Проектирования фундаментов мелкого и глубокого заложения в обычных грунтовых условиях

 

Полученные  таким образом размеры фундамента b, l, h_ф, с учётом необходимых корректировок, принимаются за окончательные и используются при выполнении расчётов по второй группе предельных состояний и рабочих чертежей.

Расчёт по первой группе предельных состояний  на этом завершается, поскольку обеспечено соблюдение условий (3.19) и (3.25), гарантирующих  безопасную и надёжную работу и основания  и фундамента.

 

3.5. Расчёт  основания и фундамента по  второй группе предельных состояний

В соответствии с п.7.5[2], расчёт основания и фундамента по второй группе предельных состояний – это расчёт по деформациям.

Расчёт основания  и фундамента по деформациям производится исходя из условий:

                     s £ s_u                                                                   (3.27) а)

       1,65 £ 15

 

                                                                    i ³ i_u ,                                                                  (3.27) б)                                                                 

 

                                                                     0,1 ³   0,00069

                                                                  

где s – совместная деформация основания и фундамента (осадка) от внешних

            нагрузок, см;

s_u – предельное значение совместной деформации основания и сооружения (осадки), при-

       нимаемое равным 15 см (Приложение 4 [3]);

i – крен фундамента в продольном направлении;

i_u – предельное значение крена фундамента, принимаемое (в соответствии с п.1.47 [2])

      равным:

       i_u = (0,005    L  ) / (h_f + h_оп),                                                          (3.28)        

где L – длина меньшего из примыкающих к опоре пролётов, м;

h_f и h_оп – соответственно высота фундамента и опоры, м.

 

                                          i_u = (0,005   10,9)/(7,2+16,75)=0,00069         

3.5.1. Определение  осадки основания фундамента

Осадка  основания s c использованием расчетной схемы в виде линейно деформиру-емого полупространства (рис.3.2) определяется методом послойного суммирования по формуле:

                                              n

                                     s = bå(s_zp,ih_i / E_i),                                                                   (3.29)

                                                                   i = 1

где b - безразмерный коэффициент, равный 0,8;

s_zp,i - дополнительное вертикальное напряжение в середине i-го слоя грунта на вертикали,

          проходящей через центр подошвы  фундамента, кПа;

h_i и Е_i - соответственно толщина и модуль деформации i-го слоя грунта, м, кПа;

i = 1, 2, 3,..., n;

n - число слоев, на которые разбита сжимаемая толща основания.

 

                                                 n

                                     s = 0,8å ( 56,21* 16,1/28)=25,85 кПа*м;                                                        

                                                                      i = 1

 

Расчёт выполняется в следующем  порядке.

1. Определяется усилие  N (рис.3.1) по формуле (3.17 а).

2. Определяется  среднее давление р под подошвой фундамента по формуле:

                           p = N / (bl) ,                                                               (3.30)

 

  p = 252171,89/637,5=395,56 кПа;

     где b, l – размеры подошвы фундамента, принимаемые по результатам расчёта по первой группе предельных состояний, м.

 

3. Сжимаемую толщу основания  (рис.3.2) на глубину примерно 3b разбивают на элементарные слои толщиной h_i ≤ 0,4b, где b – ширина подошвы фундамента. Границы элементарных слоёв должны совпадать с границами слоёв грунтов и уровнем подземных вод. Для облегчения расчётов рекомендуется принимать толщину элементарных слоёв h_i одинаковой, а для того чтобы их границы совпадали с границами слоёв грунта или уровнем подземных вод, следует уменьшать толщину только тех элементарных слоёв, которые примыкают сверху к границам слоёв грунта или к границе подземных вод.

4. Определяются  дополнительные вертикальные напряжения  в середине (по толщине) каждого  из элементарных слоёв, расположенных  на глубине z_i от подошвы фундамента (рис.3.2), по формуле:

                                                                      s_zp,i = a_ip₀ ,                                                        (3.31)

где  a_i - коэффициент, принимаемый по табл.4 приложения 2 в зависимости от формы по-

               дошвы фундамента, соотношения сторон прямоугольного фундамента и относи-

               тельной глубины z_i, = 2z_i / b;

z_i – расстояние от подошвы фундамента до середины i-го слоя (рис.3.2), м;

 

                                                         s_zp,i = 0,96*58,56 = 56,21  кПа;

p₀ = p - s_zg,0 - дополнительное вертикальное давление на основание (для фундаментов

               шириной b ³ 10 м принимается р₀ = р), кПа;

                                                         p₀ = _{395,56-337=58,56} кПа;

p - среднее давление под подошвой фундамента, определяемое по формуле (3.30), кПа;

s_zg,0 - вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента, определяемое по формуле, кПа:

                                                                       s_zg,0 = g^/d;                                                         (3.32)

 

                                                            s_zg,0 = _{20,3*16,6 = 337} кПа

g^/ - удельный вес грунта, расположенного выше подошвы фундамента; в работе разрешается принимать g^/ по наибольшему значению для грунтов, расположенных выше подошвы фундамента, кН/м³;

d – глубина заложения фундамента, принимаемая по результатам расчёта по первой группе предельных состояний, м.

При заложении  подошвы фундамента в песках необходимо учитывать взвешивающее действие воды на пески, расположенные ниже уровня меженных или подземных вод, определяя  удельный вес g^/_w таких грунтов по формуле:

                                                                     g^/_w = g^/ - g_w,                                                          (3.33)

где g_w – удельный вес воды, равный 10 кН/м³.

 

                                                         g^/_w =20,3 – 10=10,3 кН/м³. 

