Исходя из каких условий определяют размеры подошвы фундамента мелкого заложения

Проектирование фундамента мелкого заложения под опору

Определение глубины заложения фундамента

Для определения нормативной глубины заложения фундаментаdfn, воспользуемся формулой:

Где: -нормативная глубина сезонного промерзания (м);

— коэффициент пересчета для заданных условий;

— 1,2 (м) для Санкт-Петербурга [СНиП 2.02.01-83, пп. 2.26, 2.27]

Найдем искомое значение расчетной глубины заложения фундамента, подставив известные значения в формулу 1

Расчетная глубина заложения фундамента df определяется по формуле:

Где: dfn — нормативная глубина заложения фундамента (м);

kh — коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения;

kh = 1,1 [СНиП 2.02.01-83, таблица 1]

Найдем искомое значение расчетной глубины заложения фундамента, подставив известные значения в формулу 2:

df = 1,46 * 1,1 = 1,6(м)

Определение размеров подошвы фундамента

Размеры подошвы фундамента мелкого заложения определяются из условия предельного равновесия:

Где: p — давление под подошвой фундамента;

R- расчетное сопротивление основания фундамента.

Расчетное сопротивление основания фундамента R (тс/м2), находится по формуле:

Где: — коэффициенты условия работы в зависимости от вида грунта и пространственной жесткости сооружения. = 1,25;= 1,2[СНиП 2.02.01-83, таб. 3];

K — коэффициент, учитывающий характеристики грунта. Принимается равным 1;

, , , — коэффициенты, принимаемые в зависимости от угла внутреннего трения под подошвой. = 0,91; = 4,64; = 7,14 [СНиП 2.02.01-83, таб. 4];

• -коэффициент, учитывающий ширину подошвы. Kпринимается равным 1 (по результатам полевых условий);
• ?искомая ширина подошвы фундамента;

• — объемный вес грунта выше подошвы фундамента. для песка пылеватого принимаем равным 1,78 т/м3[СНиП 2.02.01-83, п. 2.41, примечания]
• — объемный вес грунта под подошвой фундамента. для песка среднезернистого принимаем равным 1,93 т/м3[СНиП 2.02.01-83, п. 2.41, примечания];

— расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента (тс/м2).

Нормативное значение удельного сцепления супеси равно 0,5 тс/м2. Расчетное значение находим перемножением нормативного удельного сцепления на коэффициент 1,1. Тогда получаем:

= 0,5 * 1,1 = 0,55 тс/м2

Подставим известные значения в формулу :

Полученная функция Rот bдает нам возможность построения графика зависимости расчетного сопротивления грунта основания от ширины подошвы фундамента.

Построив зависимость давления под подошвой фундамента от ширины подошвы фундамента и расчетного сопротивления основания фундамента от ширины подошвы фундамента, мы в точке пересечения двух графиков получим значение искомой ширины подошвы.

Давление под подошвой фундамента p(тс/м2), находится по формуле:

Где: P-вертикальное усилие к обрезу фундамента со сбора нагрузок;

— осредненное значение объемного веса грунта и бетона в массиве фундамента, принимается равным 2,1 т/м3;

d — глубина заложения фундамента;

A-площадь подошвы фундамента.

Для дальнейшего приведения формулы 5 к зависимости pот b, введем понятие «коэффициент соотношения сторон фундамента», который также равен соотношению сторон опоры:

Где: и -соответственно длина и ширина подошвы фундамента;

и — длина и ширина сторон опоры.

Опора сооружения представляет собой железобетонную плиту с параметрами:

h = 1 (м), l = 4,7 (м), b = 1,4 (м). И объединяет П-образную опору лотка. Все плиты учитываются при подсчете величины постоянной нагрузки от опоры лотка, действующей по обрезу фундамента.

Так как параметры опоры сооружения известны, найдем по формуле значение коэффициента k:

Площадь подошвы фундамента A (м2), находится по формуле:

Где: l и b — соответственно длина и ширина подошвы фундамента.

В свою очередь длина подошвы фундамента l (м), связанна с шириной подошвы b (м) посредством коэффициента пропорциональности k:

Из формул 6 и 7 следует соотношение:

Выразив площадь подошвы фундамента через ее ширину соответственно формуле 9 и подставив известные значения в формулу 5 получим:

Полученная функция p от b дает нам возможность построения графика зависимости давления от ширины подошвы фундамента.

