Вариантное проектирование фундаментов здания

оценивает глинистые грунты в соответствии с [1, табл. 2 прил. 1].

• Коэффициент пористости

е= γ_S/γ ·(1 + ω)– 1 

используется для оценки плотности сложения песков по [1, табл. 3 прил. 1], подразделяет илистые грунты по [1, табл. 4 прил. 1].

• Степень влажности  определяется:

  S_R= ω γ_S/(e γ_w),

где γ_w – удельный вес воды (γ_w  = 10 кН/м³).

  По  этому показателю классифицируются  крупнообломочные и песчаные грунты [1, табл. 7, прил. 1], а также некоторые пылевато-глинистые грунты.

  Найденные физические характеристики грунтов  записываются в таблицу 3 в столбцы 2,3,4,5.

  Пылеватый песок:

  е = 26,6/19∙(1+0,15)-1=0,61 (средней плотности);

  S_R = 0,15·26,6/0,61·10 = 0,65 (влажный).

  Песок средней крупности:

  е = (26,5/18,4)·(1+0,19)-1=0,71(р);

  S_R = 0,19·26,5/0,71·10 = 0,71 (влажный).

  Супесь:

  I_р =0,34-0,28=0,06;

  I_L =(0,30-0,28)/0,06=0,33;

  е = (27/19,2)·(1+0,3)-1=0,83;

  S_R = 0,3·27/0,83·10 = 0,98.

  Глина:

  I_р = 0,45-0,25=0,2;

  I_L = (0,17-0,25)/0,2= -0,4;

  е = (27,3/27)·(1+0,17)-1=0,6;

  S_R = 0,17·27,3/0,6∙10=0,77 . 

  2.2. Механические характеристики  грунтов

  

  

  Согласно  указаниям СНиП 2.02.01-83 [2, п.2.11, 2.16] характеристики грунтов должны определяться на основе их непосредственных испытаний в полевых или лабораторных условиях с учетом возможного изменения влажности грунтов в процессе строительства и эксплуатации сооружений.

  Для  предварительных расчетов оснований, а также для окончательных расчетов оснований и сооружений II и III классов допускается определять значения прочностных и деформационных характеристик грунтов по их физическим характеристикам.

      По  приложению 1 в  [2] определяют:

• φ –угол внутреннего трения грунта;
• с- удельное сцепление грунта;
• Е -модуль деформации грунта.

  Найденные механические характеристики грунтов записываются в таблицу 3 в столбцы 6,7,8.

  2.3. Определение условного  расчетного сопротивления  грунта R₀

  Важным дополнительным показателем строительных свойств грунтов является условное расчетное сопротивление грунта R₀ .

  Для предварительных расчетов R₀ находится с учетом физических характеристик грунтов по таблицам прил. 3 [2].

    Промежуточные значения R₀ для пылевато-глинистых грунтов находятся путем двойной интерполяции по формуле: 

 

где е, I_L - характеристики грунта, для которого определяется

значение  R₀;

        

e1, e2 - соседние значения коэффициента пористости в интервале, между которыми     находится значение е для рассматриваемого грунта;

R_0{1.0) и R_0(1.1) - табличные значения R₀ для e₁ соответственно при I_L=0 и I_L=1;

R_0(2.0) и R_0(2.1) - то же для е₂.

  Значения  R₀ записываются в таблицу 3 в 9 столбец.

  Пылеватый песок:

  Rо = 150 кПа.

  Супесь:

  при  е =0,7:

  I_L= 0  Rо = 250;

  I_L= 1  Rо = 200    т.к. I_L =0,33Þ R=233,5 кПа.

  Глина:

  при е =0,6 и I_L= -0,4 :

  Rо = 500 кПа.. 

  Таблица 3

  

    Вычисленные физико-механические характеристики грунтов  строительной площадки.

                                                                                                  

2.4. Непосредственная  оценка каждого  из грунтовых слоев 

  Непригодными  в качестве естественных оснований  считаются грунты:

• почвенные, илы, торфы, заторфованные грунты, рыхлые пески;
• пылевато-глинистые грунты в текучей и текучепластичной консистенции, а также с коэффициентом пористости у супесей е > 0,7;  суглинков е > 1; глин е  > 1,1;
• сильносжимаемые грунты;
• грунты с R₀ ≤ 100 кПа.

