2 Розрахунок фундаментів мілкого закладання

2.1 Вибір глибини закладання фундаменту

В багатьох випадках чим вище закладена підошва фундаменту, тим менша вартість робіт по закладенню фундаментів. Тому фундаменти краще закладати на меншу глибину.

Визначаємо глибину закладання стрічкового фундаменту під металеву колону (вісь Г):

1. Будівля немає підвалу.

2. Сезонний шар промерзання ґрунту складає 1,00м.

3. По інженерно-геологічним умовам видно, що фундамент необхідно заглибити несучий шар, який в нас розташований глибоко. Це пісок дрібний мулистий. Його показники: С=0 кПа; φ=18^о.

4. Відмітка рівня ґрунтових вод нижче відмітки підошви фундаменту. Отже, рівень ґрунтових вод не впливає на глибину закладення фундаменту.

Порівнюючи всі отримані значення, отримуємо максимальне значення глибини закладання фундаменту:

- підошва фундаменту розташована в піску дрібному мулистому.

Рисунок 2 – Визначення глибини закладання фундаменту по осі «Г»

2.2 Підбір розмірів підошви фундаменту по осі Г

1);

Попередньо приймаємо: k_c= l/b; b=;k_c=0,9/0,6=1,5

b ==1,56м;l=b^.k=2,34м.

Тоді розмірі підошви фундаменту: b=1,8 м, l=2,4м, А=4,32м².

Корегуємо розміри підошви фундаменту:

,

де М_γ, М_q, М_с – коефіцієнти [12 табл.44].

, тоді:

;

; умова не виконується, тому збільшуємо розміри підошви фундаменту: l =2,7м, b=1,8 м, А=4,86м², тоді:

;

;

;

,

;

Остаточно приймаємо розміри підошви фундаменту мілкого закладання:

l =2,7м, b=1,8 м, А=4,86м².

2.3 Підбір розмірів підошви фундаментів по осі Г за допомогою ПЕОМ

Вихідні дані:

Вісь Г:

1. с=0 кПа

2. =18˚

3. Nⁿ=549,16 кН

4. Мⁿ_х=0 кН·м

Мⁿ_у=16,19 кН·м

5. 

6. 

7. d₁=2,5м

8. d_в=0 м

9. k=1,1

10. 

11. 

12. l/b=1,5

13. 1

14. 1

15. 0,6

16. 0,6

Результати підбору розмірів підошви фундаменту за допомогою ЕОМ приведені в додатку А.

2.4 Визначення осідання фундаменту по осі Г

Осідання розраховують методом пошарового підсумовування в такій послідовності:

1)Товщину ґрунтового масиву, починаючи від підошви фундаменту, розбивають на шари товщиною не більше 0,2b. Приймаємо 0,36м.

2) Визначають середній тиск під підошвою фундаменту, σ_zg,0- вертикальне напруження від власної ваги ґрунту на рівні підошви фундаменту.

σ_zg,0 =2^.15,6+0,5^.18,3=40,35 кПа

3) Будують епюру вертикальних напруг від зовнішнього навантаження по глибині основи σ_zpi,. Ординати епюри визначаються по границям шарів ґрунту, на які розбита зжата товща, по формулі:

σ_zpi=αр,

де α - коефіцієнт затухання напружень по глибині, який приймається в залежності від коефіцієнтів ζ=2Z_і/b; η=l/b=1,5.

4)Будують епюри вертикальних напруг від власної ваги ґрунту основи σ_zgi.

σ_Zgi=γ'd_і+∑γ_jhj

де γ_j та hj - питома вага та товщина шарів ґрунту, які лежать в границях глибини Z_і

5)Визначають положення границі стиснутої товщі основи. Вона приймається на глибині Z_І=H_С, де виконується умова

σ_Zpi≤0,2σ_zgi,

6) Визначають осідання кожного з шарів, на які розбита товща ґрунтового масива в границях глибини Н_С. Осідання і-го шару:

де β-безрозмірний коефіцієнт, рівний 0,8;

7) Визначаємо повне осідання основи сумуванням осідань окремих шарів:

S=∑S_і,

8) Фактичне осідання основи порівнюємо з гранично допустимою S_u.=12см

Рисунок 3 – Визначення осідання методом пошарового підсумовування.