Построим зависимость расчетного сопротивления основания фундамента и давления от ширины подошвы фундамента, найдя по формулам 4 и 5 значения R и p для заданных величин b:

Таблица 4. данные для построения зависимостей расчетного сопротивления основания фундамента и давления от ширины подошвы фундамента

Определение размеров подошвы фундаментов мелкого заложения

Размеры подошвы фундамента зависят от ряда связанных между собой параметров и устанавливаются путем последовательного приближения. В порядке первого приближения площадь подошвы фундамента А определя­ется по формуле

Где Non – расчетная нагрузка в плоскости обреза фундамента для расчета основания по предельному состоянию второй группы, кН; Ro – расчетное со­противление , залегающего под подошвой фундамента, принимается по при­лож. 3 [7] ; γ_m — осредненное значение удаленного веса материала фундамен­таи грунта на его уступах, принимается равным 20 кН/м ; d — глубина зало­жения фундамента от уровня планировки.

Размеры подошвы центрально-нагруженного отдельного фундамента под ко­лонну b = l = , внецентренно-нагруженного – прямоугольной формы с длиной l в направлении пролета и шириной b в направлении шага колонн соотношение подошвы l:b 1,2 – 1,6. Основные размеры фундаментов назна­чаются кратными 300 мм. Высота типовых фундаментов – 1,5; 1,8; 2,4; 3,0; 3,6; 4,2м. Верхний обрез фундамента должен быть на 0,15м. ниже отметки земли, что позволяет засыпать котлован до монтажа колонн. Высота плитной части фундамента и высота ступеней назначаются кратными 150мм. Плита может иметь до 3 ступеней. Надо стремиться к тому, чтобы отношение вы­носа ступени к ее высоте было в пределах 2. После того, как выбран тип фундамента и назначены его размеры, подсчитывают нагрузки и воздействия, передающиеся на основания. Нагрузки и воздействия на основание опреде­ляются суммированием усилий, действующих в плоскости обреза фунда­мента и соответствующих усилий, возникающих от собственного веса фун­дамента.

46. Устройство фундаментов с применением опускных колодцев.

Фундаменты глубокого заложения могут выполняться в виде сборных или монолитных опускных колодцев или кессонов.

Такие колодцы используют в различных отраслях строительства:

-в гражданском и коммунальном хозяйстве — для фундаментов и под­вальных этажей высотных зданий,

-подземных гаражей, насосных станций водозаборов и станций перекачки, хранилищ и других подземных сооруже­ний;

-горнорудной промышленности — для подземных частей дробильно-сортировочных и дробильно-обогатительных фабрик, насосных станций и др.;

-металлургии — для установок непрерывной разливки стали, скиповых ям доменных печей и других подземных сооруже­ний.

Монолитные опускные колодцы (рисунок 1) представляют собой от­крытые сверху и снизу полые конструкции различной формы в плане. Они погружаются в грунт под действием собственного веса или дополнительно­го пригруза в то время, когда грунт из внутреннего пространства колодца извлекают экскаватором или средствами гидромеханизации. По мере по­гружения стены колодца наращивают, тем самым увеличивая его вес и спо­собствуя дальнейшему его погружению. Подошву такого фундамента стре­мятся заложить на фунтах с высокой несущей способностью (скальные грунты, твердые глинистые грунты).Размеры таких опускных колодцев могут быть различными. Глубина за­ложения может составлять до 100 м и более, размеры в плане — 60 м и более (монолитный опускной колодец под КНС в Санкт-Петербурге имеет глуби­ну около 60 м при диаметре 64 м). Днище колодца бетонируется, внутрен­нее пространство используется как подземный резервуар и для размещения технологического оборудования (в КНС и очистных сооружениях) или за­полняется песком или бетоном низких классов (фундаменты мостовых опор, водонапорных башен, дымовых труб и т.д.). Несмотря на широкое распро­странение монолитные опуск­ные колодцы имеют существен­ные недостатки, основными из которых являются значительные материалоемкость и трудоем­кость, так как они полностью изготавливаются на строитель­ной площадке.

