IV. Расчет осадки фундамента.
Осадка основания фундамента определяется методом послойного суммирования осадок элементарных слоёв в пределах сжимаемой толщи грунта (СНиП 2.02.01 – 83, приложение 2). Расчёт осадок мостовых опор производится по средним величинам давления на грунт от постоянных нормативных вертикальных нагрузок. Расчёт по деформации сводится к выполнению условия:
, где
β – безразмерный коэффициент, равный 0.8;
σ – среднее дополнительное вертикальное напряжение в i – ом слое грунта;
ni и Ei – соответственно толщина и модуль деформации i – го слоя грунта;
n – число слоёв, на которое разбита сжимаемая толща грунта.
Нормативная нагрузка
Порядок расчёта:
1. На геологический разрез строительной площадки наносятся контуры фундамента.
2. Определяется контактное давление:
3. Определяем природное давление на уровне подошвы фундамента:
4. Определяем дополнительное давление под подошвой фундамента:
5. Назначаем мощность элементарного слоя и разбиваем сжимаемую толщу грунта на слои:
8.6-5.4=3.2, толщина слоя не должна превышать 2,08, тогда принимаем 2 слоя по 1,6м
6. Определяем природное давление на уровне подошвы каждого слоя, строим эпюры Рпр:
7. Определяем дополнительное давление на уровне подошвы каждого элементарного слоя:
где
- коэффициент, определяемый по таблице 1 приложения 2, СниП 2.02.01 – 83 из соотношения
; ;
; ;
; ;
; ;
; ;
8. Находим границу сжимаемой толщи грунта (ГСТ).
Она находится на глубине,
где
9. Определение среднего дополнительного напряжения в каждом слое:
10. Рассчитываем осадку:
Принимаем b = 5.2 м; l = 12.2 м; d = 5,4 м.
Рис. 3
Проектирование свайного фундамента.
В данном курсовом проекте задан пойменный вариант фундамента.
Определение глубины заложения и предварительных размеров ростверка:
На суходоле и водотоке при глубине воды менее 3 м следует проектировать фундаменты с низким ростверком (рис.4). В русле реки отметка плоскости обреза фундамента назначается ниже ГМВ не менее 0,5м.
Определение размеров обреза:
b = bо + 2*С
ℓ = ℓо + 2*С bо = 2,6 м ; b = 2,6 + 0,3*2 = 3,2 м ℓо = 9,9 м ℓ= 9,9+0,3*2=10,5 м толщина ростверка – 2м
Определение подошвы низкого ростверка:
В русле реки подошва ростверка располагается ниже линии местного размыва:
d = ГР+0,2=0,8+0,2=1,0м
Определение длины, несущей способности сваи и количества свай.
Несущая способность висячей сваи определяется по формуле:
Fd = γC *(γCR*R*A + U*∑γcf * fi * hi), [тс]; где
Fd – несущая способность висячей сваи;
γC, γCR, γcf - коэффициенты работы сваи ( при забивке сваи молотом = 1); U*∑γcf * fi * hi – суммарное сопротивление сваи по боковой поверхности; R*А – сопротивление грунта под концом сваи;
А – площадь сваи;
U – периметр сваи;
hi – толщина слоя;
fi – сила трения по боковой поверхности, зависит от глубины слоя Zi .
Z1 = 1,2 м f1 = 3,5 тс/м2 h1 = 2,0 м R = 500 тс/м2
Z 2 = 3,15м f 2 = 4,8 тс/м2 h 2 = 1,9 м А = 0,09 м2
Z 3 = 5,05м f 3 = 5,6 тс/м2 h 3 = 1,9 м L = 10м
Z 4 = 6,9 м f 4 = 6,0 тс/м2 h 4 = 1,8 м U = 1.2м
Z 5 = 8,9 м f 5 = 6,3 тс/м2 h 5 = 1,4 м
Fd = 1 *[1*500*0,09 + 1,2*( 3.5*2.0+4.8*1.9+5.6*1.9+6.0*1.8+6.3*1.4)] = 100,7 тс/м2
Определяем необходимое количество свай.
nс = NI*1.2/ Fd , шт
NI = (Qоп + Qпр + Nвр + Qр)*1.1, где Qр = Vр*γБ
Qр = (3,2*10,5*2)*(2,5-1) = 98 т
NI = (490+129+600+98)*1.1 = 1448,7 т
nс = 1448,7*1,2/100,7 = 17,3 ≈ 18 свай
Размещение свай в ростверке.
Сваи в ростверке располагают рядами. Минимальное расстояние от края ростверка, до края сваи = 25 см. Для наиболее лучшей работы сваи необходимо расположить их в ростверке, соблюдая условие: минимальное расстояние меду осями свай должно составлять min = 3*d, а максимальное max = 6*d, где d= для круглых – диаметр, для квадратных – ширина стороны.
