Расчет осадки фундамента во времени

Обновлено: 13.05.2024

Расчет затухания осадки во времени

gw – удельный вес воды, равный 10кН/м 3 ; Кфi – коэффициент фильтрации i-го слоя, Нф – путь фильтрации.

При вычислении Кфm необходимо учитывать наличие песчаных грунтов в сжимаемой толще. Если в сжимаемой толще есть эти слои, то они являются водопроводящими грунтами. При действии давления поровая вода из этих грунтов моментально отжимается из пор, поэтому песчаные грунты не препятствуют развитию осадки во времени.

Наличие песчаных грунтов укорачивает величину пути фильтрации, следовательно, уменьшает время затухания осадки. Поэтому возможны случаи:

а) высота сжимаемой толщи Нс равна пути фильтрации, когда в сжимаемой толще расположены только глинистые грунты, т.е. Нс = Нф;

б) под подошвой расположен песчаный слой грунта. В этом случае путь фильтрации расположен только в глинистых грунтах, т.е. Нф = Нсh1¢ (рис. 6.2);

в) песчаный слой расположен в середине глинистых грунтов. В этом случае Нф = Нс – (h3или h1¢). Из толщины Нс вычитается наибольшее из значений h3и h1¢ (рис. 6.2);

г) песчаный слой расположен в нижней границе сжимаемой толщи. В этом случае Нф = Нс – (h2+ h1¢).

Рассчитаем период Т

Определение затухания осадки во времени производим в виде таблицы (табл. 6.2).

Затухание осадки во времени

U, степень консолидации N t = T×N, годы st = U×sk
«0» «1» «2»
0,1
0,2
0,3
0,95

Значение N зависит от формы уплотняющих напряжений (рис. 6.3) и принимается из табл. 6.3.


Рис. 6.3. Эпюры уплотняющих напряжений

для случаев «0», «1», «2»

Зависимость значения N от U для трех случаев

U N U N
«0» «1» «2» «0» «1» «2»
0,1 0,02 0,12 0,005 0,6 0,71 0,95 0,42
0,2 0,08 0,25 0,02 0,7 1,00 1,24 0,69
0,3 0,17 0,39 0,06 0,8 1,40 1,64 1,08
0,4 0,31 0,55 0,13 0,9 2,09 2,35 1,77
0,5 0,49 0,73 0,24 0,95 2,80 3,17 2,54

Форма «0» соответствует состоянию, когда грунты полностью водонасыщены. В курсовом проекте можно принимать форму «0», если толщина сжимаемой толщи Нс находится в 0,5 Нс в водонасыщенном состоянии. Форма «1» принимается для насыпей, а форма «2» - во всех остальных случаях.

По данным табл. 6.2 строится график затухания осадки во времени (рис. 6.4).


Рис. 6.4. График затухания осадки во времени

Список рекомендуемой литературы

1. СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты // Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя ССС, 1986.

2. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия // Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986.

32. СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений // Госстрой СССР. - М.: Стройиздат, 1985.

4. СНиП 3.02.01-87. Земляные сооружения, основания и фундаменты // Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1989.

5. Основания, фундаменты и подземные сооружения // Под общ. ред. Е.А. Сорочан, Ю.Г. Трофименкова. - М.: Стройиздат, 1985. (Справочник проектировщика).

6. Руководство по проектированию свайных фундаментов // НИИОСП им. Н.М. Герсеванова Госстроя СССР. - М.: Стройиздат, 1980.

7. В.А. Веселов. Проектирование оснований и фундаментов // Основы теории и примеры расчета: учеб. пособие для вузов. - М.: Стройиздат, 1990.

8. Б.И. Далматов. Проектирование фундаментов зданий и промышленных сооружений: учеб. пособие для вузов // Б.И. Далматов, И.Н. Морарескул, В.Г. Науменко. - М.: Высш. шк., 1986.

9. Основания и фундаменты в дипломном проектировании: учеб. пособие для вузов. Ф.К. Лапшин. - Саратов: Изд-во Саратовск. ун-та, 1986.

10. Пособие по проектированию железобетонных ростверков свайных фундаментов под колонны зданий и сооружений (к СНиП 2.03.01-84 «Бетонные и железобетонные конструкции») // ЦНИИпромзданий Госстроя СССР и НИИЖБ Госстроя СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1985.

