5. Расчет и проектирование варианта фундамента на искусственном основании, в виде песчаной распределительной подушки.

5.1. Глубина заложения фундамента.

Аналогично фундаменту на естественном основании назначаем глубину заложения фундамента d = 2,5 м. Принимаем для устройства подушки песок среднезернистый, плотный, имеющий проектные характеристики: E = 45 МПа; е = 0,50; _{n II} = 20,2 кН / м³; _{n ,sb} = 10,7 кН/м³.

5.2. Определение требуемой площади подошвы фундамента.

Для определения площади А _тр подошвы фундамента принимаем расчетное сопротивление R₀ = 500 кПа, материала песчаной подушки, среднезернистого песка.

Тогда

5.3. Выбор фундамента и определение нагрузки на грунт.

В соответствии с требуемой величиной площади подошвы А_тр = 3,05 м² и высотой фундамента Н_ф = 1,5 м, подбираем фундамент ФВ13-1, размеры подошвы которого l = 4,2 м, b = 3,6 м, А = 15,12 м², Н_ф = 1,5 м;

объем бетона V_fun = 0,3*(4,2*3,6+3,3*2,4+2,4*1,8)+1,2*1,5*0,9=9,83 м³.

Вычисляю расчетные значения веса фундамента и грунта на его уступах:

G_funII = V_fun∙γ_b∙γ_f = 9,83 м³∙25 кН/м³∙1 = 245,75 кН

V_g = l∙b∙d –V_fun = 4,2 м ∙ 3,6 м ∙ 2,5 м – 9,83 м³ = 27,97 м³

G_gII = V_g∙k_рз∙γ_II∙γ_f = 27,97 м³ ∙ 0,95 ∙ 18,74 кН/м³ ∙1 = 497,95 кН

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

N_totII = N_colII + G_funII + G_gII = 1371,06 кН + 245,75 кН + 497,95 кН = 2114,76 кН

M_totII = M_colII + Q_colII∙Н_ф = 603,7 + 69,1∙1,5 = 707,35 кНм

Q_totII = Q_colII = 69,1 кН

5.4. Расчетное сопротивление грунта.

Уточняем расчетное сопротивление R песка подушки для принятых размеров фундамента (b = 3,6 м; l = 4,2 м; d = 2,5 м):

R_расч = R₀(1+k₁(b–b₀)/b₀)+k₂γ_II(d-d₀) = 500кПа∙(1+0,125∙(4,2-1)/1)+0,25∙18,74∙(2,5-2) =

= 1871,25 кПа

5.5. Давление на подушку под подошвой фундамента.

Определяем среднее P_{II mt}, максимальное P_{II max} и минимальное P_{II min} давления на распределительную песчаную подушку фундамента:

= 206,70 кПа;

= 73,03 кПа;

P_{II max} = 206,70 кПа < 1,2R = 1,21871,25= 2245,5 кПа;

P_{II min} = 73,03 кПа > 0;

139,86 кПа < R = 1871,25 кПа.

Все требования по ограничению давлений выполнены.

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

5.6. Определение толщины распределительной подушки.

Назначаем в первом приближении толщину песчаной подушки h_п = 0,9 м.

Проверяем выполнение условия

_z=(_zp- _z)+_zg≤R_z

для этого определяем при z = h_п = 0,9 м:

а) _zg = _IId_w + _{sb II}(d – d_w) + _{sb п}  z = 18,74  0,8 + 9,53  (2,5 – 0,8) + 9,53  0,9 = 39,77 кПа;

б) _zp = (P_{II mt}) = 0,929 139,86 = 129,93 кПа,

 = 0,929 для и .

 _z= _zg =0,929*39,77=36,95 кПа

в) м²; ; м; м;

_z=(_zg- _z)+_zp = 39,77-36,95 + 129,93 = 132,75 < R_z = 210,57 кПа.

Условие проверки выполняется.

Конструируем распределительную подушку:

cos30°=h_n/y; sin30°=x/y; tg30°=x/h_n

x=h_n tg30°=0.9*0,58=0,52 м

b_n=b+2x=3,6+2*0.52=4.64 м

l_n=l+2x=4,2+2*0.52=5,24 м

5.7. Расчет осадки методом послойного суммирования.

Для расчета осадки фундамента методом послойного суммирования составляем расчетную схему, совмещенную с геологической колонкой по оси фундамента А-4.

Напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента при планировке срезкой:

σ_zγ,0 = γ_II∙d_w + γ_sbII(d-d_w) = 18,74∙0,8 + 9,53∙(2,5-0,8) = 31,19 кПа

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

_{zp 0} = P_{II mt} = 139,86 кПа.

Соотношение сторон подошвы фундамента: .

Значения коэффициента  устанавливаем по 5.8 СП 22.13330.2011.

Для удобства пользования указанной таблицей из условия: принимаем толщину элемента слоя грунта z_i = 0,2  b = 0,2  3,6 = 0,72 м.

Дальнейшие вычисления сводим в таблицу.

Определение осадки.

zi, м		zi + d, м		zp = Pmt, кПа	zg = zg,0 + + sb,i  ziт, кПа	 z = zg,0, кПа	0,5zg, кПа	Е, кПа
0	0,00	2,50	1,000	139,86	39,77	39,77	19,88	45000
0,72	0,4	3,22	0,965	134,96	47,47	38,38	23,73	45000
1,44	0,8	3,94	0,820	114,68	54,33	32,61	27,16	10000
2,16	1,2	4,66	0,636	88,95	61,19	28,63	30,59	10000
2,88	1,6	5,38	0,484	67,69	68,05	19,25	34,02	10000
3,60	2	6,10	0,369	51,61	74,92	14,67	37,46	10000
4,32	2,4	6,82	0,286	40,00	81,78	11,37	40,89	10000
5,04	2,8	7,54	0,226	31,61	88,64	8,99	44,23	10000
5,76	3,2	8,26	0,181	25,31	95,50	7,20	47,75	10000
6,48	3,6	8,98	0,149	20,84	102,36	5,92	51,18	23000
7,2	4	9,70	0,124	17,34	109,22	4,93	54,61	23000

Граница песчаной распределительной подушки условно смещена до глубины z = 1,44 м (фактическое положение z = 0,9 м), граница второго и третьего слоя (суглинка и супеси) условно смещена до глубины z = 2,88 м от подошвы (фактическое положение на глубине z = 3,06 м), граница третьего и четвертого слоя (супеси и песка) условно смещена до глубины z = 4,32 м от подошвы (фактическое положение на глубине z = 4,25 м)

На глубине H_c=5,76 м от подошвы фундамента выполняется условие СП 22.13330.2011 п.5.6.41 ограничения глубины сжимаемой толщи основания (ГСТ):

_zp= 25.31 кПа  0,5_zg = 47,75 кПа,

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

Осадку основания определяем по формуле:

= 0,101 м = 10,1 см.

Условие S = 10,1 см < S_u = 15,0 см выполняется (значение S_u = 15,0 см принято по таблице прил.Д СП 22.13330.2011).

Рис.6 Расчетная схема распределения напряжений в основании фундамента на распределительной подушке по оси А-4