С учетом вышеизложенных требований и d = 0,3 м; получается, что по ширине в ростверке можно разложить не более 3- х свай, а по длине должно располагаться не менее 7 свай. Итого в ростверке данного размера при соблюдении всех условий должно располагаться не менее 21 сваи.
По расчету необходимо 18 свай, но мы принимаем минимально возможное число свай = 21 шт.
Расположение свай в ростверке.
М = 1 : 100
Определяем вес свай.
Qсв = Lсв*qсв; Lсв = 21*12 = 252 м; qсв = 0,22 т/м;
Qсв = 252*0,22 = 55,5 т
пределение давления в основании под подошвой плиты ростверка.
( I – ое предельное состояние)
Краевые напряжения, возникающие в основании
под подошвой ростверка от нагрузок не должны
превышать несущей способности сваи по грунту.
σmax ≤ Fd
σmax x,y = (N1/nc)+Mx,y/nci*(yi); где nc – количество свай; nci – количество свай, работающих на выдергивание; yi – плечо сваи;
NI = 1448,7+55,5=1504,2т
Приводим моменты к подошве ростверка:
Мхроств = ΣМхобр + ΣТ1*hр ; ΣТ1 = T + W1 + P2 = 60+16,6+14,7 = 93,1 т
Мхроств = 620,27 + 91,3*2 = 803 т*м
Муроств = ΣМуобр + ΣТ2*hр ; ΣТ2 = W2 + P1 + Nуд = 10,6+23,9+31 = 65,5 т
Муроств = 691,7 + 65,5*2 = 822,7 т*м
σmax x = 1504,2/21 + 803*1,2/(7*1,22 + 7*1,22) = 102,7 т
σmax у = 1504,2/21 + 822,7*4,86/(6*1,622 + 6*3,122 + 6*4,682 ) =87,1 т
σmax = 102,7 < Fd = 100,7 с учетом допуска 5%
Вывод: Усилия под подошвой ростверка не превышают несущей способности сваи по грунту. Принимаем длину сваи = 10 метров.
Расчет осадки фундамента. ( расчет по деформации)
Расчет осадки выполняется по методу послойного, элементарного суммирования, как для условно – массивного фундамента. В состав условного массива входят ростверк, сваи, грунт между сваями и плоскостью, проведенной под углом = φ/4
bc = 2.4 + 2*d
ac = 9.6 + 2*d
d/ℓ = tg φ/4
d = ℓ*tg φ/4
1) Рассчитываем средний угол трения: φср
φср = (φсуп*hсуп +φп*hп + φглин*hглин)/( hп+hглин+hсуп);
φср = (14*4,9+36*3,7+14*1,4)/10= 22˚08'; φср/4 = 5˚31';
tg 5˚31' = 0,0929 ;
d = 10*0.0929 = 0.93 м,
bc= 2.4 + 2*0.93 = 4.26 м,
ас = 9,6 + 2*0,93 = 11,46 м
2) Определяем вес грунта:
Qгр = ас*bc*ℓ*γгр; γгр = γср= (γп*hп + γглин*hглин + γсуп*hсуп)/( hп+hглин+hсуп);
γср = (2,01*3,7 + 1,92*1,4 + 1,88*4,9)/10 = 1,93 т/м3
Qгр = 11,46*4,26*10*1,93 = 942,2 т
Сумма вертикальных нагрузок:
N = N1+(942.2)*1.1= 1448.7+1036.4=2485.1 тс.
3) Проверяем напряжения по подошве условно–массивного фундамента
R = 1.7*{R0*[1+k1*(bc-2)] + k2* γср*(d-3)}; где
R0 – условное сопротивление грунта под концом сваи; k1 = 0,02; k2 = 1,5
R = 1.7*{35*[1+0.02*(4.26-2)] + 1.5* 1.93*(10-3)}= 96.6 тс/м2
P = Nc/ac*bc ≤ R/γп
Р = 2485.1/11,46*4,26 = 50.9 ≤ 96.6/1,4 = 69
Вывод: условие проверки выполняется.
Дальнейший расчет осадки свайного фундамента аналогичен определению осадки фундамента мелкого заложения
Список использованной литературы:
1. Костерин Э.В. '' Основания и фундаменты'', М, Высшая школа. 1990г.
2. СНиП 2.02.01 – 83 '' Основания зданий и сооружений.''
3. СНиП 2.02.03 – 85 '' Свайные фундаменты. ''
4. СНиП 2.05.03 – 84 '' Мосты и трубы.''