7. Определение конечной осадки основания фундамента.

Расчёт оснований по деформациям производится, исходя из условия

, (21)

где – совместная деформация основания и сооружения, определяемая расчётом;

_u – предельное значение совместной деформации основания и сооружения, устанавливаемой по указаниям п.2.51-2.55 [1].

Деформации основания, развивающиеся за счёт уплотнения грунта, определяются с использованием расчётных схем в виде линейно-деформируемого полупространства (метод послойного суммирования или линейно-деформируемого слоя).

В методе послойного суммирования осадка основания определяется по формуле

, (22)

где =0,8 – безразмерный коэффициент;

– среднее значение дополнительного вертикального напряжения в -ом слое грунта, равное полусумме указанных напряжений на верхней и нижней границах слоя;

и – соответственно толщина и модуль деформации слоя грунта (принимается , где в – ширина подошвы фундамента);

– число слоёв, на которое разбита сжимаемая толща основания (рис.6).

Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на границе слоя, расположенного на глубине z, от подошвы фундамента определяется по формуле

, (23)

где – удельный вес грунта, расположенного выше подошвы фундамента;

и – удельный вес и толщина -ого слоя грунта;

– вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента;

– глубина заложения фундамента от поверхности природного рельефа.

Удельный вес грунтов, залегающих ниже уровня подземных вод, но выше водоупора, должен приниматься с учётом взвешивающего действия воды.

Дополнительные вертикальные напряжения на глубине z от подошвы фундамента определяются по формуле

, (24)

где – коэффициент, принимаемый по табл.1 Приложения 2 [1] в зависимости от относительной глубины и от соотношения сторон прямоугольного фундамента ;

– дополнительное вертикальное давление под подошвой фундамента

, (25)

где – среднее давление под подошвой фундамента, определяемое по формуле (3).

Для фундаментов шириной м значение принимается равным среднему давлению под подошвой .

Нижняя граница сжимаемой толщи основания, до которой производится суммирование осадок по формуле (22), принимается на глубине, где выполняется условие .

Если граница сжимаемой толщи оказывается в слое грунта с модулем деформации <5 МПа, то нижнюю границу сжимаемой толщи следует находить, исходя из условия .

8. Пример 2.

Для здания без подвала определить глубину заложения подошвы фундамента мелкого заложения под крайнюю колонну, подобрать площадь его подошвы, законструировать фундамент и определить конечную осадку основания фундамента. Район строительства г. Нижний Новгород. Среднесуточная температура воздуха в помещении . Геологические условия строительства площадки принять по примеру 1. Сечение железобетонной колонны 40х60 см. Отношение длины сооружения к высоте L/H=8. Полы на лагах по грунту. Вертикальная нагрузка на обрез фундамента N_II=1800 кН, момент М_II=180 кН·м. Максимальная осадка основания S_max=8 см.

Для суглинков слоя №1 глубина промерзания при М_t=1 составляет d₀=0,23 м. При М_t=42,0 для здания без подвала с полами на лагах по грунту и температуре воздуха в помещении коэффициент К_h=0,64.

м.

В соответствии с п. 2.29 [1] для суглинков с показателем текучести J_L>0,25 с учётом глубины расположения уровня грунтовых вод d_w>d_f+2 (4,15>2,95) глубина заложения подошвы фундамента должна быть не менее d_f=0,95 м.

Принимаем по конструктивным соображениям высоту фундамента Н_ф=1200 мм.

Расчётная схема фундамента приведена на рис.4.

Для предварительного определения размеров подошвы фундамента находим величину условного расчётного сопротивления грунта основания R₀ по табл.3 Приложения 3 [1]. Для суглинка слоя № 1 с J_L=0,5 и е=0,83 по интерполяции получим R₀=187 кПа.

По формуле (8) определяем ширину подошвы квадратного в плане фундамента

.

Определим расчётное давление на грунт основания по формуле 7 [1]. Значения коэффициентов по табл.3 [1] , . По табл.4 [1] при находим значения коэффициентов ; ; .

Для бесподвального здания при в=3 м и d₁=1,35 м получим

кПа .

Вновь определяем ширину подошвы фундамента по формуле (9)

.