  Возможность использования слабых грунтов в  качестве оснований выясняется только по результатам дополнительных исследований и мероприятий по искусственному улучшению грунтов строительной площадки.

  По  результатам расчетов для каждого  слоя грунта делается вывод и записывается в 10 столбец таблицы 1.

    Грунт - пылеватый песок: средней плотности (0,6 ≤ е=0,61 ≤ 0,8); влажный (0,5 < S_R=0,65 < 0,8); слабосжимаемый (E =22 МПа>20 МПа); R₀ = 150 кПа. Данный грунт удовлетворяет всем условиям и может быть использован в качестве естественного основания (надёжный грунт).

    Грунт - песок средней крупности: рыхлый (е=0,71 > 0,7); влажный (0,5 < S_R=0,71 < 0,8); слабосжимаемый (E =30 МПа>20 МПа). Поскольку песок является рыхлым, то данный грунт в качестве естественного основания не может быть использован (ненадежный грунт).

    

    Грунт - супесь: пластичная (0 ≤ I_L=0,33 ≤ 1); среднесжимаемая (5 МПа ≤ E=7,6 МПа ≤ 20 МПа); R₀ = 233,5 кПа. Поскольку данная супесь имеет е=0,83 >0,7, то этот грунт в качестве естественного основания  не может быть использован (ненадежный грунт).

    Грунт - глина: твердая (I_L= -0,4 <0); слабосжимаемая (E =26 МПа>20 МПа), R₀ = 500 кПа. Данный грунт удовлетворяет всем условиям и может быть использован в качестве естественного основания (надёжный грунт).

      Таким образом, непригодными в качестве естественного основания является  супесь и песок средней крупности (ненадежные грунты). Остальные грунты надёжны и могут быть использованы в качестве естественного основания. 

    2.5. Общая характеристика  строительной площадки

  По  данным геологических изысканий  грунты на данной строительной площадке залегают в следующей последовательности:

1. Пылеватый песок - мощность слоя 0,6 м;
2. Песок средней крупности - мощность слоя 2,0 м;
3. Супесь - мощность слоя 5 м;
4. Глина, слой которой имеет достаточно большую мощность.

  Учитывая то, что здание одноэтажное, а следовательно нагрузки на фундамент незначительные (для наиболее нагруженного сечения F_v0 = 300 кН, M₀ = 100 кН∙м), глубину залегания грунтовых вод, равную 3 м, а также то, что географическим районом строительства является Вологодская область, где средняя глубина сезонного промерзания равна 1,8 м, можно дать следующее заключение: в качестве несущего слоя выбираем супесь, но  т.к. она является малопригодным грунтом для основания применяем армированный ж/б пояс в уровне обреза фундамента для того, чтобы уменьшить чувствительность несущих конструкций к неравномерным деформациям. 

  

  

3. Вариантное проектирование. Выбор возможных  вариантов  устройства  фундаментов 

  Тип фундамента и вид основания практически любого сооружения невозможно предопределить заранее, однозначно, так как эти категории принимаются в зависимости от самых разных условий: величины нагрузок, инженерно-геологических условий, предельных осадок и т.д. Наиболее общим методом решения таких задач проектирования является метод разработки нескольких конкурентно способных вариантов и выбора из их числа наилучшего путем сравнения их экономических показателей.

  Выбор вариантов фундаментов и их оснований  рассмотрим для сечения I-I, имеющего наиболее невыгодное сочетание нагрузок (см. задание).

  Для данных инженерно-геологических условий  и конструкций здания рассмотрим следующие варианты фундаментов  и оснований (рис. 1):

  1. Фундамент  мелкого заложения на естественном  основании;

  2. Свайный фундамент;

  3. фундамент  на песчаной подушке. 
 
 
 
 
 
 
 
 

4. Вариант 1. Фундамент  мелкого заложения  на естественном  основании