4.Определение глубины заложения фундаментов

Площадка строительства подлежит планировке срезкой. При этом отмостка находится на отметке – 1,3 м, что соответствует абсолютной отметке 235,3 м. По объемно-планировочным решениям здания (рис. 1) подошва фундамента находится на отметке – 2,9 м, что соответствует абсолютной отметке 233,7 м. При этом глубина заложения фундаментов составляет 1,6 м. Как следует из таблицы 1, подошва фундамента находится в слое ИГЭ 2, грунты которого пригодны для целей строительства. Таким образом, объемно-планировочные решения здания определеят глубину заложения фундаментов d, равную 1,6 м.

Определяем глубину заложения фундаментов dпо климатическому фактору в соответствии с формулами (7.2) и (Г.1) норм /3/. В соответствии с таб.1 норм /25/ средние отрицательные температуры за зимний период для г. Донецка составляют: декабрь – 4,2⁰; январь – 6,6⁰; февраль – 6,2⁰; март – 1,0⁰. Для этого случаяM_tв формуле (7.2) будет равно 18,0. Поскольку основание фундаментов сложено суглинками и глинами,d₀= 0,23 м. С учетом этого нормативная глубина сезонного промерзания будет равна:

d_fn=d₀√M_t= 0,23√18 = 0,98 м.

Поскольку расстояние от внешней грани стены до края фундамента будет больше 0,5 м (см. Примечание 1 к таблице Г.1), принимаем коэффициент теплового режима k_h= 1,0. С учетом этого расчетная глубина сезонного промерзания будет равна:

d_f=k_hd_fn= 1,0∙0,98 = 0,98 м.

Минимальная глубина уровня грунтовых вод от поверхности земли (см. п. 1.2) составляет 3,08 м, что для скважины Бур. 3 (таб. 1) соответствует абсолютной отметке 233,43 м. Уровень грунтовых вод от планировочной отметки (абс. отм. 235,3 м) составит d_w= 1,87 м. Так какd_w<d_f+2 м = 2,98 м, аI_L,sat> 0,25 (см. таб. 10), в соответствиис таблицей Г.2 норм /3/ глубина заложения фундаментов по климатическому фактору должна быть не менееd_f, т. е. не менее 0,98 м. Здесь при установлении расчетного значения показателя текучести грунта учтено, что возможно замачивание основания поверхностными стоками и утечками из водонесущих коммуникаций.

В качестве расчетной глубины заложения фундаментов dпринимаем наибольшее значение, полученное в приведенных выше расчетах. При этом определяющее значение в данном случае имеют объемно-планировочные решения здания. Принимаемd= 1,6 м. Указанной глубине заложения фундаментов соответствует абсолютная отметка подошвы фундаментов 233,7 м. Эта отметка учитывается при привязке фундаментов к инженерно-геологическому разрезу с целью вычисления осадок фундаментов.

5.Определение размеров фундаментов в плане

В соответствии с учебным пособием /10/, тема №5 размеры подошвы ленточного фундамента определяются из условия ограничения давлений на основание в характерных точках. При этом используются следующие формулы:

где b– ширина фундамента;g_e– распределенная вертикальная нагрузка на уровне верха фундамента (кН/м) для предельных состоянийIIгруппы;g_e(f)– распределенная вертикальная нагрузка от собственного веса фундамента, расположенного выше планировки или пола (кН/м) для предельных состоянийIIгруппы;m_e– распределенная моментная нагрузка на уровне подошвы фундамента (кНм/м) для предельных состоянийIIгруппы;γ_a– осредненный удельный вес конструкции фундамента и грунта на его свесах (при отсутствии проектных данных принимается 20 кН/м³);q– нагрузка на проезжую часть или полы (при отсутствии проектных данных принимается для жилых и гражданских зданий 10 кПа);R– расчетное сопротивление грунта основания.

Примечание: В приведенных формулах сжимающие давления считаются положительными. В связи с этим нагрузки на фундамент N, M и Q следует задавать по абсолютной величине.

Приведенная система неравенств решается, как правило, графоаналитическим методом поскольку расчетное сопротивление Rявляется функцией ширины подошвы фундаментаb. Значения распределенных вертикальных нагрузок принимаем по таб. 8. Моментные нагрузки обусловлены эксцентричным приложением вертикальных нагрузок от стены здания и перекрытия над подвалом и горизонтальными нагрузками от активного давления грунта на стены подвала. Поскольку в рассматриваемом случае фундамент состоит из сборных фундаментных плит и стен подвала, сопряжение стены подвала с фундаментной плитой считается шарнирным. При этом моментные нагрузки по подошве фундамента от горизонтальных сил активного давления грунта на возникают. В рассматриваемом случае оси стен подвала совпадают с осями надземных стен, в связи с чем моментные нагрузки на фундаменты от стен здания отсутствуют. Моментные нагрузки от эксцентричного приложения вертикальных нагрузок перекрытия над подвалом определяются по формуле:

где g_e(эт)– распределенная верткальная нагрузка от перекрытия над подвалом;t– толщина стены подвала;l_оп– ширина площадки опирания плиты перекрытия над подвалом.