11. Серия 1.411.1-1/84. Свайные фундаменты под типовые железобетонные колонны одноэтажных производственных зданий. Фундаменты под колонны прямоугольного сечения: материалы для проектирования. - М., 1985. - Вып.1.

12. Серия 1.412-2. Свайные фундаменты под типовые колонны многоэтажных производственных зданий: материалы для проектирования свайных фундаментов с монолитными ростверками. - М., 1976. - Вып. 1.

13. М.В. Берлинов, Б.А. Ягунов. Примеры расчета основания и фундаментов. - М.: Стройиздат, 1986.

Приложения

1. Значения коэффициентов Мg, Мq и Мс

j Мg Мq Мс j Мg Мq Мс
1,0 3,14 0,69 3,65 6,24
0,01 1,06 3,23 0,72 3,87 6,45
0,03 1,12 3,32 0,78 6,67
0,04 1,18 3,41 0,84 4,37 6,90
0,06 1,25 3,51 0,91 4,64 7,14
0,08 1,32 3,61 0,98 4,93 7,40
0,10 1,39 3,71 1,06 5,25 7,67
0,12 1,47 3,82 1,15 5,59 7,95
0,14 1,55 3,93 1,24 5,98 8,24
0,16 1,64 4,05 1,34 6,34 8,55
0,18 1,73 4,17 1,44 6,76 8,88
0,21 1,83 4,29 1,55 7,22 9,22
0,23 1,94 4,42 1,68 7,71 9,58
0,26 2,05 4,55 1,81 8,24 9,97
0,29 2,17 4,69 1,95 8,81 10,37
0,32 2,30 4,84 2,11 9,44 10,80
0,36 2,43 4,99 2,28 10,11 11,25
0,39 2,57 5,15 2,46 10,85 11,73
0,43 2,73 5,31 2,66 11,64 12,24
0,47 2,89 5,48 2,88 12,51 12,79
0,51 3,06 5,66 3,12 13,46 13,37
0,56 3,21 5,84 3,38 14,50 13,98
0,61 3,44 6,04 3,66 15,64 14,64

2. Плиты железобетонные для ленточных фундаментов

Марка плиты Размеры плиты, мм Объем бетона, м 3 Масса плиты, т Эскиз
b l h
ФЛ32.12 ФЛ 32.8 1,6 1,05 2,62
ФЛ 8.12 ФЛ 28.8 1,37 0,9 3,42 2,24
ФЛ 4.12 ФЛ 24.8 1,14 0,74 2,845 1,865
ФЛ 0.12 ФЛ 20.8 0,98 0,64 2,44 1,595
ФЛ 6.24 ФЛ16.12 ФЛ 16.8 0,99 0,49 0,32 2,47 1,215 0,8
ФЛ 4.24 ФЛ 4.12 ФЛ 14.8 0,824 0,42 0,27 2,11 1,01 0,685
ФЛ12.24 ФЛ12.12 ФЛ 12.8 0,7 0,35 0,23 1,76 0,879 0,57
ФЛ10.24 ФЛ 0.12 ФЛ 10.8 0,61 0,3 0,2 1,52 0,75 0,495
ФЛ 8.24 ФЛ 8.12 0,56 0,27 1,395 0,685
ФЛ 6.24 ФЛ 6.12 0,41 0,2 1,04 0,515

3. Стеновые блоки для ленточных фундаментов

Марка плиты Размеры плиты, мм Объем бетона, м 3 Масса плиты, т
b l h
ФБС 24.3.6 ФБС 24.4.6 ФБС 24.5.6 ФБС 24.6.6 0,41 0,54 0,7 0,81 0,97 1,3 1,63 1,96
ФБС 12.4.6 ФБС 12.5.6 ФБС 12.6.6 0,26 0,33 0,4 0,64 0,79 0,96
ФБС 12.4.3 ФБС 12.5.3 ФБС 12.6.3 0,13 0,16 0,19 0,31 0,38 0,46
ФБС 9.3.6 ФБС 9.4.6 ФБС 9.5.6 ФБС 9.6.6 0,15 0,2 0,24 0,29 0,35 0,47 0,59 0,7
ФБВ 9.4.6 ФБВ 9.5.6 ФБВ 9.6.6 0,18 0,2 0,24 0,39 0,49 0,58
ФБП 24.4.6 ФБП 24.5.6 ФБП 24.6.6 0,44 0,53 0,58 1,05 1,26 1,4

П р и м е ч а н и я: 1. Масса блока приведена для тяжелого бетона.

