отапливаемых зданий – по таблице 5.1; для внешних и внутренних фундаментов неотапливаемых зданий, а также при возведении здания в зимний период с отрицательными температурами kh = 1,1.

Для г. Николаева нормативная глубина промерзания равна 0,8 м

[3]. kh = 0,8 (таблица 5.1)

df = 0,8 × 0,7 = 0,56 м

в) Инженерно-геологические и гидрогеологические условия строительной площадки. Фундамент необходимо заглубить в несущий слой не менее чем на 0,3 м. За несущий принимается слой с модулем деформации Е > 3 МПа. При значительной мощности сжимаемых грунтов возможна их замена песчаной подушкой на глубину зоны деформации или к кровле несущего слоя.

Несущим слоем грунта для фундаментов мелкого заложения является слой 2 – суглинок светло-коричневый dn = 0,8 м.

Исходя из выше изложенного, принимаем глубину заложения подошвы фундамента dn = 1,5 м.

5.2. Определение размеров подошвы фундаментов

Столбчатые отдельно стоящие фундаменты проектируют под колонны промышленных зданий. На фундамент, на отметке его обреза передаётся 3 вида нагрузок: вертикальная – N, кН; горизонтальная

– Q, кН и изгибающий момент – М, кНм (рис. 5.2).

14

Рис. 5.2. Основные параметры фундамента:

d – высота фундамента;

b – ширина фундамента, м; ℓ – длина фундамента, м;

b и ℓ – определяются расчетом.

Нагрузки на обрезе фундаментов составляют:

Расчет производится в следующей последовательности:

5.2.1. Определяется предварительная площадь подошвы столбчатого фундамента (А, м2) по формуле:

где: Rо – условное расчетное сопротивление грунта для предварительных расчетов, принимается по табл. 5.3;

γ – среднее значение удельного веса бетона фундамента и

грунта на его обрезах, принимается равным 20 кН/м3; dn – глубина заложения подошвы фундамента, м.

15

Таблица 5.2; (Таблица Г.1) [1]

Значение расчетного сопротивления R0 для песков

Таблица 5.3; (Таблица Е.3) [1]

Значение расчетного сопротивления R0 для глинистых грунтов

ширина и длина подошвы фундамента в первом приближении, при соотношении сторон b/ℓ = 0,6 равны:

Принятые размеры сторон подошвы фундаментов должны быть кратны 0,3 м:

16

Ф-1; ℓ = 0А,6 = 50,02,6 = 2,89 = 3,0 м.; b = А/ℓ = 5,02/2,89 = 1,74 = 1,8 м;

Ф-2; ℓ = 0А,6 = 60,,436 = 3,27= 3,3 м.; b = А/ℓ = 6,43/3,27 = 1,97 = 2,1 м.

Унифицированные размеры плитной части фундамента приведены в таблице 5.4, высота фундамента в таблице 5.5, размеры подколонников в таблице 5.6.

Таблица 5.4;

(Таблица 4.26; 4.28) [7]

Унифицированные размеры плитной части для фундаментов

Таблица 5.5;

(Таблица 4.26; 4.28) [7]

Высота фундамента

Уточняем площадь подошвы фундаментов:

Ф-1; А = b × ℓ = 1,8 × 3,0 = 5,40 м2 Ф-2; А = b × ℓ = 2,1 × 3,3 = 6,93 м2

17

Таблица 5.6;

(Таблица 4.27) [7]

Унифицированные размеры подколонников

5.2.2. Расчетное сопротивление грунта основания определяем по формуле:

R = γc1 × γc2 / k × [Mγ × kz × b × γII + Mq × d × γ′II + Mc × cII], (5.4)

где: γc1 ; γc2 – коэффициенты условий работы, принимаются по таблице 5.7; k = 1;

Mγ ; Mq ; Mc – коэффициенты, принимаются по табл. 5.4 в зави-

18

Ф-2; R = 1,2×1,0 × (0,47 × 1,0 × 2,1 × 17,2 + 2,90 × 1,5 × 17,0 + 1,0

+ 5,49 × 22) = 254,0 кПа

Таблица 5.8; (Таблица Е.8) [1]

Коэффициенты Мγ ; Мq ; Мc

19

5.2.3.Определяем среднее давление под подошвой фундамента

исравниваем его с расчетным сопротивлением грунта основания.