Сборные опускные колодцы могут устраиваться из различ­ных элементов:

— из тонкостенных железобе­тонных оболочек диаметром 1,5-3 м;

— пустотелых криволинейных блоков, укладываемых с перевязкой швов,с соединением на сварке закладных деталей;

— типовых лотковых плит, собираемых на заранее выполненном моно­литном каркасе колодца;

— пустотелых прямоугольных блоков, укладываемых без перевязки швов и соединяемых с помощью петлевых стыков;

вертикальных панелей, соединяемых с помощью петлевых стыков или
сваркой с использованием металлических накладок и замоноличиванием соединений
Последние два типа конструкций (рисунок 2) получили наибольшее распространение в практике гражданского строительства, а колодцы из оболочек — в транспортном строительстве монолитного железобетона

Определение глубины заложения подошвы фундамента

Глубина заложения подошвы фундамента (рис. 3.1, 3.2) должна приниматься с учетом следующих факторов:

– назначения и конструктивных особенностей проектируемого сооружения, нагрузок и воздействий на его фундаменты;

– глубины заложения фундаментов примыкающих сооружений, а также глубины прокладки инженерных коммуникаций;

– существующего и проектируемого рельефа застраиваемой территории;

– инженерно-геологических условий площадки строительства (физико-меха­ни­ческих свойств грунтов, характера напластований, наличия слоев, склонных к скольжению, карманов выветривания, карстовых полостей и др.);

– гидрогеологических условий площадки и возможных их изменений в процессе строительства и эксплуатации;

– возможного размыва грунта у опор сооружений, возводимых в руслах рек (мостов, переходов, трубопроводов и др.);

– глубины сезонного промерзания грунта.

Конструктивными особенностями возводимых сооружений являются:

· величина и характер нагрузок, передаваемых на фундаменты;

· наличие подземных этажей, подвалов, подполий, приямков и других устройств, заглубленных в грунт;

· характер конструкций, через которые нагрузка передается на фундаменты (колонна каркаса, инженерные болты, несущие стены, распорные конструкции);

· чувствительность надземных конструкций к возможному развитию неравномерных осадок.

Нагрузки, передаваемые надземными конструкциями на фундаменты, определяют их размеры в плане и ожидаемые осадки фундаментов при данном напластовании грунтов [14].

Положение уровня подземных вод существенно сказывается также на пучении грунтов при их промерзании, что учитывается нормами [16].

При закладке фундаментов в обводненных грунтах необходимо заранее разработать проект водопонижения на период строительства [13].

Нормы проектирования [16] рекомендуют расчетную глубину заложения фундаментов наружных стен и колонн принимать в зависимости от положения У.П.В. и показателя текучести пылевато-глинистых грунтов.

Определим глубину заложения фундамента для двух сечений:

· по условиям промерзания:

где – нормативная глубина промерзания; – коэффициент, учитывающий влияние теплового режима здания на глубину промерзания грунта у фундаментов стен, принимается по [16, табл. 1] или по табл. 3.2.

=1,60 м

=0,6

=0,96 м

· по инженерно-геологическим условиям: d₂=h₁+0,5

· по конструктивным особенностям:

где — это высота подвала,

h_pp – это высота пола подвала,

h_pod – высота подушки

Рисунок 3.1. Глубина заложения фундамента

Предварительно за минимальную глубину заложения фундамента принимаем максимальное значение d=3,2 м

3.2. Определение размеров подошвы фундамента

В большинстве случаев расчет фундаментов мелкого заложения выполняется по второй группе предельных состояний. При этом используется расчетная схема основания в виде линейно-деформируемой среды. Ее применение считается допустимым при развитии зон пластических деформаций грунтов в основании на глубину не более b/4, где b – ширина подошвы фундамента. Для выполнения этого условия среднее давление под подошвой P не должно превышать расчетного сопротивления грунта основания R, определяемого по СНиП [16, формула (3.7)] или по формуле (3.7) данного пособия.

Форма и размеры фундамента в плоскости обреза определяются размерами толщины стены. Форма подошвы ленточных и столбчатых фундаментов, как правило, прямоугольная в плане. Вычерчивается расчетная схема действия нагрузок на фундамент.

