3.2 Оценка инженерно-геологических условий

Площадка строительства находится в Санкт-Петербурге. Рельеф спокойный, ровный. Абсолютные отметки в Балтийской системе высот 7,2…7,4 м.

Геологические условие выявлены посредством бурения четырех скважин на глубину 20 м.

Напластование грунтов сверху вниз:

1) Песок мелкий, насыщенный водой. Присутствует только во второй и третей скважинах. Мощность слоя 0,4 – 1,2 м;

2) Торф осушенный D=25%. Мощность слоя 4,8 – 5,4 м. Отличается высокой сжимаемостью, модуль деформации ;

3) Ил. Мощность слоя 1,8 – 3,0 м;

4) Суглинок полутвердый. Мощность слоя 3,3 – 4,2 м;

5) Суглинок тугопластичный. Мощность слоя 0,4 – 1,1 м;

6) Суглинок полутвердый. Мощность слоя 4,4 – 5,0 м;

7) Суглинок полутвердый. Мощность слоя 3,0 – 3,6 м;

Уровень грунтовых вод проходит в слое с торфом и находится на глубине 1,8…2,0 м от поверхности.

В качестве расчетной принимаем скважину 2, где подошва слоя слабого грунта обнаружена на максимальной глубине – 8,2 м от поверхности.

Поскольку с поверхности залегает слой слабого грунта, для организации строительства площадки требуется инженерная подготовка территории. Так как мощность торфа, залегающего на поверхности, больше двух метров, будем осуществлять пригрузку. Пригружать будем слоем мелкого песка.

Отметку планировки DL назначаем 8,0 м.

Определим осадку торфа под пригрузкой по формуле (7) (по СП 50-101-2004).

,

(7)

где – давление от песка на поверхность торфа, кПа;

– толщина торфа, м;

– модуль деформации, кПа.

,

(8)

где – толщина пригрузочного слоя, м;

– удельный вес пригрузочного грунта.

.

.

Расчетная глубина сезонного промерзания определяется по формуле (9).

,

(9)

где – коэффициент, учитывающий тепловое влияние здания;

– нормативная глубина сезонного промерзания, м.

Нормативная глубина сезонного промерзания определяется по картам, либо по формуле (10).

,

(10)

где – величина, принимаемая равной, м, 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;

– безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе, принимаемых по СНиП 23-01-99^* по строительной климатологии и геофизике, а при отсутствии в них данных для конкретного пункта или района строительства – по результатам наблюдений гидрометеорологической станции, находящейся в аналогичных условиях с районом строительства.

Таблица 15 – Средняя месячная температура воздуха в Санкт-Петербурге

Населенный пункт	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII
Санкт-Петербург	-7,8	-7,8	-3,9	3,1	9,8	15,0	17,8	16,0	10,9	4,9	-0,3	-5,0

.

Определим нормативную глубину сезонного промерзания по формуле (10)

.

По картам нормативная глубина сезонного промерзания суглинков и глин в Санкт-Петербурге составляет 1,20 м.

К расчету принимаем максимальное значение .

Для супесей, песков мелких и пылеватых найденное значение необходимо умножить на поправочный коэффициент 1,22, для песков гравелистых, крупных и средней крупности – 1,30.

Тогда глубина промерзания пригрузочного слоя песка составит

.

Определим расчетную глубину сезонного промерзания по формуле (9)

.

После инженерной подготовки территории с поверхности будет залегать слой насыпного песка мощностью 2,2 м. Толщина подстилающего слоя торфа после стабилизации осадки составит 4,6 м (Рисунок 14). Надежным основанием может служить слой полутвердого суглинка, кровля которого залегает на глубине 8,2 м от отметки планировки. Схема инженерно-геологических условий, предназначенная для расчета фундаментов, дана на рисунке 15.