Ф-1; р = 11045,40 + 17,0 × 1,5 = 204,4 + 25,5 = 229,9 кПа < 251,1 кПа Ф-2; р = 14156,93 + 17,0 × 1,5 = 204,2 + 25,5 = 229,7 кПа < 254,0 кПа

5.2.4. Определяем максимальное и минимальное давления под

где: W – момент сопротивления подошвы, м3, равен (b × ℓ2)/6; Должны выполняться проверки давления на подошве принятых

Если проверки не выполняются, необходимо увеличивать размеры подошвы.

Ф-1; рmах = 229,9 + (118 + 14 × 1,5)/2,7 = 229,9 + 51,5 = 281,4 кПа W = b × ℓ2/6 = 1,8 × 3,02/6 = 2,7 м3

рmiп = 229,9 – (118 + 14 × 1,5)/2,7 = 229,9 – 51,5 = 178,4 кПа рmt ≤ R = 229,9 ≤ 251,1 кПа; рmах ≤ 1,2R = 281,4 ≤ 301,3 кПа; рmiп /рmах = 178,4 /281,4 = 0,63 ≥ 0,25;

Ф-2; рmах = 229,7 + (135 + 19 × 1,5)/3,8 = 229,7 + 43,0 = 272,7 кПа

W = b × ℓ2/6 = 2,1 × 3,32/6 = 3,8 м3

рmiп = 229,7 – (135 + 19 × 1,5)/3,8 = 229,7 – 43,0 = 186,7 кПа рmt ≤ R = 229,7 ≤ 254,0 кПа; рmах ≤ 1,2R = 272,7 ≤ 304,8 кПа;

рmin /рmах = 186,7 / 272,7 = 0,68 ≥ 0,25

Все условия выполняются.

5.3. Расчет осадки

Расчет по деформациям методом послойного суммирования производится с целью ограничения абсолютных или относительных

20

перемещений фундаментов и надфундаментных конструкций предельными значениями, гарантирующими надежную эксплуатацию сооружений.

Осадку основания определяем по следующей формуле:

σzγ, i – среднее значение вертикального напряжения от собственного веса грунта, вынутого из котлована, в i-том слое грунта на вертикали, проходящей через центр подошвы, на глубине z от подошвы фундамента;

Ei – модуль деформации i-го слоя грунта при первичной загрузке фундамента;

Ee, i – модуль деформации i-го слоя грунта при вторичной загрузке фундамента;

Ei и Ee, i – определяются в пределах действующих нагрузок от собственного веса грунта и сооружения.

Так как, у нас глубина котлована менее 5 м [1], то расчет осадки ведем по формуле (5.9), но без второй составляющей.

Расчетом по деформациям должно удовлетворяться условие:

s ≤ su ,

где: s – расчетная деформация, см;

su – предельно допустимая деформация при совместной работе основания и сооружения, см.

Расчет выполняется в следующей последовательности. Составляется расчетная схема основания и фундамента (рис. 5.3)

на которой приводятся:

а) геологический разрез, с необходимыми для расчета параметрами основания в масштабе М 1:50;

б) поперечное сечение фундамента «в» с принятой глубиной за-

21

ложения его подошвы «dn».

Вдоль центральной оси z строятся три эпюри: слева – вертикальное напряжение от собственного веса грунта к началу строитель-

ства от отметки естественного рельефа (σzg), или (σzg вертикальное напряжение от собственного веса грунта с учетом планирования поверхности грунтового основания подсыпкой, или срезкой); и вертикальное напряжение от собственного веса грунта, вынутого из котлована (σzγ), справа – вертикальное напряжение от внешней нагрузки (σzp). График напряжений от собственного веса грунта к началу строительства σ′zg строится от отметки естественного рельефа, σzg – от поверхности подсыпки, или срезки. Его ординаты определяются на отметках подошвы каждого слоя σzg, i и подошвы фундамента σ′zg, o , σzg, о . Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на глубине z от подошвы фундамента и на уровне подошвы с учетом планирования поверхности грунтового основания подсыпкой (или срезкой) определяются по формуле:

где: γ′– удельный вес грунта, расположенной выше подошвы фундамента, кН/м3;

dn – глубина заложения фундамента от поверхности естественного рельефа, м;

γі и hі – удельный вес и толщина і-го слоя грунта.

