8. Пример расчета оснований и проектирования фундаментов при реконструкции.

Необходимо установить возможность надстройки дома на два этажа с заменой существующих деревянных перекрытий на железобетонные.

8.1. Исходные данные реконструируемого объекта.

Существующее кирпичное здание построено во второй половине 20-го века. Конструктивная схема здания –бескаркасная с продольными несущими стенами. Фундаменты бутобетонные, ленточные. Ширина подошвы фундамента b=0,7м. Здание с подвалом, глубина подвала от уровня дневной планировки 2,6м. Глубина заложения фундамента d=3,1м. Состояние кладки стен и фундамента хорошее. Категория технического состояния конструкций здания – II (вторая). Наблюдения за осадкой здания с начала строительства не выполнялись. Значение S_и для такого здания согласно Прил. И, ДБН В.2.1-10-2009 равно 12см. В соответствии с данными, приведенными в таблице 6.2, максимально-допустимая дополнительная осадка при реконструкции составляет (ΔS)_u=3см.

Нагрузка на 1м длины стены на уровне подошвы существующих фундаментов составляет n_ІІ=210,0кН/м. Соответствующая нагрузка после надстройки двух этажей и замены деревянных перекрытий на железобетонные составит n_ІІ,н=420,0кН/м.

Основанием фундаментов служит песок мелкий, илистый со следующими показателями физико-механических свойств:

ρ=1,86г/см³; ρ_s=2,64г/см³; ω=0,28; Е=7,0МПа; φ=28º; с=3кПа.

8.2. Определение необходимости усиления фундаментов.

8.2.1. Определяем значение расчетного сопротивления грунта основания с учетом его уплотнения за период эксплуатации здания. Значение R_у определяем из выражения (6.2).

Устанавливаем по выражению (4.4.2) величину расчетного сопротивления для значений φ_ІІ=28° и с_ІІ=3кПа в условиях природного залегания грунта:

Устанавливаем значение коэффициента m_p. Давление по подошве фундамента до надстройки составляет p_II=n_ІІ/b=(210,0+4,2)/0,7= =306,0кПа. Отношение p_II/R=306,0/347,0=0,88. В соответствии с п.6.3 значение коэффициента: m_p=1,3.

Для определения значение коэффициента m_s необходимо определить значение осадки фундамента до реконструкции.

Осадка фундамента до реконструкции по данным выполненного ранее расчета (см. раздел 7) составила S_и =2,28см.

Отношение S_р/S_и=2,28/12=0,19. Согласно табл. 6.1 значение коэффициента m_s=1,2.

Таким образом, R_у=1,3·1,2·374,2=584кПа.

8.2.2. Проверяем выполнения условия п. 6.2 (выражение 6.1).

Значение фактического давления фундамента после надстройки здания:

p_ІІ,н=n_ІІ,н/b=(420+4,2)/0,7=606кПа

G_ф=1,0·0,7·0,3·20=4,2кН

Таким образом, по данным выполненных расчетов давление на грунт после реконструкции и замены деревянных перекрытий на железобетонные не превысит расчетного сопротивления грунта с учетом его уплотнения в процессе эксплуатации: 606кПа>584кПа. Условие р_ІІ,пр<R_у не выполнено. Предполагаемая реконструкция из условия выполнения требований п.6.2 не возможна без необходимости увеличения размеров фундамента.

Увеличиваем ширину подошвы фундамента на 0,2м, тогда ширина фундамента составит b=0,9м.

Значение фактического давления фундамента после увеличения ширины подошвы:

p_ІІ,н=n_ІІ,н/b=(420+5,4)/0,9=473кПа

G_ф=1,0·0,9·0,3·20=5,4кН

р_ІІ,пр<R_у=473кПа<584кПа - условие выполнено.

8.2.3. Определяем необходимость усиления по выполнению условий выражений (6.3), (6.4) и (6.6).

Определяем величину осадки фундамента после реконструкции используя следующую формулу:

S=1,44

где: η - соотношение сторон фундамента, принимается равным 6 - для ленточного фундамента;

р=473,0кПа - среднее давление под подошвой фундамента, после реконструкции;

σ_zg,0=55,35кПа - вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента;

b=0,9м - ширина подошвы фундамента;

Е_m - величина усредненного модуля деформации.

Величину усредненного модуля деформации Е_m (см. рис. 8.1) в пределах сжимаемой толщи Н_с для многослойных оснований вычисляют по формуле:

Е_m=

Е_m=(7000·2,9(5,4-2,9/2)+10000·2,5(5,4-2,9-2,5/2))/0,5·5,4²=7643кПа

где: Е_i - модуль деформации i-го слоя основания (выделенного ИГЭ) мощностью h_i;

z_i - расстояние от середины i-го слоя до нижней границы сжимаемой толщи основания Н_с;

Н_с - глубина сжимаемой толщи, которая вычисляется по формуле: Н_с=k·b=0,9·6,0=5,4м.

где: k - коэффициент, принимаемый по таблице 5.2.

Величина осадки после надстройки будет равна:

S=1,44 =0,061м

Величина осадки после надстройки двух этажей в соответствии с выполненным расчетом составляет S=6,1см.

S_н=6,1см<S_u=12см следовательно условие выражения (6.6) выполняется. Одновременно проверяем необходимость усиления фундамента из условий соотношения расчетной и допускаемой величин дополнительных осадок после надстройки (условия 6.3 и 6.4)

ΔS=S_н-S=6,1-2,28=3,82см>(ΔS)_u=3,0см

Приращение осадки фундамента после выполнения надстройки превышает допускаемые значения, следовательно, принятая ширина фундамента исходя из критерия (6.4) недостаточна.

Усиление проектируем путем уширения подошвы.

8.2.4. Проектируем дополнительное увеличение ширины уширения подошвы на 0,4м (в целом на 0,6м):

b^'=0,9+0,4=1,3м

Расчет выполняется по приведенной выше методике.

p_ІІ,н=Ν_ІІ,н/b^'=(420+7,8)/1,3=329,0кПа

G_ф=1,0·1,3·0,3·20=7,8кН

Н_с=k·b=6,0·1,3=7,8м

Е_m=(7000·2,9(7,8-2,9/2)+10000·4,4(7,8-2,9-4,4/2)+31000·0,5(7,8-2,9-4,4--0,5/2))/0,5·7,8²=8270кПа

S=1,44 =0,052м

Расчетная величина осадки составила S=5,20см, что меньше предельно допустимого значения равного S_u=12см. Условие выражения (6.6) S=5,2см≤S_u=12см выполнено. Принятая ширина фундамента достаточна. Проверяем выполнение условия выражения (6.4):

ΔS=S_н-S=5,2-2,28=2,92см<(ΔS)_u=3,0см.

Приращение осадки фундамента после увеличения ширины подошвы на 0,6м не превышает допускаемые значения. Условие выражения (6.4) выполнено.