2 Анализ грунтовых условий строительной площадки

Проектирование оснований и фундаментов начинает с изучения и общей оценки всей толщи и отдельных входящих в нее пластов грунта. Оценка производится по геологическим картам и разрезам, которые приводятся в отчетах по инженерно-геологическим изысканиям.

По полученному инженерно-геологическому разрезу можно сделать следующий вывод. Площадка характеризуется почти горизонтальным залеганием пластов, мощность которых выдержана по простиранию. Имеется один выдержанный уровень подземных вод. Поверхность участка не расчлененная. Следовательно, площадка относится к первой (про­стой) категории сложности инженерно-геологических условий.

Характер напластований и сведения о физико-механических свойствах грунтов позволяют выделить, в пределах исследованной толщи, четыре инженерно-геологических элемента. Как показывает анализ, почти все исследованные пласты не могут служить естественным основанием. Первый слой не может служить естественным основанием, т.к. суглинок твёрдый (просадочный). Второй слой также является просадочным и не может служить в качестве естественного основания. Подземные воды залегают на абсолютной отметке 184 и не будут влиять на устройство оснований и эксплуатацию зданий. При сравни­тельно небольших нагрузках целесообразно заложить фундаменты в слое 2,после трамбовки.

3 Определение глубины заложения фундамента для здания с подвалом

Минимальную глубину заложения принимаем не менее 0,5 м, считая от поверхности наружной планировки и на 0,4 м от пола подвала.

Согласно рисунку 1, планировочная отметка DL = 190,4 м

Здание имеет подвал глубиной 3 м, следовательно, в любом случае подошва фундамента будет ниже глубины промерзания, т.к. для г. Могилёв по карте нормативных глубин сезонного промерзания d_fn=1,0 м, для суглинка твёрдого.

3.1 Уплотнение грунтов тяжелыми трамбовками

Уплотнение грунтов тяжелыми трамбовками применяется с целью увеличения плотности грунтов, обеспечения равномерности осадок зданий и сооружений, возводимых на сильно и неравномерно сжимаемых естественных насыпных основаниях, рыхлых песчаных грунтах, устранения просадочных свойств макропористых глинистых грунтов, для уплотнения слабых глинистых, уменьшения водопроницаемости глинистых грунтов в основаниях бассейнов, резервуаров для воды и т.д.

Уплотнение тяжелыми трамбовками применяется при степени влажности S_r ≤ 0,6…0,7 и плотности сухого грунта ρ_d ≤ 1,55 т/м³.

Оптимальную влажность глинистых грунтов, уплотняемых трамбованием, при отсутствии данных непосредственного ее определения рекомендуется принимать: ω_о = ω_р – (1…3) %,

где ω_р – влажность на границе раскатывания. Для песков крупных и средней крупности ω_о = 8…12 %, для песков мелких и пылеватых ω_о = 12…18 %.

Геологические условия строительной площадки: с поверхности дна котлована на глубину до 2,8 м залегает слой суглинка твёрдого просадочного со следующими характеристиками:

ρ_S = 2,70 т/м³, ρ = 1,51 т/м³, ρ_d = 1,39 т/м³, w = 8,3 %; ниже залегает слой суглинка мягкопластичного с ρ_S = 2,71 т/м³,

ρ = 1,89 т/м³, ρ_d = 1,48 т/м³, w = 27 %, е = 0,82, φ_II =16,6⁰,

C_n = 17,2 кПа, Е₀ =9,2 МПа.

Уплотнение грунтов тяжелыми трамбовками производится свободным сбрасыванием с помощью крана-экскаватора с высоты 5-10 м трамбовок диаметром 1,4-3,5 м и весом 40-150 кН.

Уплотнение грунтов трамбованием следует производить при строгом соблюдении влажностного режима, под которым понимается назначение соответствующей расчетной влажности грунта, близкой к оптимальной.

Проектирование уплотненного трамбованием основания ведется в определенной последовательности. Задаваясь плотностью сухого грунта после трамбования, находят по нормам расчетное сопротивление уплотненного грунта, в зависимости от которого подбираются размеры подошвы фундамента.

Плотность сложения грунта уплотненного основания должна соответствовать значению γ_d ≥ 16,0 кН/м³. Принимаем к расчету γ_d = 16,5 кН/м³,

γ = γ_d∙(1+0,01∙w) = 16,5∙(1+0,01∙15) = 19,0 кН/м³.

Коэффициент пористости уплотненного основания:

,

Уплотнять грунты тяжелыми трамбовками можно при степени влажности S_r ≤ 0,6…0,7.

Определяем нормативные значения прочностных и деформационных характеристик грунта уплотненного слоя – суглинка твёрдого, при е = 0,64 по таблицам 4, 5, [2 ]: R₀= 275 кПа, С_п = 25 кПа, _п = 19⁰, Е = 17 МПа.