5. Определяются  вертикальные напряжения от собственного  веса грунта s_zg,i в середине (по толщине) каждого из элементарных слоёв, расположенных на глубине z_i от подошвы фундамента (рис.3.2), по формуле:

       n

                                               s_zg,i = s_zg,0 +  å g_i h_i ,                                                     (3.34)

                                                                                                       i = 1                                                                                                                                                                                                         

где g_i и h_i    - соответственно  удельный вес и толщина i-го слоя грунта.

 

         n

                                               s_zg,i = 337 +  å *20,6*16,1=668,66 кПа ;                                                   

                                                                                                                        i = 1                                                                                                                                                                                                         

 

Удельный  вес песчаных грунтов, залегающих ниже уровня подземных вод, но выше водоупора, должен приниматься с учетом взвешивающего действия воды. Удельный вес g_w таких грунтов следует определять по по формуле:

                                                                     g_w = g - g_w,                                                           (3.35)

 

                                                                  g_w =19,8 – 10 = 9,8 кН/м 

При определении s_zg,i  в водоупорном слое следует учитывать   давление столба воды, расположенного выше границы водоупорного слоя.

Вычисление  осадки фундамента s рекомендуется выполнить в табличной форме (табл.3.1).

По  результатам вычислений строятся эпюры s_zр, s_zg, и 0,2s_zg (рис3.2). Графически находится точка А пересечения эпюр s_zр и 0,2s_zg, определяющая положение нижней

границы сжимаемой толщи. Определяется номер слоя m, в который попадает нижняя граница сжимаемой толщи и вычисляется полная осадка основания s.

После вычисления осадки s проверяется условие (3.27 а). Если оно не выполняется, то даются рекомендации по корректировке размеров фундамента, обеспечивающие выполнение условия (3.27а).

        Таблица  3.1

Номер элемен-тарного слоя, i	К построению эпюры szp							К построению эпюр szg и 0,2szg
	zi м	zi = = 2zi / b	ai	szp,i , кПа	Ei , кПа	hi , м	si , см	gi кН/м3	gi hi, кПа	szg,0, кПа	szg,i, кПа	0,2szg,i кПа
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
1	-	-	-	-	-	-	-	10	161	337	-	-
2	8	0,73	0,96	56,21	15	16,1		20,3	326,8		668,66	133,7
3					38			19,8	318,8
4					28			20,6	331,6
m
n- 1
n
s =
n – количество элементарных слоёв, на которые первоначально разбита сжимаемая толща; zi – расстояние от подошвы фундамента до середины i-го элементарного слоя (рис3.2); m – номер слоя, в который попадает нижняя граница сжимаемой толщи* (рис.3.2); szp,i – определяется по формуле (3.31); szg,0 – определяется по формуле (3.32); szg,i – определяется по формуле (3.34);       m s =Ssi - полная осадка основания;        i=1   _____________________________ *   Нижняя граница  сжимаемой толщи основания принимается  на глубине Hc , где выполняется ус- ловие szр,i = 0,2 szg,i, т.е. на пересечении эпюр szр,i и 0,2 szg,i .

 

 

 

 

 

 

3.5.2. Определение крена фундамента

Крен  фундамента i при действии момента определяется по формуле:

                                i = [(1 - n²) / E] k_e [M / (a / 2)³] ,                                                  (3.36)

где Е и n - соответственно модуль деформации (кПа) и коэффициент Пуассона грунта

          основания, принимаемый равным  для грунтов: крупнообломочных n = 0,27; песков

          и супесей n = 0,30; суглинков n = 0,35; глин n = 0,42; в случае неоднородного осно-

          вания значения Е и n принимаются средними в пределах сжимаемой толщи;

k_e - коэффициент, принимаемый по табл.5  приложения 2;

М – расчётный момент, определяемый по формуле (3.17 б), кН*м;

h_f и h_оп – соответственно высота фундамента и опоры, м;

а - сторона прямоугольного фундамента, параллельная плоскости  действия момента, м.

 

                       i = [(1-0,33^2)/27]*0,57[7544,25/(21,84/2)^3] = 0,033*0,57*5,79 = 0,1

После вычисления крена i проверяется условие (3.27 б). Если оно не выполняется, то даются рекомендации по корректировке размеров фундамента, обеспечивающие выполнение условия (3.27 б).

 

 

4. Проектирование  фундамента глубокого заложения

На водотоке, при его глубине до трёх метров, проектируются, как правило, свайные  фундаменты с забивными призматическими  железобетонными сваями и низкими  жёсткими ростверками из монолитного  бетона класса не ниже В20. Конструкция  таких фундаментов и их основные параметры приведены на рис.1.2 и рис.2.2.

Расчет свайного фундамента и его основания должен выполняться по предельным состояниям:

- первой группы (по несущей способности грунта  основания свай и по прочности  материала свай и свайного  ростверка);

- второй группы (по осадкам свайного фундамента  и по образованию и раскрытию  трещин в элементах железобетонных  конструкций свайного фундамента).

В курсовой работе, в целях сокращения объёма, рассмотрен расчёт только по первой группе предельных состояний, а именно расчёт по несущей  способности грунта основания свай.

Одиночную сваю, в составе свайного фундамента, по несущей способности грунтов  основания рассчитывают исходя из условия:

                                                                  N_св £  F_d / g_g ,                                                       (4.1)

где N_св - расчетная нагрузка, передаваемая на сваю от расчётных усилий M и N, действую-

              щих в уровне подошвы ростверка (рис.4.1), кН;

F_d - несущая способность одиночной сваи в составе свайного фундамента, кН;

g_g - коэффициент надежности по грунту, принимаемый равным  1,4