2 Анализ инженерно-геологических условий строительной площадки

Площадка характеризуется горизонтальным залеганием пластов, мощность которых выдержана по простиранию; имеется один выдержанный уровень подземных вод. Характер напластований и сведения о физико-механических характеристиках грунтов позволяют выделить в пределах исследованной толщи четыре инженерно-геологических элемента. Итак, исходя из оценки инженерно-геологических условий строительной площадки, можно сделать вывод — верхний слой ( лёссовый твердый суглинок) не может служить надежным основанием для опирания, на них фундаментов здания, вследствие своей значительной просадочности. Значит, их необходимо заменить искусственным основанием или принять меры для укрепления существующего. Из предлагаемых способов наиболее эффективным по технико-экономическим показателям является устройство песчаной подушки и уплотнение лёссового грунта.

3 Расчёт и конструирование фундамента мелкого заложения

3.1 Определение глубины заложения фундамента

Глубина заложения фундамента - это расстояние от подошвы фундамента до уровня планировки грунта срезкой. Абсолютную отметку подошвы фундамента определяем, исходя из шести условий:

1) по назначению и конструктивным особенностям.

Здание не имеет подвала. При применении железобетонных колонн верхний обрез фундамента проектируем на 150 мм ниже отметки чистого пола. Минимальную глубину заделки сборных колонн в стакане фундамента принимаем равной для сборных колонн сплошного сечения , где - больший размер сечения колонны.

Используем унифицированный подколонник с размерами 0,9х0,9×0,9м, высота ступеней — 0,3м.

2) по существующему и проектируемому рельефу.

Рельеф спокойный – ограничений нет.

3) по глубине заложения фундаментов существующих сооружений - ограничений нет.

4) по нагрузкам на основание и фундаменты – ограничений нет.

5) по инженерно-геологическим и гидрологическим условиям площадки строительства.

Прежде всего, выбираем несущий слой, в котором расположена подошва фундамента. Фундамент расположен в первом слое мощностью 8,4 м. Первый слой не является несущим, но будут произведены работы по устройству песчаной подушки под фундаментом и трамбовке нижней части слоя.

6) по глубине сезонного промерзания грунта.

Здание не имеет подвала; глубина сезонного промерзания- 1,08 м, следовательно, подошва фундамента будет ниже глубины промерзания.

d_f=d_fnk_h=1,081,1=1,188 м;

k_h-коэффициент, учитывающий влияние теплового режима здания на глубину промерзания грунта у фундаментов наружных стен(для данного здания равен – 1,1).

Анализируя эти шесть условий, выбираем конечной глубиной заложения фундамента d=1,5м, при высоте фундамента h=1,5м, запроектированного под колонну сечением 0,4х0,4м.

Рисунок 3.1—Расчетная схема фундамента стаканного типа

3.2 Проектирование песчаной подушки и определение размеров подошвы фундамента.

Расчётные значения нагрузок:

N₀₂=640 кН, М₀₂=260 кН∙м, Т₀₂=20кН.

Геологические условия строительной площадки следующие:

- с поверхности до глубины 8.4м залегает слой лёссового грунта (суглинка твёрдого) со следующими характеристиками: γ₁₁=15.1 кН/м³ , γ_S=27.4 кН/м³, e=0.97.

Принимаем отметку по обрезу фундамента равной -0.150м и монолитный типовой фундамент под колонну прямоугольного сечения высотой h=1.5м.

В качестве искусственного основания под фундаменты в связи со слабым верхним слоем, принимаем песчаную подушку. При устройстве подушки, с целью замены слабого грунта в основании фундамента используем песок средней крупности со следующими характеристиками:

Ρ_S=2.67 т/м³, w=12%, e=0.65. (3.1)

ρ_ds=т/м³; (3.2)

ρ= т/м³ (3.3)

степень влажности:

S_r=, так как 0,5>S_r=0.492 (3.4)

Следовательно, основанием фундамента является песок средней крупности, плотный, маловлажный.

Определяем нормативные значения прочностных и деформационных характеристик грунта песчаной подушки по таблицам 4, 9, 11, 5, 10[2].

R₀=400кПа, φ_n=35⁰, с_n=1кПа, Е_n=30МПа.

Далее определяем размеры подошвы фундамента.