Так как имеем значительное расхождение величины в с предыдущим значением, то вновь определяем R при в=2,7 м.

кПа .

По формуле (9) получим

.

Два последних значения в близки между собой и поэтому принимаем ближайший размер в, кратный 300 мм.

; ;

кПа.

Среднее давление под подошвой фундамента по формуле (10) составит кПа<R=265,8 кПа.

Определим краевые давления под подошвой фундамента по формулам (11) и (12)

кПа<1,2R=1,2·265,8=319 кПа.

кПа>0.

Условия (10), (11) и (12) выполняются. Следовательно, принимаем размеры подошвы фундамента 3х3 м.

Выполним проверку напряжений, действующих на кровле пластичных супесей (проверка по слабому подстилающему слою).

Кровля слоя супесей (см. рис. 5) расположена на глубине z=2,45 м от подошвы фундамента. Для супеси , кПа.

Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на глубине 3,8 м от отметки планировки срезкой, составит

кПа

По табл.1 Приложения 2 [1] при и находим .

В соответствии с формулами (15), (17), (18) получим:

кПа ;

;

.

Ширина условного фундамента по формуле (16) составит

м .

По табл. 3 и 4 [1] для супесей с J_L=0,67 и получим , , ; ; .

Расчётное сопротивление супесей, залегающих под подошвой условного фундамента шириной м.

кПа.

Проверяем условие (14)

Условие выполняется. Поэтому оставляем принятые размеры подошвы фундамента в=3 м; l=3 м.

Выполним конструирование фундамента.

Толщина стенок (см. рис. 2 и 3) армированного стакана при м должна составить мм. Конструктивно принимаем =175 мм в направлении размера в.

Глубина заделки колонны в стакан мм.

Глубина стакана мм.

Тогда толщина днища стакана равна

мм, что больше минимально допустимой толщины 200 мм.

Коэффициент при классе бетона В15 и кПа в соответствии с таблицей 3 =3.

Примем высоту нижней ступени =300 мм. Тогда рабочая высота бетона при величине мм (здесь 20 – предполагаемый диаметр арматуры) =300-80=220 мм.

Допустимый вынос нижней ступени =3·220=660 мм.

Фактический вынос ступени (в предположении, что плитная часть состоит из одной ступени) в направлении размера в составляет

мм.

Принимаем в направлении в плитную часть трёхступенчатой с высотой ступени мм и выносом нижней ступени .

В направлении фактический вынос нижней ступени составит

мм.

Принимаем в направлении плитную часть двухступенчатой с высотой ступени мм и выносом нижней ступени .

Определим конечную осадку основания фундамента методом послойного суммирования.

Однородные пласты основания ниже подошвы фундамента разделим на слои толщиной м.

Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента =18,9·1,35=25,5 кПа.

Дополнительное давление в уровне подошвы фундамента в соответствии с формулой (25) составляет: кПа.

Значения и определяются по формулам (23) и (24).

Для z=0,8 м:

=25,5+18,9·0,8=40.6 кПа.

При и по табл.1 Приложения 2 [1] по интерполяции =0,808.

Тогда =0,808·201,5=162,8 кПа.

Ниже уровня подземных вод (WL) значения определяются с учётом взвешивающего действия воды. При достижении водоупора эпюра делает скачок, равный давлению от расположенного выше столба воды.

Результаты расчётов сведены в табл.4. Расчётная схема представлена на рис.6.

Таблица 4

Z, м	,	,	, кПа			, кПа	, кПа
0	18,9	-	25,5	0	1	201,5	182,15
0,8	18,9	-	40,6	0,53	0,808	162,8	148,8
1,6	18,9	-	55,7	1,07	0,669	134,8	111,83
2,45	18,9	-	71,8	1,63	0,441	88,86	69,82
3,65	17,0	-	92,2	2,43	0,252	50,78	44,54
4,35	-	9,0	98,5	2,9	0,19	38,29	33,55
5,15	17,0	9,0	105,7	3,43	0,143	28,81	24,28
			117,7
6,35	19,0	-	140,5	4,23	0,098	19,75

По формуле (22) осадка основания составляет:

Полученная осадка основания фундамента меньше предельно допустимой. Требования СНиП [1] выполняются.