Площадь подошвы нагруженного фундамента в первом приближении определяется из по формуле

,

где N_0II – расчетная нагрузка, приложенная к обрезу фундамента, кН;

γ_ср – средний удельный вес грунта и материала фундамента, кН/м 3 , принимаемый равным 20 кН/м 3 , а при наличии подвала – 16 кН/м 3 ;

d_l – глубина заложения фундамента от планировочной отметки, м.

Определим размеры подошвы фундамента двух сечений.

Сечение I: N_0II =260 kH

A1= = 1,09

A2= = 1,39

3.3. Определение расчетного сопротивления грунта основания

По полученной в подразд. 3.2 величине b и глубине заложения d_l,

определяем расчетное сопротивление грунта основания R, кПа,

,

k_z – коэффициент, принимаемый k_z = 1 при b 2

А₂ = = 0,42 м 2

3.5. Конструирование фундамента

В данном проекте рассматриваются ленточные, плитные и столбчатые фундаменты зданий и сооружений из сборного бетона и железобетона, а при проектировании фундаментов под колонны предусматривается монолитный железобетон.

При конструировании фундаментов необходимо соблюдать следующие требования: правильно подбирать блоки, без излишнего запаса площади фундамента; число бетонных блоков по высоте фундаментной стены необходимо принимать с таким расчетом, чтобы обрез фундамента был выше отметки планировки на
200–300 мм; длина консолей фундаментных плит (подушек) после монтажа фундаментной стены не должна превышать допустимую величину; толщину стен фундаментов разрешается принимать меньше (не менее 300 мм) толщины стен здания с величиной свеса не более 150 мм; при раскладке стеновых (фундаментных) блоков по длине стены необходимо следить за их перевязкой по высоте стены, по углам, в пересечениях и примыканиях стен здания (см. рис. 3.7); переходы отметки заложения одной подошвы фундамента к другой осуществляются уступами – высота ступеней 30–60 см, их длина равна длине нижнего блока; разность отметок подошв рядом расположенных фундаментов не должна превышать величину ∆h

Исходя из каких условий определяют размеры подошвы фундамента мелкого заложения

Расчет фундамента на искусственном основании

В соответствии с геологическим разрезом, построенным в приложении, глубина заложения подошвы фундамента мелкого заложения, определяется по указаниям п. 12.2 [3] составляет d_f=1,5 м. При этом основанием фундамента является слой глины текучепластичной с условным расчетным сопротивлением R=202 кПа. В таких условиях целесообразно рассмотреть вариант устройства фундамента с заменой слабого грунта (супеси пластичной) песчаной подушкой. В качестве материала песчаной подушки принимается песок крупный средней плотности с R=300 кПа.

Глубина заложения подошвы фундамента в этом случае назначается, исходя из конструктивных требований, и принимается равной d_k=d₁=1,2 м.

Определение размеров подошвы фундамента мелкого заложения под колонну промышленного здания

Определение оптимальных размеров подошвы отдельных внецентренно нагруженных фундаментов под колонны производится методом последовательных приближений в следующем порядке:

а) Определение требуемой площади подошвы фундамента как центрально нагруженного:

Где: — ориентировочное значение расчетного сопротивления грунта основания в уровне подошвы фундамента ;

— глубина заложения подошвы фундамента

— осредненное значение удельного веса фундамента и грунта на его ступенях

— расчетное значение вертикального усилия на обрез фундамента, которое определяется при коэффициенте надежности по нагрузке и определяемое по формуле 12:

б) Определяются размеры подошвы фундамента в плане, как имеющего квадратную форму Принимаем b=1,5 м

в) Вычисляется эксцентриситет равнодействующей вертикальной нагрузки относительно центра подошвы фундамента:

Где: — расчетное значение суммарного изгибающего момента, передаваемое фундаментом на основание в уровне подошвы, определяемое по формуле 14

Где: — соответственно расчетные значения изгибающего момента и поперечного усилия в основном сочетании при

— расчетное значение вертикальной нагрузки на основание, включая вес конструкций фундамента, грунта на его ступенях, определяемое по формуле 15

— расчетное значение вертикального усилия от веса конструкций фундамента и грунта на его ступенях, ориентировочно при , определяемое по формуле 16

Поскольку , принимается прямоугольная в плане подошва фундамента, для чего увеличивается ее размер в плоскости действия изгибающего момента. Для этого вычисляется коэффициент увеличения