График напряжений от собственного веса грунта вынутого из котлована, образованный от естественного рельефа на глубине z (σzγ) строится от подошвы фундамента. Его ординаты определяются на отметках подошвы каждого слоя σzγ, i по формуле:

где: αк – коэффициент, который принимают по таблице 5.9 в зависимости от относительной глубины к ширине котлована, которая равняется ξ = 2 z/Вк ;

σ′zg, o – вертикальное напряжение от собственного веса грунта, на отметке дна котлована, на уровне подошвы фундамента, кПа.

Удельный вес , расположенных ниже уровня подземных вод (пески, ) определяется с учетом взвешивающего действия воды, (табл. 4.1). На кровле водоупорного слоя к ординате эпюры напряжений от собственного веса добавляется ордината напряжения от гидростатического давления воды которая определяется по формуле:

22

Рис. 5.3. Расчетная схема для определения осадок фундамента методом послойного суммирования:

DL – отметка планировки подсыпкой (или срезкой); NL – отметка поверхности естественного рельефа; FL – отметка подошвы фундамента; WL – отметка уровня подземных вод; ВС – нижний предел сжимаемой толщи; d и dп – глубина заложения фундамента соответственно от уровня планирования и поверхности естественного рельефа; Нс – глубина сжимаемой толщи; b – ширина фундамента; Вк – ширина котлована; р – среднее давление под подошвой фундамента.

График вертикального напряжения от внешней нагрузки (σzp) строится справа от оси z с началом координат на отметке подошвы фундамента. Для построения графика (эпюры) грунтовую толщу, ниже подошвы фундамента делят на слои равной толщины, мощностью

23

hi = 0,4b (b – ширина фундамента). Границы слоев нумеруют. Напряжение на отметке кровли каждого слоя определяется по формуле:

где: α – коэффициент затухания напряжений по глубине. Определяется по табл. 5.9 в зависимости от ξ и η. ξ = 2 z/b и

η= ℓ/b, ℓ и b – ширина и длина подошвы фундамента, м;

р– среднее давление под подошвой фундамента, кПа;

σzg,o – напряжение от собственного веса грунта на глубине подошвы фундамента, кПа.

Таблица 5.9; (Таблица Д.1) [1]

Коэффициент α

24

Продолжение таблицы 5.9

Примечание 1. В таблице обозначено: b – ширина или диаметр фундамента, ℓ – длина фундамента.

Примечание 2. Для фундаментов, которые имеют подошву в форме правильного многоугольника площадью А, значения α принимают как для круглых фундаментов радиусом r = Aπ .

Примечание 3. Для промежуточных значений ζ и η коэффициент α определяют интерполяцией.

По полученным значениям строят эпюру вертикальных напряжений от дополнительного давления (рис. 5.3).

Осадка фундамента происходит в результате уплотнения грунта в пределах зоны сжатия, нижний предел сжимаемой толщи основания принимают на глубине z = Нс , где выполняется условие σzp = к σzg , где а) к = 0,2 при b < 5 м; б) к = 0,5 при b > 20 м; в) при 5 < b < 20 м к определяют интерполяцией.

σzp , σzg – определяют по формулам (5.13) (5.10). При этом глубина сжимаемой толщи не должна быть меньше b/2 при b < 10 м и

(4 + 0,1b) при b > 10 м.

5.14 Осадка фундамента определяется по формуле:

25

количество слоев, на которые разделена сжимаемая толща основания; среднее значение вертикального напряжения от соб-

ственного веса грунта, вынутого из котлована, в і-ом слое грунта на вертикали, которая проходит через центр подошвы, на глубине z от подошвы фундамента, кПа; модуль деформации і-го слоя грунта по ветви первич-

ной нагрузки, МПа;

– модуль деформации і-го слоя грунта по ветви вторичной нагрузки (модуль упругости), МПа;

Еі и Ееі – определяются в пределах действующих нагрузок от собственного веса грунта и здания.