Результати розрахунків приведені в таблиці 4.

Таблиця 4 – Розрахунок осідання фундаменту мілкого закладання

Z	2Z/by	α	σzp	σzg	2Z/bk	αk	σzγ	σzp(ср)	σzγ(ср)	E	h	S
0	0	1	162.98	40.35	0	1	40.35
0.36	0.4	0.9728	158.55	46.9	0.18	0.9968	40.22	160.77	40.285	6600	0.36	0.0053
0.72	0.8	0.8541	139.2	53.5	0.36	0.9767	39.411	148.88	39.815	6600	0.36	0.0048
1.08	1.2	0.6935	113.03	60.1	0.54	0.9328	37.637	126.12	38.524	6600	0.36	0.0038
1.44	1.6	0.546	88.984	66.7	0.72	0.8684	35.038	101.01	36.337	6600	0.36	0.0028
1.8	2	0.4283	69.803	73.3	0.9	0.7921	31.96	79.394	33.499	6600	0.36	0.0020
2.16	2.4	0.339	55.243	79.9	1.08	0.7123	28.741	62.523	30.35	6600	0.36	0.0014
2.52	2.8	0.2719	44.321	86.5	1.26	0.635	25.621	49.782	27.181	6600	0.36	0.0010
2.88	3.2	0.2214	36.091	93.1	1.44	0.5635	22.737	40.206	24.179	6600	0.36	0.0007
3.24	3.6	0.183	29.817	99.6	1.62	0.4993	20.148	32.954	21.442	6600	0.36	0.0005
3.6	4	0.1532	24.968	106.2	1.8	0.4428	17.865	27.393	19.006	6600	0.36	0.0004
3.96	4.4	0.1299	21.164	112.8	1.98	0.3934	15.872	23.066	16.869	6600	0.36	0.0003
												0.0229

σ_Zp=21,16<0,2σ_Zg=0,2·112,8=22,56кПа

Осідання становить S=2,29см<S_u=12cм [11], що є в межах допустимого значення осідання для заданої будівлі. Отже, розміри підошви фундаменту мілкого закладання достатні. Всі послідуючі розрахунки і конструювання ведемо по таким розмірам.

3 Розрахунок пальових фундаментів

3.1 Вибір глибини закладання ростверку, довжини і марки забивних паль

Глибину закладення ростверку приймаємо з конструктивних вимог − d=1,9м.

Приймаємо палю марки С8-30. Схема розташування палі показана на рисунку 4.

3.2 Визначення несучої здатності забивної палі по осі Г

Несучу здатність палі визначаємо за формулою:

,

де γ_с = 1, γ_cR = 1, γ_cf = 1, [3, табл. 43];

R = 2558кН, [1, табл. 4.5];

А = 0,30·0,30 = 0,09 м²;

u = 4·0,30 = 1,2 м.

Для визначення розрахункового опору ґрунту по боковій поверхні палі розділимо ґрунтову товщу на шари товщиною не більше 2 м (рисунок 4.4). Обчислення виконуємо в таблиці 5.

Рисунок 4 – Проектування пальових фундаментів

Таблиця 5 – Визначення несучої спроможності палі по боковій поверхні

Hi, м	f1i, кПа	hi, м	f1ihi, кН/м	, кПа		, °	, кПа	f2i, кПа	f2ihi, кН/м
2,725	33,6	1,65	55,44	44,47	0,28	16,4	0	5,09	8,35
4,55	39,1	2	78,2	77,87	0,28	16,4	0	8,91	17,82
6,55	43,1	2	86,2	115,97	0,25	33,64	3,33	29,05	58,1
8,55	45,1	2	90,2	145,97	0,25	33,64	3,33	35,71	71,42

Σ f_1ih_i= 310,04 Σf_2ih_i= 155,69

;

.