а

б

а – до пригрузки; б – после пригрузки

Рисунок 14 – Схема инженерной подготовки территории

Рисунок 15 – Расчетные инженерно-геологические условия

4 РАЗРАБОТКА ВАРИАНТОВ ФУНДАМЕНТОВ

Таблица 16 – Варианты фундаментов для сечения 1

Таблица 17 – Варианты фундаментов для сечения 2

Таблица 18 – Варианты фундаментов для сечения 3

5 РАСЧЕТ ФУНДАМЕНТОВ НА ПЕСЧАНОЙ ПОДУШКЕ

5.1 Определение размеров подошвы фундаментов и конструирование

5.1.1 Ленточный фундамент

Для расчета ленточного фундамента принимаем сечение 2. Нагрузки в расчетном сечении составляют: N_II = 132,05 кН/м, M_II = 0 кН·м.

Принимаем, что в тело подушки укладывается песок мелкий со следующими характеристиками: γ = 19,42 кН/м³, γ_sb = 9,78 кН/м³, φ_II = 29, C_II = 2,0 кПа, E = 28 МПа. Расчетная схема сечения 2 приведена на рисунке 16.

Рисунок 16 – Расчетная схема ленточного фундамента на песчаной подушке

В большинстве случаев расчет фундаментов мелкого заложения выполняют по второй группе предельных состояний. При этом используется расчетная схема в виде линейно-деформируемой среды. Ее применение считается допустимым при развитии зон пластических деформаций грунтов на глубину не более b/4, где b – ширина подошвы фундамента. Для выполнения этого условия, давление под подошвой фундамента не должно превышать расчетного сопротивления грунта, определяемого по формуле (11):

,

(11)

где γ_с1, γ_с2 – коэффициенты условий работы. Принимаем равными γ_с1 = 1,3 – для мелких песков; γ_с2 = 1 – для зданий гибкой конструктивной схемы;

k – коэффициент, значение которого принимаем k = 1 (характеристики грунта определены непосредственными испытаниями);

M_y, M_q, M_c – коэффициенты, принимаемые в зависимости от угла внутреннего трения. Для мелкого песка M_y = 1,06, M_q = 5,25, M_c = 7,67 при φ_II = 29;

k_z – коэффициент, принимаемый k_z = 1 (ширина фундаменты b < 10 м);

γ’_II – удельный вес грунта выше подошвы фундамента.

;

C_II – удельное сцепление грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, C_II = 2,0 кПа;

d₁ – приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле (12):

,

(12)

где h_s – толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, h_s = 0,7 м;

h_ef  – толщина конструкций пола подвала, h_ef = 0,3 м;

γ_ef  – удельный вес пола подвала. Определяем как средневзвешенное по материалам:

;

;

d_b – глубина подвала, расстояние от уровня планировки до пола подвала, d_b = 2,80 м;

γ_II – удельный вес грунта под подошвой фундамента на глубину b/2, м. Удельный вес грунта необходимо определять с учетом взвешивающего действия воды: γ_II = 9,8 кН/м³.

Подставляя значения в формулу, получаем зависимость сопротивления от ширины фундамента:

;

.

Давление под подошвой фундамента определяем по формуле (13).

,

(13)

где A – площадь подошвы фундамента, Для ленточного фундамента принимаем ;

γ_m – средний удельный вес грунта и материала фундамента. Для сечения с подвалом принимаем γ_m = 18 кН/м³.

.

Значения R и p при различной ширине фундамента сведем в таблицу 19.

Таблица 19 – Значения R и p при различной ширине фундамента

Ширина подошвы b, м	, кН/м3	R, кПа	p, кПа
1	9,78	444,0	149,2
0,6	9,78	438,6	237,2
0,2	9,78	433,2	677,3

По вычисленным значениям построим графики зависимости R=f(b) и p=f(b) (Рисунок 17) и определим требуемую ширину подошвы фундамента.

Требуемая ширина подошвы – 0,4 м. Принимаем плиты ФЛ 6.24-1 с размерами 2380×600×300 мм (Рисунок 18).

Расчетное сопротивление грунта:

.

Давление на основание на погонный метр определяется по формуле (14).

,

(14)

где – собственный вес фундамента,

;

– вес грунта на основание,

.

Среднее давление на основание

.

Условие выполняется. Краевые напряжения не проверяем, так как момент отсутствует.

Рисунок 17 – Графики зависимости R=f(b) и p=f(b)

Рисунок 18 – Плита ФЛ6.24-1