Определяем параметры уплотняемого основания, т.е. глубину, ширину и длину. Глубина уплотнения грунтов тяжелыми трамбовками находится в пределах 2…8 м и зависит от массы трамбовки, высоты сбрасывания, диаметра трамбовки, числа ударов и характеристик грунта и приближенно определяется по формуле:

h_s = k∙d,

где d – диаметр основания трамбовки, м;

k – коэффициент, принимаемый при уплотнении: песка – 1,55, супеси –– 1,45, просадочных грунтов – 1,2…1,3, глины – 1.

Не рекомендуется оставлять слабый слой небольшой мощности в пределах сжимаемой толщи.

Назначим глубину уплотнения h_s = 2,8 м, тогда:

d = h_s / k = 2,8 / 1,3 = 2,15 м

Вес трамбовки, исходя из требования обеспечения давления, передаваемого на грунт трамбовкой (примем 20 кПа) определяем из выражения:

G = Р∙А_тр. = Р∙(π·d²)/4 = 20·(3,14·2,15²)/4 = 20·4,01 = 80,2 кН.

Ширина и длина уплотняемой площади назначаются в соответствии с конфигурацией и размерами фундаментов, но во всех случаях ширина уплотняемой полосы должна быть не менее диаметра трамбовки, а за пределами фундаментов не менее 0,2 м с каждой стороны. Назначаем ширину уплотняемого основания:

b_у =6 + 2·0,2 = 6,4 м.

При производстве трамбовки толщина слоя уменьшится на определённую величину, которую определим по формуле:

∆h = 1,2· h_s∙(1- ρ_d/ρ_ds) =1,2∙2,8∙(1-1,39/1,65) = 0,50 м

где ρ_d и ρ_ds - соответственно, удельный вес грунта до и после уплотнения.

Следовательно после трамбовки толщина слоя будет равна:

H=2800-500=2300мм

Полная длина сваи определяется как сумма:

где - глубина заделки свай в ростверк, м;

- расстояние от подошвы ростверка до кровли несущего слоя, м;

- заглубление в несущий слой.

. Принимаем .

Сечение сваи принимаем

По таблице СНиП подбираем R при глубине погружения свай 12м– R=5200 кПа

При погружении свай забивкой молотом .

После определения и подбора длины и сечения сваи рассчитываем предельную несущую способность сваи по формуле (32):

где -коэффициент условий работы сваи в грунте,

принимаемый 1;

- расчётное сопротивление грунта под нижним концом сваи, принимаемое по таблице 1 (СНиП 2-020-3-85);

- площадь опирания на грунт сваи, м², принимаемая по площади поперечного сечения сваи брутто;

- наружный периметр поперечного сечения сваи, м;

- расчётное сопротивление -го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа, принимаемое по таблице 2 ;

- толщина -го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м;

- коэффициент условия работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи на расчётные сопротивления грунта и принимаемые по таблице 3 .Первые два слоя плохие, поэтому при расчете несущей способности мы их не учитываем. Остается 3-й слой глубиной 4,2м. Для данного слоя определим расчетное сопротивление по боковой поверхности сваи:

кПа; м

Несущая способность по формуле свай под блоки ФБС будет равна:

Расчётная нагрузка, допускаемая на одну сваю, определяется по формуле:

Сконструируем ростверк таким образом, чтобы в случае расположения свай в два ряда обеспечивался минимальный шаг свай, а также минимальный свес ростверка. То есть примем ширину ростверка равной 1,4м. Расчет производим на 1п.м длинны. Высота ростверка 0,6м.

кН

Необходимое количество свай в грунте определяется по формуле:

,

Заведомо фактическая нагрузка будет меньше допустимой, если принятое число свай будет больше расчетного.

Таким образом, принимаем с округлением 1 сваю., тогда на один ряд приходится одна свая, а шаг свай в ряду в этом случае равен

Определяем по формуле (29) фактическую нагрузку приходящуюся на сваю, которая должна быть меньше допустимой:

С целью проверки прочности основания свайный фундамент рассматривают как условный массивный фундамент

Осредненное расчетное значение угла внутреннего трения:

а_усл=1п.м.

b_усл==1,4 м

Проверку прочности куста свай проводим по формуле предварительно определив неизвестные слагаемые:

N_dll=180 кН – вертикальная расчётная нагрузка на фундамент, кН;

G_c=(11·0,22+0,05)∙10·2=49,4 кН – вес свай;

G_p=21+42,8=63,8 кН – вес ростверка;

G_гр=(13,1 – 3,0)∙16,04·1,4=226,81 кН – вес грунта;

N_II=180+49,4+63,8+226,81=580,00кН

M_II = Eae_a+P₁e₁G_грe₂=

С учетом коэффициента перегрузки который равен n=1,15 получаем:

М=52,81*1,15=60,73кН*м

R – расчётное сопротивление грунта основания условного массива, кПа, определяемое как для фундамента с геометрическими размерами, равными размерам условного массива грунта.

Проверку несущей способности по грунту фундамента из свай как условного фундамента выполним по формуле

Следовательно прочность грунтового основания обеспечена.

Изм.

Лист

№ док.

Подп.

Дата

Кол.