Примечание: В общем случае при определении моментных нагрузок на уровне подошвы фундамента необходимо учитывать моменты сил от собственного веса конструкций фундамента и грунта на его свесах. Указанные моменты возникают при несимметричной конструкции фундамента и при различных отметках его заложения, например, у наружных стен здания с подвалом. Моментные наргузки от собственного веса грунта учитываются в том случае, когда они приводят к более невыгодной работе фундамента.

Варьируя шириной подошвы фундамента, строим гафик зависимости расчетного сопротивления грунта от ширины подошвы фундамента. При этом расчетное сопротивление грунта вычисляем по формуле (Е.1) норм /3/:

где γ_с1= 1,25; γ_с2= 1,1 по таблице Е.7 для основания, сложенного суглинками полутвердыми, и жесткой конструктивной схемы здания при отношении длины (24 м) к высоте (27 м) меньше 1,5;

k=1,0 в связи с тем, что характеристики грунтов определены непосредственно изысканиями на площадке строительства;

k_z= 1,0 так как ширина подошвы фундамента предположительно будет меньше 10 м;

d₁– глубина заложения фундамента, равная 1,6 м (см. разд.4) со стороны отмостки и 0,7 м (см. рис. 1) со стороны подвала;

d_b– расстояние от планировочной отметки (- 1,3 м) до пола подвала (- 2,2 м), равное 0,9 м (см. рис. 1, принимается не более 2,0 м).

Несущим слоем является грунт ИГЭ 2. Расчетные характеристики грунта для IIгруппы предельных состояний составляют (см. таб. 2):

γ_II= 18,79 кН/м³;γ_sb= 9,52 кН/м³;φ_II= 22⁰;c_II= 18 кПа.

Удельный вес грунта обратной засыпки принимаем равным удельному весу грунта ненарушенной структуры: γ'_II=γ_II= 18,79 кН/м³.

В соответствии с таблицей Е.8 коэффициенты M_γ,M_qиM_cдля расчетного значения угла внутреннего трения 19⁰будут равны:

M_γ= 0,61;M_q= 3,44;M_c= 6,04.

Удельный вес грунта подлежит осреднению на глубине b/2. Предполагаем, что ширина подошвы фундамента не превысит 3,2 м. Отметка подошвы фундамента равна 233,7 м (см. разд. 4). Максимальная отметка почвы ИГЭ 2 равна 227,31 м (см. таб. 1). С учетом этого минимальная толщина ИГЭ 2 под подошвой фундамента составит 6,39 м, что большеb/2 = 1,6 м. Максимальный уровень грунтовых вод находится на на глубинеz_w=d_w–dот подошвы фундамента, что составляетz_w= 1,87 – 1,6 = 0,27 м. В связи с этим требуется учет взвешивающего действия воды при определении расчетного удельного веса грунта под подошвой фундамента и его осреднение на глубинуb/2. Осреднение удельного веса грунта выполняем по формуле:

Расчеты выполнены для ряда типовых фундаментных плит по серии 1.112-5 и приведены в таблице 11.

Значения усредненного удельного веса грунта под подошвой фундаментов

Таблица 11

b, м	0,8	1,0	1,2	1,4	1,6	2,0	2,4	2,8	3,2
γII,ср, кН/м3	15,78	14,53	13,69	13,10	12,65	12,02	11,61	11,31	11,09

Глубину заложения фундамента со стороны подвала уточняем по формуле (Е.2) норм /3/:

где h_s– толщина слоя грунта от подошвы фундамента до пола подвала (см. рис. 1);h_cf– толщина пола подвала (см. рис. 1);γ_cf– удельный вес пола подвала.

По приведенной выше формуле и исходным данным вычисляем расчетное сопротивление грунта основания для типовых фундаментных плит по серии 1.112-5. Результаты расчетов представлены в таблице 12.

Расчетное сопротивление грунта основания типовых фундаментных плит

Таблица 12

b, м	0,8	1,0	1,2	1,4	1,6	2,0	2,4	2,8	3,2
R, кПа	282,1	283,6	285,2	286,8	288,4	291,6	294,8	298,0	301,2

Фундамент по оси "Б"

В связи с симметричным приложением вертикальных нагрузок (рис. 1) моментные нагрузки на фундамент отсутствуют. Распределенная вертикальная нагрузка на уровне верха фундамента (таб. 8) g_e= 716,8 кН/м. Распределенная вертикальная нагрузка от собственного веса фундамента выше отметки пола (рис. 1)g_e(f)= 0,4∙1,8∙22,0 = 15,84 кН/м. Используя ранее приведенную формулу, вычислим средние давления под подошвой фундамента для типовых фундаментных плит по серии 1.112-5. Результаты расчетов приd = d₁ = 0,734 м представлены в таблице 13.