2. Марка блоков: ФБС – фундаментный блок сплошной; ФБВ - фундаментный блок сплошной с вырезом для укладки перемычек, плит перекрытий и пропуска коммуникаций под потолком в подполье; ФБП - фундаментный блок пустотелый (с открытыми внизу пустотами).

4. Значения коэффициента a

Коэффициент a для фундаментов
круглых прямоугольных с соотношением сторон h = l / b лен-точ- ных
1,0 1,4 1,8 2,4 3,2
1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000
0,4 0,949 0,960 0,972 0,975 0,976 0,977 0,977 0,977
0,8 0,756 0,800 0,848 0,866 0,876 0,879 0,881 0,881
1,2 0,547 0,606 0,682 0,717 0,739 0,749 0,754 0,755
1,6 0,390 0,449 0,532 0,578 0,612 0,629 0,639 0,642
2,0 0,285 0,336 0,414 0,463 0,505 0,530 0,545 0,550
2,4 0,214 0,257 0,325 0,374 0,419 0,449 0,470 0,477
2,8 0,165 0,201 0,260 0,304 0,349 0,383 0,410 0,420
3,2 0,130 0,160 0,210 0,251 0,294 0,329 0,360 0,374
3,6 0,106 0,131 0,178 0,209 0,250 0,285 0,319 0,337
4,0 0,087 0,108 0,145 0,176 0,214 0,248 0,285 0,306
4,4 0,073 0,091 0,123 0,150 0,185 0,218 0,255 0,280
4,8 0,062 0,077 0,105 0,130 0,161 0,192 0,230 0,258
5,2 0,053 0,067 0,091 0,113 0,141 0,170 0,208 0,239
5,6 0,046 0,058 0,079 0,099 0,124 0,152 0,189 0,223
6,0 0,040 0,051 0,070 0,087 0,110 0,136 0,173 0,208
6,4 0,036 0,045 0,062 0,077 0,099 0,122 0,158 0,196
6,8 0,031 0,040 0,055 0,064 0,088 0,110 0,145 0,185
7,2 0,028 0,036 0,049 0,062 0,080 0,100 0,133 0,175
7,6 0,024 0,032 0,044 0,056 0,072 0,091 0,123 0,166
8,0 0,022 0,029 0,040 0,051 0,066 0,084 0,133 0,158
8,4 0,021 0,026 0,037 0,046 0,060 0,077 0,105 0,150
8,8 0,019 0,024 0,033 0,042 0,055 0,071 0,098 0,143
9,2 0,017 0,022 0,031 0,039 0,051 0,065 0,091 0,137
9,6 0,016 0,020 0,028 0,036 0,047 0,060 0,085 0,132
10,0 0,015 0,019 0,026 0,033 0,043 0,056 0,079 0,126
10,4 0,014 0,017 0,024 0,031 0,040 0,052 0,074 0,122
10,8 0,013 0,016 0,022 0,29 0,037 0,049 0,069 0,117
11,2 0,012 0,015 0,021 0,027 0,035 0,045 0,065 0,113
11,6 0,011 0,014 0,020 0,025 0,033 0,042 0,061 0,109
12,0 0,010 0,013 0,018 0,023 0,031 0,040 0,058 0,106

5. Сваи сплошные квадратного сечения

с поперечным армированием ствола

6. Расчетные сопротивления свай

Глубина погружения нижнего конца сваи, м Расчетные сопротивления под нижним концом забивных свай и свай-оболочек, погружаемых без выемки грунта, R, кПа
песчаных грунтов средней плотности
гравелистых крупных - средней крупности мелких пылеватых -
пылевато-глинистых грунтов при показателе текучести IL равном
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

П р и м е ч а н и я: 1. Над чертой даны значения R для песчаных грунтов, под чертой – для пылевато-глинистых.