При этом распределение вертикальных нормальных напряжений по глубине основания принимают согласно схеме на рис. 5.3.

Примечание 1. При отсутствии данных испытаний модуля деформации Ее, і для сооружений II и III уровней ответственности до-

пускается принимать Ее, і = 5Ei .

Примечание 2. Среднее значение напряжений σzp, i и σzγ, i – в і-том слое грунта допускается рассчитывать как полусумма соответствующих напряжений на верхней zi – 1 и нижней zі границе слоя.

Если расчетные деформации превышают предельные нужно увеличить размеры фундамента и повторить расчет.

Определяем вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента.

σzgо = γ × d = γ′II × d = 17,0 × 1,5 = 25,5 кПа.

Определяем дополнительное вертикальное напряжение от внешней нагрузки на уровне подошвы фундамента.

σzро = ро = р – σzgо

Ф-1; σzро = ро = р – σzgо = 229,9 – 25,5 = 204,4 кПа Ф-2; σzро = ро = р – σzgо = 229,7 – 25,5 = 204,2 кПа

5.3.3. Определяем толщину элементарного слоя (рис. 5.4) hi = 0,4 × b

Ф-1; hi= 0,4 × 1,8 = 0,72 м.; η = ℓ/b = 3,0/1,8 = 1,66 принимаем η = 1,6 Ф-2; hi = 0,4 × 2,1 = 0,84 м.; η = ℓ/b = 3,3/2,1 = 1,57 принимаем η = 1,6

26

Дополнительное вертикальное напряжение от вешней нагрузки на уровне подошвы фундамента определяем по формуле 5.13

Коэффициент α находим по таблице 5.9 в зависимости от соотношений ξ = 2z/b и η = ℓ/b. В случае, когда ξ = 2z/b = 2 × 0,72/1,8 = = 0,8, не кратно 0,8, коэффициент α находим методом линейной интерполяции.

Нижняя граница сжимаемой толщи основания, принимается на глубине, где выполняется условие:

σzp ≤ 0,2σ′zg если модуль деформации слоя E > 5 МПа, σzp ≤ 0,1σ′zg если модуль деформации слоя E < 5 МПа.

Определяем среднее давление под подошвой фундамента по формуле 5.5.

Ф-1; р= 11045,40 + 17,0 ×1,5 = 204,4 + 25,5 = 229,9 кПа< R =251,1кПа Ф-2; р= 14156,93 + 17,0 ×1,5=204,2+25,5= 229,7кПа < R =254,0кПа

Вертикальное напряжение от собственного веса грунта вынутого с котлована до уровня подошвы фундамента равно:

σzγ, i = αк × σ′zgо ,

где: коэффициент αк находим по таблице 5.9 в зависимости от соотношений параметров котлована ξ = 2z/Вк и η = Lк /Вк . В случае, когда ξ = 2z/Вк соотношение η = ℓ/b для фундаментов и котлована принимаем – 1,6

Расчет осадки фундамента выполняется в табличной форме

27

Ф-1

28

Ф-2

29

грунтов оснований под нижним концом сваи и на ее боковой поверхности определяется по формуле:

Длина призматической сваи сечением 0,3 × 0,3 м. равна (рис. 6.1): 0,5 + 1,5 + 2,0 + 1,1 + 1,6 + 2,0 + 0,6 + 1,5 + 1,2 = 12,0 м. (С.120.30-10)

Таблица 6.1; (Таблица 1) [5]

Значения расчетного сопротивления грунта под нижним концом забивных свай

Примечание: Над чертой для песчаных грунтов, под чертой – пылевато-глинистых

31

Таблица 6.2; (Таблица 2) [5]

Расчетное сопротивление грунта по боковой поверхности свай

Примечание: Расчетное сопротивление определяется для условных слоев

грунтов hi толщиной не более 2,0 м.

6.1.1. Расчетное сопротивление грунта под подошвой сваи на отметке 13,0 равно, при ΙL = 0,1:

R = 7300 + (7500 −7300)×(13 −10) = 7300 + 80 = 8100 кПа 15 −10

6.1.2. Площадь и периметр поперечного сечения сваи

А = 0,32 = 0,09 м2 ; u = 0,3 × 4 = 1,2 м.