Средние давления под подошвой фундаментов для типовых плит

Таблица 13

b, м	0,8	1,0	1,2	1,4	1,6	2,0	2,4	2,8	3,2
p, кПа	940,5	757,3	635,2	548,0	482,6	391,0	329,9	286,3	253,6

Сопоставляя данные таблиц 12 и 13, приходим к выводу, что условиям ограничения средних давлений под подошвой фундаментов соответствует плита Ф28. При этом p= 286,3 кПа ≤R= 298 кПа.

Фундаменты по осям "А" и "В".

Распределенная вертикальная нагрузка на уровне верха фундамента (таб. 8) g_e= 405,2 кН/м. Распределенная вертикальная нагрузка от собственного веса фундамента выше планировочной отметки (рис. 1)g_e(f)= 0,4∙0,9∙22,0 = 7,92 кН/м. Распределенная верткальная нагрузка от перекрытия над подваломg_e(эт)= 227,9 / 9 = 25,32 кН/м. Толщина стены подвалаt= 0,4 м. Ширина площадки опирания плиты перекрытияl_оп= 0,12 м. Центральные оси стены подвала и надземной стены здания совпадают (см. рис. 1). По этой причине моментная нагрузка на фундамент от вертикальной нагрузки, передаваемой стеной здания, отсутствует. Моментную нагрузку на фундамент от собственного веса грунта на свесах фундамента не учитываем по двум причинам: изгибающий момент от этой нагрузки уменьшает моментную нагрузку, вызванную вертикальной нагрузкой от перекрытия над подвалом; обратная засыпка грунта с наружной стороны здания, вызывающая разгружающую моментную нагрузку, может отсутствовать до окончания возведения здания. Причина отсутствия изгибающих моментов от горизонтальной нагрузки, вызванной активным давлением грунта на стену подвала, обсуждалась выше. Таким образом, моментная нагрузка обусловлена только эксцентричным приложением вертикальной нагрузки от перекрытия над подвалом. Указанная нагрузка вычисляется по ранее приведенной формуле:

Вычислим средние давления под подошвой фундамента для типовых фундаментных плит по серии 1.112-5. Результаты расчетов при d = d₁ = 1,6 м представлены в таблице 14.

Средние давления под подошвой фундаментов для типовых плит

Таблица 14

b, м	0,8	1,0	1,2	1,4	1,6	2,0	2,4	2,8	3,2
p, кПа	558,4	455,1	386,3	337,1	300,2	248,6	214,1	189,5	171,1

Сопоставляя данные таблиц 12 и 14, приходим к выводу, что условиям ограничения средних давлений под подошвой фундаментов соответствует плита Ф20. При этом p= 248,6 кПа ≤R= 291,6 кПа.

В связи с наличием моментной нагрузки проверяем выполнение условия по ограничению максимальных давлений под подошвой фундамента:

Ширина подошвы фундамента подобрана правильно и удовлетворяет условиям ограничения давлений на основание.

Фундаменты по осям "1" и"5"

Фундаменты являются центрально нагруженными. Распределенная вертикальная нагрузка на уровне верха фундамента (таб. 8) g_e= 136,0 кН/м. Распределенная вертикальная нагрузка от собственного веса фундамента выше планировочной отметки (рис. 1)g_e(f)= 0,4∙0,9∙22,0 = 7,92 кН/м. Среднее давление под подошвой фундамента для типовой фундаментной плит Ф8 по серии 1.112-5 приd=d₁= 1,6 м составитp= 221,9 кПа. При этомp= 221,9 кПа ≤R= 282,1 кПа (см. таб. 12). Проверка по ограничению средних давлений удовлетворяется.

Фундамент по оси "3" между осями "Б" и "В"

Фундаменты являются центрально нагруженными. Распределенная вертикальная нагрузка на уровне верха фундамента (таб. 8) g_e= 178,4 кН/м. Распределенная вертикальная нагрузка от собственного веса фундамента выше планировочной отметки (рис. 1)g_e(f)= 0,4∙1,8∙22,0 = 15,84 кН/м. Среднее давление под подошвой фундамента для типовой фундаментной плит Ф8 по серии 1.112-5 приd=d₁= 0,734 м составитp= 267,5 кПа. При этомp= 267,5 кПа ≤R= 282,1 кПа (см. таб. 12). Проверка по ограничению средних давлений удовлетворяется.