2. В прил. 6 и 7 глубину погружения нижнего конца сваи и среднюю глубину расположения слоя грунта при планировке территории срезкой, подсыпкой, намывом до 3 м следует принимать от уровня природного рельефа, а при срезке, подсыпке, намыве от 3 до 10 м – от условной отметки, расположенной соответственно на 3 м выше уровня срезки или на 3 м ниже уровня подсыпки.

Глубину погружения нижнего конца сваи и среднюю глубину расположения слоя грунта в водоеме следует принимать от уровня дна после общего размыва расчетным паводком, на болотах – от уровня болота.

При проектировании путепроводов через выемки глубиной до 6 м для свай, забиваемых молотами без подмыва или устройства лидерных скважин, глубину погружения в грунт нижнего конца сваи прил. 6 следует принимать от уровня природного рельефа в месте сооружения фундамента. Для выемок глубиной более 6 м глубину погружения свай следует принимать как для выемок глубиной 6 м.

3. Для промежуточных глубин погружения свай и промежуточных значений показателя текучести IL пылевато-глинистых грунтов значения R и fi в прил. 6 и 7 определяются интерполяцией.

4. Для плотных песчаных грунтов, степень плотности которых определена по данным статического зондирования, значения R по прил. 6 для свай, погруженных без использования подмыва или лидерных скважин, следует увеличить на 100%. При определении степени плотности грунта по данным других видов инженерных изысканий или отсутствии данных статического зондирования для плотных песков значения R по прил. 6 следует увеличить на 60%, но не более чем до 20 000 кПа.

5. Значения расчетных сопротивлений R по прил. 6 допускается использовать при условии, если заглубление свай в неразрываемый и срезаемый грунт составляет не менее:

4,0 м – для мостов и гидротехнических сооружений;

3,0 м – для зданий и прочих сооружений.

6. Значения расчетного сопротивления R под нижним концом забивных свай сечением 0,15×0,15 м и менее, используемых в качестве фундаментов под внутренние перегородки одноэтажных производственных зданий, допускается увеличивать на 20%.

7. Расчетные сопротивления на боковой поверхности свай

Средняя глубина расположения слоя грунта, м Расчетные сопротивления на боковой поверхности забивных свай и свай-оболочек fi, кПа
песчаных грунтов средней плотности
крупных и средней крупности мелких пылева- тых - - - - - -
пылевато-глинистых при показателе текучести IL равном
0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

П р и м е ч а н и я : 1. При определении расчетного сопротивления грунта на боковой поверхности свай fi по прил. 7 следует учитывать требования, изложенные в прим. 2 и 3 к прил. 6.

2. При определении по прил. 7 расчетных сопротивлений грунтов на боковой поверхности свай fi пласты грунтов следует расчленять на однородные слои толщиной не более 2 м.

3. Значения расчетного сопротивления плотных песчаных грунтов на боковой поверхности свай fi следует увеличивать на 30% по сравнению со значениями, приведенными в прил. 7.

4. Расчетные сопротивления супесей и суглинков с коэффициентом пористости е < 0,5 и глин с коэффициентом пористости е < 0,6 следует увеличивать на 15% по сравнению со значениями, приведенными в прил. 7, при любых значениях показателя текучести.

3.2 Пример расчета

Определить затухание осадки ленточного фундамента шириной B = 1,4 м. Дополнительное давление в уровне подошвы фундамента σzрo = 240 кПа. Грунтовые условия – см. рисунок 3.I.

В основании фундамента преобладают пески, поэтому по таблице 3.1 при = 0,2 определяем при соотношении сторон /B > 10 коэффициент эквивалентного слоя Aw = 2,4.

Найдем по формуле (3.2) мощность эквивалентного слоя

Высота сжимаемой толщи, влияющая на осадку фундамента, для слоистого основания составит

Н = 2 . 3,36 = 6,72 м.

Найдем значения коэффициентов относительной сжимаемости для каждого слоя грунта сжимаемой толщи по формуле (3.10):


, (3.10)


где – коэффициент сжимаемости слоя;

e – коэффициент пористости слоя.

