8. Технико-экономическое сравнение вариантов

В качестве критерия при оценке и выборе основного варианта фундаментов принимается наименьшие приведенные затраты. Показатель полных приведенных затрат определяется в общем случае с учетом себестоимости возведения фундаментов, капитальных вложений в материально техническую базу строительства, эксплуатационных затрат, фактора дефицитности материальных ресурсов и экономического эффекта, который может быть получен в случае сокращения продолжительности строительства.

При отсутствии информации о продолжительности и трудоемкости устройства фундаментов по сравниваемым вариантам и других данных, необходимых для определения показателей приведенных затрат, на ранних стадиях проектирования могут быть использованы показатели сметной стоимости /7/.

В курсовом проектировании расчет сметной стоимости производится по укрупненным показателям (табл. 4) условно для одного отдельного фундамента каждого из вариантов в табличной форме. Для определения объемов работ и материалов в пояснительной записке вычерчиваются фрагменты профилей котлованов сравниваемых вариантов фундаментов, дается их обоснование. Проставляются их характерные размеры и отметки.

Как видно из табл. 5, целесообразно использовать свайный фундамент, для которого выполняется расчет по II группе предельных состояний.

9. Расчет оснований по деформациям

(II предельное состояние)

Расчет оснований по деформациям сводится к определению расчетных величин стабилизированных осадок и сравнению их с предельными, заданными для данного типа сооружений /6/. При этом в курсовом проекте необходимо добиваться выполнения следующего условия.

S_max ≤ S_{mах, u}

где S_mах - максимальная величина осадки фундамента здания, полученная расчетом, см;

S_{mах, u} - предельно допустимое значение абсолютной осадки фундамента, определяемой

по прил. 4 /6/.

При несоблюдении этого условия, необходимо увеличивать размеры фундаментов (ширину, глубину заложения) или перейти на другой тип и добиться выполнения необходимых условий.

В курсовом проекте в учебных целях осадка должна быть рассчитана двумя методами: методом послойного суммирования и методом эквивалентного слоя.

9.1. Расчет осадки методом послойного элементарного суммирования.

Прежде всего, строится графическая схема, на которой изображаются контуры проектируемого фундамент, напластование грунтов, эпюры природного и осадочного давлений, нижняя граница сжимаемой толщи.

9.1.1. Построение эпюры природного давления грунта.

Природным называется давление от веса вышележащих слоев грунта, определяемое по формуле

_zgi=_IIi∙h_i ,

где _IIi - удельный вес грунта, кН/м₃;

h_i - мощность слоя грунта, м.

Ниже УГВ необходимо учитывать взвешивающее действие воды на скелет грунта и определять удельный вес грунта, взвешенного в воде, по формуле

,

где _s - удельный вес скелета грунта, кН/м³ ;

_ - удельный вес воды, равный 10 кH/м³ ;

е - коэффициент пористости грунта.

Ординаты эпюры _zgi вычисляются для всех характерных точек: отметки подошвы фундамента, отметки границ слоев грунта, отметки уровня грунтовых вод. Строят эпюры природных давлений обычно слева от вертикальной оси, проходящей через середину подошвы фундамента. Кроме этого, вычисляются ординаты вспомогательной эпюры 0,2 _zg0 .

На поверхности земли _zg0 = 0; 0,2_zg0 =0;

на контакте I и II слоев (мощность 0,9 м)

_zg1=h₁∙_II1=0,9∙16 = 14,4 кПа,

0,2∙_zg1 =0,2∙14,4 = 2,9кПа;

на уровне грунтовой воды во II слое (мощность 2,8 м)

_zg2=_zg1+h₂∙_II2 =14,4+ 2,8 ∙ 20 = 70,4кПа,

0,2∙_zg2 =0,2∙70,4 = 14кПа;

на контакте II и III слоев (мощность 1 м)

=_zg2+h₃∙_IIsb2 =70,4+ 1∙10,12 = 80,52кПа,

0,2∙_zg2 =0,2∙80,52 = 16,1кПа;

;

третий слой является водоупорным (суглинок полутвердый), тогда

_zg3= +_∙h_2=80,52+ 10 ∙ 1 = 90,52кПа,

0,2∙_zg3 =0,2∙90,52 = 18,1кПа;

Полученный скачок 10 кПа откладывается на эпюре природного давления на кровле водоупорного слоя (точка 3).