Фундамент по оси "4"

Распределенная вертикальная нагрузка на уровне верха фундамента (таб. 8) g_e= 312,0 кН/м. Распределенная вертикальная нагрузка от собственного веса фундамента выше планировочной отметки (рис. 1)g_e(f)= 0,4∙1,8∙22,0 = 15,84 кН/м. Распределенная верткальная нагрузка от перекрытия над подваломg_e(эт)= 133,6 / 10 = 13,36 кН/м. Толщина стены подвалаt= 0,4 м. Ширина площадки опирания плиты перекрытияl_оп= 0,12 м. Среднее давление под подошвой фундамента для типовой фундаментной плит Ф14 по серии 1.112-5 приd=d₁= 0,734 м составитp= 258,9 кПа. При этомp= 258,9 кПа ≤R= 286,8 кПа (см. таб. 12). Проверка по ограничению средних давлений удовлетворяется.

Вычисляем моментную нагрузку по ранее приведенной формуле:

В связи с наличием моментной нагрузки проверяем выполнение условия по ограничению максимальных давлений под подошвой фундамента:

Ширина подошвы фундамента подобрана правильно и удовлетворяет условиям ограничения давлений на основание.

Фундаменты по оси "2" за границами шахты лифта также принимаем из типовых плит Ф14 (см. таб. 8).

Фундамент по оси "2" в пределах шаты лифта

Фундамент является центрально нагруженным. Распределенная вертикальная нагрузка на уровне верха фундамента (таб. 8) g_e= 313,4 кН/м. Распределенная вертикальная нагрузка от собственного веса фундамента выше планировочной отметки (рис. 1)g_e(f)= 0,4∙1,8∙22,0 = 15,84 кН/м. На фундамент опираются продольные стены лифта, которые создают по углам две вертикальные силыG_e= 160 кН (таб. 9). Действие указанных сил эквивалентно действию на загруженном участке стены длиной 2 м распределенной нагрузки 160 кН/м. Среднее давление под подошвой фундамента для типовой фундаментной плит Ф20 по серии 1.112-5 приd=d₁= 0,734 м составитp= 269,3 кПа. При этомp= 269,3 кПа ≤R= 291,6 кПа (см. таб. 12). Проверка по ограничению средних давлений удовлетворяется.

Фундамент по оси "3" между осями "А" и "Б"

Фундамент является центрально нагруженным и устраивается длиной 2 м под шахтой лифта. Распределенная вертикальная нагрузка на уровне верха фундамента от веса опирающихся на него стен лифтовой шахты (таб. 8) g_e= 126 + 9 = 135 кН/м. Распределенная вертикальная нагрузка от собственного веса фундамента выше планировочной отметки (рис. 1)g_e(f)= 0,4∙1,8∙22,0 = 15,84 кН/м. Поскольку стена фундамента устраивается непрерывной длиной 6 м, учитываем сосредоточенные нагрузки от собственного веса примыкающих участков стен по углам фундамента. Указанные силы будут равны:Ge(f) =g_e(f)∙2 = 15,84∙2 = 31,68 кН. На фундамент опираются продольные стены лифта, которые создают по углам шахты две вертикальные силыG_e= 160 кН (таб. 9). Действие четырех сосредоточенных сил эквивалентно действию на фундамент распределенной по его длине нагрузкиg_e= (31,68∙2 + 160∙2)/2 = 191,7 кН/м. При этом суммарная распределенная нагрузка на уровне подошвы фундамента составит 135,0 + 15,84 + 191,7 = 342,5 кН. Среднее давление под подошвой фундамента для типовой фундаментной плит Ф14 по серии 1.112-5 приd=d₁= 0,734 м составитp= 269,3 кПа. При этомp= 269,3 кПа ≤R= 286,8 кПа (см. таб. 12). Проверка по ограничению средних давлений удовлетворяется.

Результаты определения размеров подошвы фундаментов сведены в таблицу 15.

Размеры подошвы фундаментов

Таблица 15

Местоположение фундамента	b м	Тип фундамента	pср кПа	R кПа
Стены по осям "А" и "В"	2,0	Ф20	248,6	291,6
Стена по оси "Б"	2,8	Ф28	286,3	298,0
Стены по осям "1" и "5"	0,8	Ф8	221,9	282,1
Стена по оси "3" между осями "Б" и "В"	0,8	Ф8	267,5	282,1
Стена по оси "4"	1,4	Ф14	258,9	286,8
Стена по оси "2" под лифтовой шахтой	2,0	Ф20	269,3	291,6
Стена по оси "2" вне лифтовой шахты	1,4	Ф14	258,9	286,8
Стена по оси "3" между осями "А" и "Б" под лифтовой шахтой	1,4	Ф14	269,3	286,8
Стена по оси "3" между осями "А" и "Б" вне лифтовой шахты	0,0	Отсутствует	0,0	-