Определим площадь подошвы фундамента под колонну в плане по формуле

; (3.5)

Ширина квадратного фундамента равна

м.

Уточняем расчетное сопротивление грунта по формуле (13)

(3.6)

где _С1 и _С2 – коэффициенты условий работы, учитывающие особенности работы разных грунтов в основании фундаментов и принимаемые по таблице 16, [1].

k – коэффициент, принимаемый: k=1,1 – т.к. они приняты по нормативным таблицам;

k_Z – коэффициент принимаемый k_Z=1 при b<10 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, при уплотнении песчаными сваями необходимо найти плотность уплотнённого грунта.

С_II – расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента (песок средней крупности, плотный, маловлажный), кПа;

d_b – глубина подвала – расстояние от уровня планировки до пола подвала, м, так как здание без подвала, то d_b=0м.

М_, М_q, М_с–безразмерные коэффициенты, принимаемые по таблице17;[1]

d₁ – глубина заложения фундаментов безподвальных сооружений или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала;

при φ_n=35⁰, М_=1,67; М_q=7.69; М_с=9.59.

(3.6)

Уточняем значения b₁ при R₁=351,9 кПа:

, принимаем b=1.8м.

Определяем R₂ при b₁=1,8 м:

(3.6)

Конструируем фундамент:

Рисунок 3.2—К определению ширины подошвы фундамента.

найдем эксцентриситет при

(3.7)

,

Следовательно, размеры подошвы фундамента проверяем, как для внецентренно-загруженного фундамента.

При расчете внецентренно-нагруженных фундаментов должны выполняться следующие условия:

(3.8)

(3.9)

(3.10)

(3.11)

(3.12)

Р_max/min = (3.8)

Р_max= 526,65кПа > 1,2R= 1,2·375,9= 451,08 кПа;

Р_min= -72,83 кПа < 0;

< R (3.9)

Р_ср= 255,52 кПа < R = 375,9кПа (3.9)

Условие не выполняется, следователь ширина подошвы фундамента определена неверно.

Принимаем фундамент с размерами ступеней:2,4×1,8×0,3м; 1.5×0.9×0.3м, размер стакана: 0.9×0.9×0.9м

найдем эксцентриллитет при

(3.7)

,

Следовательно, размеры подошвы фундамента проверяем, как для внецентренно-загруженного фундамента.

При расчете внецентренно нагруженных фундаментов должны выполняться следующие условия:

(3.8)

(3.9)

(3.10)

(3.11)

(3.12)

Р_max/min = (3.8)

Р_max= 343,6кПа > 1,2R= 1,2·375,9= 451,08 кПа;

Р_min= 7,98 кПа > 0;

< R (3.9)

Р_ср= 205,81 кПа < R = 375,9кПа

Условие выполняется, следовательно, ширина подошвы фундамента определена верно.

Рисунок 3.3 – Конструирование песчаной подушки

Проверяем прочность слабого подстилающего слоя грунта, расположенного на глубине Z=h_s=3м ниже подошвы фундамента. Для определения σ_zpi на глубине Z находим:

P₀=P_ср- σ_zq0=205.81-15.1∙1.5=183.16кПа

По значениям ипринимаем значение α=0,189, тогда σ_zp=α∙P₀=0.189∙183.16=34.62кПа.

Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на кровле слабого подстилающего слоя:

σ_zq=γ₁₁∙d+γ_под∙h_s=15.1∙1.5+18.1∙3=76.95кПа.

Расчётное сопротивление R_z на кровле слабого подстилающего слоя.

, (3,6)

где γ_с1=1,4 γ_c2=1; при L/H=48/12.6=3.8>1.5; K=1.1;

b_z-ширина условного фундамента, м

.

Здесь А_z=м², (3,13)

a=(l-b)/2=(2.4-1.8)/2=0.3м,

отсюда (3,14)

кН/м³

при φ_n=35⁰, M_γ=1.67кПа, M_q=7.69кПа, M_c=9.59кПа, с_n=1кПа

кПа. (3,6)

Проверяем условие:

σ_zpi+σ_zqi≤R_z (3,15)

34.62+76.95=111.57кПа<1124.12кПа,

условие выполняется, следовательно песчаная подушка запроектирована правильно.