С учетом вычисленного значения длина подошвы внецентренно нагруженного фундамента под колонну определяется как

Принимаем монолитные столбчатый фундамент с размерами подошвы: ;

г) Вычисляем напряжения под подошвой фундамента:

Где: — площадь подошвы фундамента, м 2 ;

— расчетное значение суммарного изгибающего момента, передаваемое фундаментом на основание в уровне подошвы, определяемое по формуле 14

— расчетное значение вертикальной нагрузки на основание, включая вес фундамента и грунта на его ступенях, кН

— эксцентриситет равнодействующей вертикальной нагрузки относительно центра подошвы фундамента, определяемый по формуле 13, м

Среднее давление под подошвой фундамента определяется по формуле 21:

При правильном экономическом подборе размеров подошвы фундамента должны выполняться условия:

1. , т.е. максимальное давление под краями подошвы внецентренно нагруженного фундамента , согласно [3], должно быть меньше или равно : — условие выполняется;

2. , для минимального давления ограничение не введено, но оно должно быть больше 0, т.е. не должно быть отрыва части подошвы фундамента от грунта в результате появления растягивающих напряжений, когда со знаком «минус», условие выполняется;

3. т.е. среднее давление под подошвой фундамента должно быть меньше расчетного сопротивления грунта основания.

4. — условие выполняется.

Недонапряжение по максимальному краевому давлению составляет:

Следовательно, фундамент запроектирован экономично

Расчет конструкции фундамента

Расчет тела фундамента на продавливание проводится от дна стакана.

Производится расчет фундамента на продавливание, исходя из условия:

Где: — расчетное сопротивление бетона осевому растяжению для предельного состояния I группы, кПа, принимаемое с учетом коэффициента условий работы,

— среднее арифметическое значение периметров верхнего и нижнего оснований пирамиды, определяется по формуле 22:

— меньший размер дна стакана определяется по формуле 23

— расстояние от нижней части стакана до середины рабочей арматуры подошвы фундамента, определяется по формуле 24

— расчетное значение продавливающей силы, определяется по формуле 25

— часть площади основания фундамента, ограниченная нижним основанием в рассматриваемой грани пирамиды продавливания и продолжением соответствующих ребер, по формуле 26

— ширина и длина прямоугольной в плане подошвы фундамента

— меньший и больший размер дна стакана

Условие выполняется. Продавливания тела фундамента не произойдет.

Проектирование песчаной подушки

Задаемся ориентировочной толщиной подушки .

Определяем природное давление грунта на уровне подошвы фундамента (точка 0)

Где: — соответственно удельный вес и мощность растительного слоя

— соответственно удельный вес и мощность слоя суглинка текучепластичного, залегающего выше отметки подошвы фундамента

Дополнительное (осадочное) давление под подошвой фундамента определяется как:

Вычисляется природное давление грунта на кровлю подстилающего песчаную подушку слоя, т.е. на 1,9 м ниже подошвы фундамента.

По [3, табл. 5.6] при и значение коэффициента рассеивания б определяется двойной интерполяцией и составляет б=0,304. Тогда осадочное давление на кровлю подстилающего песчаную подушку слоя супеси пластичной составляет:

Полное давление на кровлю подстилающего слоя от природного и осадочного давления составляет

Площадь подошвы условного фундамента определяется как

Размеры подошвы песчаной подушки в плане рассчитываются как

Расчетное сопротивление грунта основания, подстилающего песчаную подушку, определяется по формуле (37) [3]:

— коэффициенты, принимаемые по [3, п. 5.5.8, табл. 5.3] в зависимости от угла внутреннего трения грунта основания условного фундамента, поскольку таковым является слой песка крупного:

— расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы условного фундамента, кН/м 3 , ;

— среднее значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы условного фундамента, определяемое как:

; — соответственно расчетное значение удельного веса и толщины каждого слоя грунта по высоте (hp+d1) условного фундамента, кН/м3, м.

Проверяется выполнение условия

Условие выполняется, вычисляем недонапряжение

Уменьшаем размеры подошвы песчаной подушки, принимаем минимально допустимые величины.

121,4 кПа ? 218,8 кПа — условие выполняется.

Окончательно размеры песчаной подушки принимаются равными .