4.3 Определение размеров подошвы центрально и внецентренно нагруженных фундаментов

Размеры подошвы фундамента в основном зависят от механических свойств грунтов оснований и характера нагрузок, передающихся фундаменту, от особенностей несущих конструкций, передающих нагрузку фундаменту.

Размеры фундамента необходимо подобрать такими, чтобы выполнялось условие

S  S_U (4.2)

т.е. расчетные осадки, не должны превышать допустимые.

Согласно [9. 17] выполнение этого условия реализуется при соблюдении следующих условий:

а) для центрально-сжатых фундаментов

P_m  R (4.3)

б) для внецентренно-сжатых фундаментов

Р_m  R ; Р_max  1,2·R; Р_min  0 (4.4)

Если нагрузка от веса наземных конструкций F_V по обрезу фундамента известна, то давление под подошвой фундамента будет:

(4.5)

где А – площадь подошвы фундамента, м.

G_гр, G_ф – вес обратной засыпки и вес фундамента, кН.

В практических расчетах, усредняя вес грунта и вес фундамента, давление определяют по формуле

(4.6)

_ср = 20кН/м³ – среднее значение удельного веса фундамента и грунта на его обрезах.

Максимальное и минимальное давление под подошвой внецентренно нагруженного фундамента

(4.7)

где W – момент сопротивления подошвы фундамента, м³.

Расчетное сопротивление грунта R характеризует предельный уровень напряжений в грунте, при котором основание еще можно считать линейно деформируемой средой и определяется по формуле

(4.8)

где ₁ и ₂ – коэффициенты условий работы, учитывающие особенности работы разных грунтов в основании фундаментов и принимаемые по таблице 4.4;

Таблица 4.4 – Значения коэффициентов _С1 и _С2

Грунты	С1	С2 для зданий и сооружений с жесткой конструктивной схемой при отношении их длины (или отдельного отсека) к высоте L/H
		4 и более	1,5 и менее
Крупнообломочные с песчаным заполнителем и песчаные, кроме мелких и пылеватых	1,4	1,2	1,4
Пески мелкие	1,3	1,1	1,3
Пески пылеватые: маловлажные и влажные насыщенные водой	1.25 1,1	1 1	1,2 1,2
Пылевато-глинистые и крупнообломочные с пылевато-глинистым заполнителем, с показателями текучести грунта или заполнителя IL0,25 025<IL0,5 IL>0,5	1,25 1,2 1,1	1 1 1	1,1 1,1 1

k – коэффициент, принимаемый: k = 1 – если прочностные характеристики грунта ( и с) определены непосредственными испытаниями и k=1,1 – если они приняты по нормативным таблицам ;

k_Z – коэффициент, принимаемый: k_Z = 1 при b < 10 м; k_Z = z₀/b + 0,2 при b  10 м (здесь z₀ = 8 м); b – ширина подошвы фундамента, м;

_II и – усредненные расчетные значения удельного веса грунтов, залегающих соответственно ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды) и выше подошвы, кН/м³;

С_II – расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа;

d_b – глубина подвала – расстояние от уровня планировки до пола подвала, м (для сооружений с подвалом шириной B  20 м и глубиной более 2 м принимается d_b = 2 м, при ширине подвала В > 20 м принимается d_b = 0);

М_, М_q, М_с – безразмерные коэффициенты, принимаемые по таблице 4.5;

Таблица 4.5 – Безразмерные коэффициенты М_; М_q; М_с при определении расчетного сопротивления грунта основания

Расчетное значение угла внутреннего трения I, град	Коэффициенты			Расчетное значение угла внутреннего трения I, град	Коэффициенты
	М	Мq	Мс		М	Мq	Мс
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22	0 0,01 0,03 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 0,21 0,23 0,26 0,29 0,32 0,36 0,39 0,43 0,47 0,51 0,56 0,61	1 1,06 1,12 1,18 1,25 1,32 1,39 1,47 1,55 1,64 1,73 1,83 1,94 2,05 2,17 2,30 2,43 2,57 2,73 2,89 3,06 3,24 3,44	3,14 3,23 3,32 3,41 3,51 3,61 3,71 3,82 3,93 4,05 4,17 4,29 4,42 4,55 4,69 4,84 4,99 5,15 5,31 5,48 5,66 5,84 6,04	23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45	0,66 0,72 0,78 0,84 0,91 0,98 1,06 1,15 1,24 1,34 1,44 1,55 1,68 1,81 1,95 2,11 2,28 2,46 2,66 2,88 3,12 3,38 3,66	3,65 3,87 4,11 4,37 4,64 4,93 5,25 5,59 5,95 6,34 6,76 7,22 7,71 8,24 8,81 9,44 10,11 10,85 11,64 12,51 13,46 14,50 15,64	6,24 6,45 6,67 6,90 7,14 7,40 7,67 7,95 8,24 8,55 8,88 9,22 9,58 9,97 10,37 10,80 11,25 11,73 12,24 12,79 13,37 13,98 14,64

d₁ – глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала: d₁ = h_S + h_{cf ·}(_сf/ ) , м;

h_cf – толщина конструкции пола подвала, м;

_cf – расчетное значение удельного веса конструкции пола подвала, кН/м³.

Если толща грунтов, расположенных ниже подошвы фундаментов или выше ее, неоднородна, то принимают средневзвешенные значения ее характеристик:

, (4.9)

где - средневзвешенное значение какой-либо характеристики грунтов;

X_i – значение характеристики i-го слоя грунта;

h_i – мощность i-го слоя грунта;

n – количество слоев грунта выше или ниже подошвы фундамента.

Для определения размеров подошвы фундамента при центральном или внецентренном загружении при неизвестном расчетном давлении грунта основания можно использовать либо метод последовательного приближения, либо графоаналитический метод расчета (рисунок 8).

Рисунок 8 - Схема к определению расчетного сопротивления грунта