На контакте Ш и IV слоев (мощность 2,7 м)

_zg4=_zg3+_II3 ∙ h₄=90,52+ 2,7 ∙ 20,2 = 145,1кПа,

0,2∙_zg =0,2∙145,1 = 29кПа;

на уровне подошвы условного фундамента (мощность 1,7 м)

_zg5=_zg4+_IIsb4 ∙ h₅=145,1+ 1,7 ∙ 10 = 162,1кПа,

0,2∙_zg5 =0,2∙162,1 = 32,4кПа;

на контакте IV и V слоев (мощность 1,5 м)

=_zg5+h₆∙_IIsb4 =162,1+ 1,5∙10 = 177,1кПа,

0,2∙_zg6 =0,2∙162,1 = 35,4кПа;

пятый слои является водоупорным (суглинок полутвердый), тогда

_zg6= +h_∙_2=177,1+ 3,2 ∙ 10 = 209,1кПа,

0,2∙_zg6 =0,2∙209,1 = 41,8кПа;

полученный скачок 32 кПа откладывается на кровле второго водоупорного слоя (точка 6);

на подошве V слоя (мощность 4,35 м)

_zg7=_zg6+h₇∙_II5 =209,1+ 4,35 ∙ 21б4 = 302,2кПа,

0,2∙_zg7 =0,2∙302,2 = 60б44кПа;

Полученные значения ординат эпюры природного давления и вспомогательной эпюры наносятся на графическую схему (рис. 13).

9.1.2. Построение эпюры осадочных давлений.

Осадочным называется давление, передаваемое фундаментом на грунт основания и вызывающее его уплотнение. Величина осадочного давления непосредственно под подошвой фундамента определяется как

где р - среднее давление под подошвой фундамента (или под подошвой условного фундамента), кПа;

_zg - природное давление в уровне подошвы фундамента на естественном основании или в плоскости нижних концов свай для свайного фундамента, кПа.

При построении эпюры осадочных давлений толща грунта ниже подошвы фундамента (или плоскости нижних концов свай) разбивается на элементарные слои толщиной 0,4b, где b - ширина подошвы фундамента (или условного фундамента). При этом высота элементарного слоя должна быть не более 2 м, а модуль деформации - постоянной величиной.

Ординаты эпюр осадочного давления на глубине z_i ниже подошвы фундамента

(подошвы условного фундамента) определяются как

,

где  - коэффициент рассеивания, определяемый по табл. 1 прилож. 2 /6/.

В примере

;

0,4∙b = 0,4∙b_усл=0,4∙2,2=0,88 м  0,9 м.

Каждый слой грунта ниже подошвы условного фундамента разбивается на слои толщиной 0,9 м (рис. 13).

Вычисление ординат эпюры осадочных давлений производится в по табличной форме (табл. 6).

Величина коэффициента  определяется двойной интерполяцией в зависимости от

и .

Таблица 6.

Ординаты эпюры осадочных давлений

zi, м		
0 0,9 1,5 2,4 3,3 4,2 5,1 6,0	0 0,82 1,36 2,18 3,0 3,82 4,64 5,46	1 0,862 0,673 0,438 0,292 0,208 0,185 0,113	239,7 206,6 161,3 105 71 50 44,3 27

Эпюра осадочных давлений, построенная по данным табл. 6, приводится на рис. 13.

9.1.3. Определение нижней границы сжимаемой толщи.

Толща грунта, практически влияющая на осадку фундамента, называется сжимаемой. Сжимаемая толща ограничена сверху горизонтальной плоскостью, проходящей через подошву фундамента (условного фундамента), а снизу - горизонтальной плоскостью, на уровне которой осадочное давление в пять раз меньше природного, т.е. . Величиной сжатия грунта ниже этого уровня обычно пренебрегают вследствии незначительности.

Мощность сжимаемой толщи легко определяется с помощью графического построения, которое заключается в наложении эпюры природных давлений _zg, вычерченной справа от оси с пятикратным уменьшением, на эпюру осадочных давлений _zp. Точка пересечения этих эпюр будет соответствовать нижней границе сжимаемой толщи. В примере на рис. 13 нижняя граница сжимаемости толщи (НГСТ) располагается на глубине 4,2 м от подошвы условного фундамента.