До подальших розрахунків приймаємо менше значення несучої здатності палі .

Розрахункове навантаження, яке може бути передане на палю з умов несучої спроможності ґрунту:

.

Необхідна кількість паль у кущі:

Підготовка даних для розрахунку кількості паль за допомогою ЕОМ:

1. d=0,30 м

2. d=0,30 м

3. I_L=0,4

4. 

5. 1

6. 0

7. Н=9,55м

8. d_рост.=1,9 м

9. =37⁰

10. 0

11. 10,2

12. 16,53

13. 1

14. 1

15. 1

16. N=668,16 кН

Результати розрахунку за допомогою ЕОМ приведені в додатку Б.

Розмістимо палі у ростверку так, як показано на рисунку 5.

Рисунок 5 – Схема розташування паль у ростверку

Виконаємо перевірку розрахункових навантажень на крайні палі:

,

де ;

;

;

;

.

Отже, розрахункове навантаження на крайні палі фундаменту не перевищує допустимого.

3.3 Визначення осідання фундаменту на забивних палях

І.Розрахунок осідання як для умовного фундаменту мілкого закладання

Осідання пальового фундаменту визначається шляхом перетворення його на умовний фундамент мілкого закладання.

Визначаємо осереднене значення кута внутрішнього тертя для ґрунтової товщі, яка прорізається палями:

.

Розміри ростверку в плані по зовнішнім граням крайніх паль:

l₁=1,2м,b₁= 0,3м.

Розміри умовного фундаменту в площині нижніх кінців паль:

Приймаємо умовний фундамент розмірами 2,99х2,09 м.

.

Вага ґрунту в об’ємі:

.

Перевірка тиску на підстилаючий шар:

.

Навантаження на рівні підошви умовного фундаменту:

,

=549,08кН,

.

Розрахунковий опір ґрунту основи:

де γ_c1, γ_с2– [3, табл. 43];M_γ,M_q,M_c– [3, табл. 44].

;

;

;

Перевіряємо умову Р_max=242,2кН/м²< 1,2R=1,2^.2063=2475,6кН/м².

Умова виконується.

;

.

Таблиця 6 – Розрахунок осідання пальового фундаменту

Z	2Z/by	α	σzp	σzg	2Z/bk	αk	σzγ	σzp(ср)	σzγ(ср)	E	h	S
0	0	1	250.9	157.89	0	1	157.89
0.42	0.4019	0.9717	243.8	162.2	0.2054	0.9952	157.13	247.35	157.51	41000	0.42	0.0007
0.84	0.8038	0.8485	212.89	166.4	0.4108	0.9661	152.53	228.35	154.83	41000	0.42	0.0006
1.26	1.2057	0.6835	171.48	170.7	0.6161	0.9058	143.02	192.19	147.78	41000	0.42	0.0004
1.68	1.6077	0.5338	133.92	174.9	0.8215	0.8232	129.98	152.7	136.5	41000	0.42	0.0001
2.1	2.0096	0.4158	104.34	179.2	1.0269	0.7317	115.53	119.13	122.75	41000	0.42	0.0000
2.52	2.4115	0.3273	82.126	183.5	1.2323	0.6417	101.32	93.231	108.42	41000	0.42	0.0000
2.94	2.8134	0.2615	65.614	190.1	1.4377	0.5591	88.284	73.87	94.802	41000	0.42	0.0000
3.36	3.2153	0.2123	53.258	196.7	1.643	0.4863	76.787	59.436	82.535	41000	0.42	0.0000
3.78	3.6172	0.1749	43.892	203.3	1.8484	0.4235	66.872	48.575	71.829	41000	0.42	0.0000
4.2	4.0191	0.1462	36.682	209.9	2.0538	0.37	58.418	40.287	62.645	41000	0.42	0.0000
												0.0018

σ_Zp=36,685<0,2σ_Zg=0,2·209,9=41,98кПа

S=0,18см<S_u=12cм – осідання в межах норми.