6.1.3. Расчетное сопротивление грунта по боковой поверхности

сваи.

Так как показатели текучести (ИГЭ-2; 3; 4; 5) ΙL < 0 то расчетное значение сопротивления грунта принимаем по минимальному значе-

33

8,70. f5 = 62 + (65 −62)×(8,7 −8) = 62 + 1,05 = 63,1 кПа;

10 −8

10,0. f6 = 65 кПа;

11,05. f7 = 65 + (72 −65)×(11,05 −10) = 65 + 1,47 = 66,5 кПа. 15 −10

Так как показатель текучести (ИГЭ-6) ΙL = 0,1 то расчетное значение сопротивления грунта принимаем по минимальному значению показателя текучести ΙL = 0,2

12,4. f8 = 65 + (72 −65)×(12,4 −10) = 65 + 3,36 = 68,4 кПа; 15 −10

6.1.4. Несущая способность сваи С.120.30-10 равна:

Fd = γc (γcR × R × A + u × ∑γcf × fi × hi) = 1,0 × [1,0 × 8100 × 0,09 + + 1,2 × (1,0 × 43,4 × 1,5 + 1,0 × 53 × 2,0 + 1,0 × 56,9 × 1,1 + 1,0 ×

×59,8 × 1,6 + 1,0 × 63,1 × 2,0 + 1,0 × 65 × 0,6 + 1,0 × 66,5 ×

×1,5 + 1,0 × 68,4 × 1,2)] = 1,0 × (729 + 1,2 × 676,5) = 1540,8 кН.

6.1.5.Расчетная нагрузка на сваю составит:

Nсв. = Fd /γk = 15401,4,8 = 1100,5 кН

где: γk – коэффициент надежности. Для аналитического метода определения несущей способности сваи принят равным 1,4.

6.1.6. Параметры свайного куста. Нагрузка на сваю в составе ку-

ста.

Расчетные нагрузки на фундаменты от сооружения:

Ориентировочно количество свай в кусте n, исходя из действующих вертикальных нагрузок на обрезе фундамента, определяем по формуле:

где: 1,1 – коэффициент, приближенно учитывающий массу ростверка и действия изгибающего момента на сваю.

Полученное количество свай округляется в большую сторону до

34

целой величины. При наличии моментных нагрузок минимальное количество свай – 2 шт.

СФ-1 n = 1,1 × N/Nсв. = 1,1 × 1104/1100,5 = 1,10 принимаем 2 шт. СФ-2 n = 1,1 × N/Nсв. = 1,1 × 1415/1100,5 = 1,41 принимаем 2 шт.

При размещении свай в кусте, расстояние между их осями должно быть не менее 3d (d – сторона поперечного сечения ствола

сваи, 3d = 3 × 0,3 = 0,9 м).

Расчетная нагрузка на сваю, определяется по формуле:

где: y – расстояние от главных осей до оси каждой сваи для которой вычисляется расчетная нагрузка;

yi – расстояние от главных осей до оси каждой сваи.

Должны выполняться проверки: mах Nсв. i ≤ Nсв ; miп Nсв. i > 0; при кусте из 4-х свай и более

6.2. Расчет осадки свайного фундамента

Расчет осадки свайных фундаментов (условного фундамента, рис. 6.2.А.) производится как для фундаментов мелкого заложения.

6.2.1. Границы условного фундамента определяются следующим образом (рис. 6.2.А): Снизу он ограничен плоскостью АБ, проходящей через нижние концы свай; сверху – поверхностью планировки грунта ВГ; с боков вертикальными плоскостями АВ и БГ, отстоящими от наружных граней крайних рядов свай на расстоянии:

а = h × tgϕII, mt /4, но не более 2d = (0,3 × 2 = 0,6 м);

h – глубина погружения сваи в грунт основания, h = 11,5 м.;

ϕII, mt – осредненное значение угла внутреннего трения определяется по формуле:

35

Рис. 6.2. Геометрические параметры:

А– условного фундамента; Б – ростверка по осям «Б»; «2» (СФ-2);

В– ростверка по осям «А»; «2» (СФ-1).

tgϕII, mt /4 = 0,09

а = h × tgϕII, mt /4 = 11,5 × 0,09 = 1,04 м., т.к. 1,04 м больше 2d (2 ×

× 0,3 м = 0,6 м) принимаем а = 0,6 м.

