижняя граница сжимаемой толщи находится на глубине 504 см под подошвой фундамента
Ф-2
№ |
zi , м |
|
|
zp , кПа |
zgо кПа |
z , кПа |
zp, i , кПа |
z, i , кПа |
zp, i , – – z, i , кПа |
hi , см |
Ei , кПа |
si , см |
0 |
0,0 |
0 |
1,000 |
229,7 |
25,5 |
25,5 |
213,3 |
23,7 |
189,6 |
84 |
8000 |
1,59 |
1 |
0,84 |
0,8 |
0,857 |
196,9 |
39,9 |
21,9 | ||||||
170 |
18,9 |
151,1 |
66 |
1,0 | ||||||||
1,50 |
1,43 |
0,619 |
142,2 |
51 |
15,8 | |||||||
134,9 |
15,0 |
119,9 |
18 |
6000 |
0,29 | |||||||
2 |
1,68 |
1,6 |
0,555 |
127,5 |
54 |
14,2 | ||||||
104 |
11,6 |
92,4 |
84 |
1,03 | ||||||||
3 |
2,52 |
2,4 |
0,350 |
80,4 |
67,9 |
8,93 | ||||||
66,8 |
7,41 |
59,4 |
84 |
0,67 | ||||||||
4 |
3,36 |
3,2 |
0,231 |
53,1 |
81,8 |
5,89 | ||||||
45,1 |
5,0 |
40,1 |
84 |
0,45 | ||||||||
5 |
4,20 |
4,0 |
0,161 |
37 |
95,7 |
4,11 | ||||||
32,1 |
3,56 |
28,5 |
84 |
0,32 | ||||||||
6 |
5,04 |
4,8 |
0,118 |
27,1 |
109,6 |
3,0 | ||||||
23,8 |
2,64 |
21,2 |
84 |
0,24 | ||||||||
7 |
5,88 |
5,6 |
0,089 |
20,4 |
123,5 |
2,27 | ||||||
s = 5,59 |
zp 0,2 zg 20,4 < 24,7 кПа; s < su 5,59 см < 10 см
Нижняя граница сжимаемой толщи находится на глубине 588 см под подошвой фундамента.
Рис. 5.4. Расчетные схемы для определения осадок фундаментов
на естественном основании.