Рисунок 6 – Схема до розрахунку пальового фундаменту

ІІ. Розрахунок осідання шляхом розв’язання задачі про переміщення стержня в пружному на півпросторі

Вага ростверку з грунтом на його уступах

G_р = 1,9∙20 = 38 (кН).

Середнє навантаження на палю

Середнє значення коефіцієнта Пуассона в межах напруженої зони

Граничний опір палі

Навантаження на палю на межі пропорційності

Модуль деформації грунту під нижнім кінцем палі в межах одного діаметру вище і чотирьох діаметрів нижче позначки нижнього кінця палі

Е_р = 41 МПа.

Осереднений у межах довжини палі модуль деформаціі грунтової основи

Відношення усереднених модулів деформації під нижнім кінцем і в межах бічної поверхні палі

Приведений радіус палі

Модуль деформації матеріалу палі при класі бетону С16/20

Е₀ = 24500 МПа.

Коефіцієнт, що визначає частину навантаження, яка передається нижнім кінцем (за таблицею П.1.2 [9] в залежності від r та k_E)

b = 0,175.

Коефіцієнт умов роботи грунту вздовж бічної поверхні палі за табл. П.1.5 [9] k_f = 1,4.

Коефіцієнт умов роботи піщаного грунту під нижнім кінцем палі за табл. П.1.7 [9] k_р = 2,475.

Приведений модуль деформації грунту

Коефіцієнт осідання (за таблицею П.1.1 [9] в залежності від r та k_E)

с = 0,612.

Пружна складова осідання палі

Осідання одиночної палі

Визначимо осідання куща з 2 паль, взявши за основну одну з паль.

а₁ = 0,9 м - й шт.

Визначаємо коефіцієнти впливу сусідніх паль за табл. П.1.3 та П.1.4 [9] в залежності від приведеної відстані

Осідання середньої палі від одиничного навантаження на j-ту палю у фундаменті визначаємо за формулою

Для відповідних паль

Осідання пальового куща з 2 паль

Умова S= 0,339см < S_u= 12см виконується.

3.4 Вибір довжини і діаметру бурових паль під фундамент по осі Г

Приймаємо бурову палю діаметром 0,5м без уширення, довжиною 9м. Схема розташування палі показана на рисунку 7.

3.6 Визначення несучої здатності бурової палі

Визначаємо необхідну кількість бурових паль довжиною 9м (рисунок 4.7).

Несуча спроможність палі складає

,

де γ_с = 1; γ_cR = 1; γ_cf = 0,7 [11];

;

;

Для визначення розрахункового опору ґрунту по боковій поверхні палі розділимо ґрунтову товщу на шари товщиною не більше 2 м (рисунок 4.7). Обчислення виконуємо в таблиці 7.

Таблиця 7 – Визначення несучої спроможності палі по боковій поверхні

№ шару	Ні, м	hі, м	fі, кПа		fihi, кН/м
1	2,65	1,5	33,25	0,7	49,875
2	4,15	1,5	38,3	0,7	57,45
3	5,9	2	41,8	0,7	83,6
4	7,9	2	43,9	0,7	87,8
5	9,9	2	45,9	0,7	91,8

Σ370,525

.

Допустиме навантаження на палю з умови несучої спроможності палі по ґрунту:

.

Необхідна кількість буронабивних паль:

Отже, приймаємо 1 палю і розташовуємо її так, щоб вісь палі і колони співпадали.

Виконаємо перевірку розрахункових навантажень:

,

;

.

Отже, умова виконується.

Рисунок 7 – Схема розташування бурової палі у ґрунті

Підготовка даних для розрахунку кількості паль за допомогою ЕОМ:

1. d=0,5м

2. d=0,5м

3. I_L=0,3

4. I_L^сер=0,3

5. 1

6. 0

7. Н=10,9м

8. d_рост.=1,9м

9. =37

10. 1

11. 10,2

12. 15,75

13. 1

14. 1

15. 0,7

16. N=668,16кН

Результати розрахунку за допомогою ЕОМ приведені в додатку В.