36

6.2.4. Вес условного фундамента приближенно равен весу грунта Gгр , сваи Gсв , весу ростверка и грунта на его обрезах Gp определяется по формуле:

где: γmt – средневзвешенное значение удельного веса грунта в пределах длины сваи (h = 11,5 м)

γmt = ∑γі /∑hi =17,2×1,5 +16,5×4,7 +17,8×2,6 +17,3×1,5 +19,0×1,2 = 1,5 + 4,7 + 2,6 +1,5 +1,2

= 17,3 кН/м3

Объем условного фундамента: V = 3,6 × 11,5 = 41,4 м3.

Объем сваи: Vсв = 12 × 0,32 = 1,08 м3.

V – Vсв = 41,4 – 1,08 = 40,32 м3.

Вес сваи:

где: Vсв – объем бетона сваи, равен ℓсв. × d2;

ℓсв. – длина сваи;

d – сторона ее поперечного сечения;

γж.б – среднее значение удельного веса бетона и арматуры сваи, принимаем равным 26 кН/м3.

Вес ростверка:

где: Ар – площадь подошвы ростверка; dр – высота ростверка, равна 1,5 м.;

γf – коэффициент надежности по нагрузке, равен 1,2;

γ – среднее значение удельного веса ростверка и грунта на его

обрезах, равен 20 кН/м3.

Принимаем, что край ростверка отстоит от наружной грани сваи на расстоянии, равном d/2 = 0,15 м. Для свай по оси А ростверк при-

37

нимается квадратным 1,5 × 1,5 м = 2,25 м2 (рис. 8.2.В), т.к. на него устанавливаются фундаментные балки. По оси Б ширина ростверка равна ширине подколонника 1,5 × 0,9 м = 1,35 м2 (рис. 6.2.Б).

6.2.5. Площадь ростверков и его вес (формула 6.6):

СФ-1 – Ар = 2,25 м2; СФ-2 – Ар = 1,35 м2:

СФ-1 Gp = 2,25 × 1,5 × 1,2 × 20 = 81 кН, СФ-2 Gp = 1,35 × 1,5 × 1,2 × 20 = 48,6 кН.

6.2.6. Вес грунта равен (формула 6.7):

Gгр = 40,32 × 17,3 = 716,2 кН.

6.2.7. Вес сваи (формула 6.8):

Gсв = 12 × 0,32 × 26 = 28 кН.

6.2.8. Суммарная вертикальная нагрузка, действующая на подошву условного фундамента равна:

6.2.9. Среднее давление под подошвой условного фундамента:

6.2.10. Вертикальное напряжения от собственного веса грунта на уровне подошвы условного фундамента равно:

σzgо = γ × d + γmt × h = 17,0 × 1,5 + 17,3 × 11,5 = 224,5 кПа,

γ′II =16,5×0,5 +17,2×1,0 = 17,0 кН/м3. 0,5 +1,0

6.2.11. Дополнительные вертикальные напряжения на уровне подошвы условного фундамента равны:

σzро = ро = р – σzgо

СФ-1 σzро = ро = 528,1 – 224,5 = 303,6 кПа, СФ-2 σzро = ро = 605 – 224,5 = 380,5 кПа.

6.2.12. Определяем соотношения сторон η:

38

η= Lу. ф./Ву. ф. = 2,4/1,5 = 1,6.

6.2.13.Толщина элементарного слоя грунта и его вертикальное напряжение от собственного веса:

hi = 0,4 × Ву. ф = 0,4 × 1,5 = 0,6 м,

σzgо = 19,0 × 0,6 = 11,4 кПа.

6.2.14. Расчет осадки свайного фундамента производится методом послойного суммирования и выполняется в табличной форме, расчетная схема приведена на рис. 6.3.

39

А. Б.

Рис. 6.3. Расчетные схемы определения осадок свайных фундаментов:

А. Геологический разрез. Б. Эпюры вертикальных напряжений: от дополнительных давлений σzp и от собственного веса грунта σzg

40

СФ-2