Расчет и проектирование варианта фундамента на естественном основании
Проектируется монолитный фундамент мелкого заложения на естественном основании по серии 1.412-2/77 под колонну, расположенную по осям Л-5.
1. Определяем глубину заложения фундамента с учетом трех факторов:
Первый фактор – учет глубины сезонного промерзания грунта. Грунты основания пучинистые, поэтому глубина заложения фундамента d от отметки планировки DL должна быть не менее расчетной глубины промерзания.
Для tвн = 10°С и грунта основания, представленного суглинком:
d ≥ df = kh∙dfn = kh∙do∙√Mt = 0,7∙0,23∙√93,3 = 1,56 м
Коэффициент Kh = 0,7 принят как уточненный при последующем расчете в соответствии с табл.5.2 CП 22.13330-2011.
Второй фактор – для заданных размеров сечения двухветвевой колонны 600х1400 мм и необходимой глубины ее заделки в стакан (1200 мм) по серии 1.412-2/77 требуется подколонник типа Д площадью сечения 2100х1200 мм. Минимальный типоразмер высоты фундамента для указанного типа подколонника Hф = 1,8м. Таким образом по второму фактору требуется
d=
H
=1,8
м.
Третий фактор – инженерно-геологические и гидрогеологические условия площадки. С поверхности на большую глубину залегает слой 2, представленный достаточно прочным малосжимаемым суглинком (Rусл = 203,9 кПа). Подстилающие слои 3 и 4 по сжимаемости прочности не хуже среднего слоя. В эти условиях, учитывая высокий УПВ, глубину заложения подошвы фундамента целесообразно принять минимальную, однако достаточную из условий промерзания и конструктивных требований.
С учетом всех трех факторов принимаем глубину заложения фундамента от поверхности планировки (DL) d=1,8 м, Нф = 1,8 м.
Рис. 5. Проектные отметки грунта и фундамента
Абсолютная отметка подошвы фундамента (FL) составляет 58.55, что составляет более 0,5 м заглубления в несущий слой: в самой низкой точке рельефа (см. рис. 3, скв 4) заглубление в несущий слой 2 от отметки природного рельефа составляет 60,000-58,550-0,150-0,3 = 1 м.
2. Определяем требуемую площадь подошвы фундамента:
Атр=1594,9 кН/(203,9 кПа–20 кН/м3∙1,8 м)=9,5 м2
3. Принимам фундамент ФД13-2 с размерами подошвы l = 4,2 м, b = 3,6 м,
А = l∙b = 15,12 м2, Нф = 1,8 м; объем бетона Vfun = 10,9 м3.
Все нагрузки, действующие на фундамент, приводим к центру тяжести подошвы:
NcolII = 1594,9 кН
MtotII = McolII +QcolII∙Нф = 645,8 + 66,5∙1,8 = 765,5 кНм
QtotII = QcolII = 66,5 кН
4. Уточняем R для принятых размеров фундамента
(l = 4,2 м, b = 3,6 м, d = 1,8 м):
5. Определяем среднее PII mt, максимальное PII max и минимальное PII min давления на грунт под подошвой фундамента:
Проверяем отношение e/l<1/6:
Тогда:
PIImax=213,8 кПа;
PIImin=69,2 кПа;
PIImax≤ 1,2R
213,8≤1,2 209,76=251,71 кПа;
PII min = 69,2 кПа > 0.
PIImt =1594,3/15,12+20*1,8=141,5кПа < R=209.76 кПа.
Все условия ограничения давлений выполнены.
Рис. 6. Эпюра контактных давлений по подошве фундамента
6. Расчет осадки фундамента методом послойного суммирования.
Напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента при планировке срезкой:
σzg,0 = γII∙dw + γsbII(d-dw) = 18,15∙0,8 + 9,24∙(1,8-0,8) = 23,76 кПа
Дополнительное вертикальное давление на основание от внешней нагрузки на уровне подошвы фундамента:
σzp,0 = PIImt =141,5 кПа
Соотношение сторон подошвы фундамента:
η = l/b = 4,2 м/3,6 м = 1,16
Значения коэффициента устанавливаем по табл.5.8 CП 22.13330-2011.
Для
удобства пользования указанной таблицей
из условия:
принимаем толщину элемента слоя грунта
zi
= 0,2
b = 0,2
3,6 = 0,72 м.
Дальнейшие вычисления сводим в таблицу 8.
Таблица 8
zi, м |
ζ=2∙zi/b |
zi + d, м |
α |
σzp=α∙ σzp,0, кПа |
σzγ= α∙σzg,0, кПа |
0,5∙σzg, кПа |
Е, кПа |
0 |
0 |
1,8 |
1 |
141,50 |
23,76 |
11,9 |
11000 |
0,72 |
0,4 |
2,52 |
0,967 |
136,83 |
22,98 |
15,2 |
11000 |
1,44 |
0,8 |
3,24 |
0,819 |
115,89 |
19,46 |
18,5 |
11000 |
2,16 |
1,2 |
3,96 |
0,636 |
89,99 |
15,11 |
21,9 |
11000 |
2,88 |
1,6 |
4,68 |
0,482 |
68,20 |
11,45 |
25,2 |
11000 |
3,6 |
2 |
5,4 |
0,367 |
51,93 |
8,72 |
28,5 |
8000 |
4,32 |
2,4 |
6,12 |
0,284 |
40,19 |
6,75 |
31,8 |
8000 |
5,04 |
2,8 |
6,84 |
0,225 |
31,84 |
5,35 |
35,1 |
8000 |
5,76 |
3,2 |
7,56 |
0,18 |
25,47 |
4,28 |
38,5 |
18000 |
Граница второго и третьего слоя суглинка условно смещена до глубины
z = 2,88 м от подошвы (фактическое положение на глубине z = 3,18 м), граница третьего и четвертого слоя (суглинка и глины) условно смещена до глубины z = 5,04 м от подошвы (фактическое положение на глубине z = 4,62 м).
Так как в пределах сжимаемой толщи основания на глубине z=2,88 м от подошвы фундамента имеется слой грунта меньшей прочности, чем прочность грунта вышележащих слоев необходимо проверить условие:
σz =(σzp-σzγ)+σzg<Rz
Рассчитаем Rz для глубины z=2,88 для условного фундамента шириной bz
a=(l-b)/2=(4.2-3.6)/2=0.3
Az=N/ σzp=1594.9/68.2=23.4
σz =(σzp-σzγ)+σzg=(68.2-11,45)+50,4=107,15<Rz=247.7
Условие выполняется.
На глубине Hc=5,04 м от подошвы фундамента выполняется условие ограничения глубины сжимаемой толщи основания (ГСТ):
σzp = 31,42 кПа ≈ 0,5∙σzg = 0,5∙70,04 = 35,2 кПа,
поэтому послойное суммирование деформаций основания проводится в пределах от подошвы фундамента до ГСТ.
Осадку основания определяем по формуле:
Условие S = 3,3 см < Su = 10,0 см выполняется (значение Su = 10,0 см принято по таблице прил.4 CП 22.13330-2011).
Рис.
7. Расчетная схема распределения
напряжений в основании фундамента
по оси Л-5