Для первого слоя – супеси:


αo1 = 0,0000774 / (1 + 0,72) = 0,000045 (кПа) -1;

для второго слоя – мелкого песка:

αo2 = 0,0000419 / (1 + 0,61) = 0,000026 (кПа) -1;

для третьего слоя – песка средней крупности:

αo3 = 0,0000314 / (1 + 0,57) = 0,00002 (кПа) -1;

для четвертого слоя – суглинка:

αo4 = 0,0000774 / (1 + 0,72) = 0,000045 (кПа) -1;


Рисунок 3.1 - Схема к расчету затухания осадки во времени


Рисунок 3.2 - График затухания осадок во времени

Определим средний коэффициент относительной сжимаемости по формуле (3.3):

o = +


+ (кПа) -1

Полная осадка фундамента по формуле (3.1) составит

S = 3,36 . 240,6 . 0,000036 = 0,0291 = 2,91 см,

что удовлетворяет требованиям расчета по второй группе предельных состояний:

S = 2,91 см < Su = 10 см.

Расчетная схема для определения затухания осадки во времени соответствует случаю, когда водопроницаемость грунтов с глубиной уменьшается, т.е. наблюдается односторонняя фильтрация воды вверх. Расчет ведем по случаю 2 (см. таблицу 3.2).

Найдем средний коэффициент фильтрации по формуле (3.8):


Kф = см/с.

Определим коэффициент консолидации по формуле (3.7):


Сv = см 2 /с.

Для того, чтобы показатель времени Т имел наименьшее численное значение для упрощения вычислений размерность Сv переведем в см 2 /год.


Тогда Сv = см 2 /год.

По формуле (3.9) определим показатель времени Т;


T = года

Вычисления представим в табличной форме (таблица 3.3), пользуясь данными таблицы 3.2 (случай 2).

Используя полученные данные, построим зависимость осадки от времени (рисунок 3.2).

3 Расчет осадки фундамента во времени

Для расчета затухания осадок фундаментов во времени можно воспользоваться методом эквивалентного слоя профессора Н.А. Цытовича.

В этом случае осадка слоистого основания определяется приближенно из выражения

где hэ – мощность эквивалентного слоя, м, определяемая из выражения


где hэ – коэффициент эквивалентного слоя, м, зависящий от коэффициента Пуассона ,формы подошвы и жесткости фундамента, определяется по таблице 3.1;

B - ширина подошвы фундамента, м ;


о - средний коэффициент относительной сжимаемости грунта,

Рo - дополнительное (уплотняющее) давление по подошве

В расчетной схеме сжимаемую толщу грунта, которая оказывает влияние на осадку фундамента, принимают равной двум мощностям эквивалентного слоя H = 2 hэ ,а распределение дополнительных давлений – по закону треугольника (рисунок 3.1).

Коэффициент относительной сжимаемости в пределах эквивалентного слоя определяется осредненно по формуле


, (3.3)

где n – число слоев грунта в пределах активной зоны;

hi – мощность i -го слоя грунта, м ;

Гравий и галька

Тяжелые глины сильно пластичные

Твердые глины и суглинки

Т а б л и ц а 3.1 – Значение коэффициента эквивалентного слоя

П р и м е ч а н и е – Awo – для центра тяжести гибкого фундамента;

Awm – для средней осадки гибкого; Awconst – для осадки жесткого фундамента


oi – коэффициент относительной сжимаемости i - го слоя, кПа -1;

Zi – расстояние от нижней точки эквивалентной треугольной эпюры до середины i - го слоя, м.

Метод эквивалентного слоя дает возможность прогнозировать затухание осадки во времени на основе теория фильтрационной консолидации.

По фильтрационной теории консолидации осадка полностью водонасыщенных грунтов за время t определяется по формуле

где U – степень уплотнения (степень консолидации);

S – величина конечной (стабилизированной) осадки, см, определяемой по формуле (3.1).

Значение U изменяется от 0 до I и определяется из решения дифференциальных уравнений в зависимости от схемы распределения давлений в уплотняющемся слое.

Так, для равномерно распределенных давлений


U = (3.5)

где e – основание натуральных логарифмов;

N – коэффициент, зависящий от физических свойств грунта, условий консолидации и времени


(3.6)

где t – время уплотнения от начала загружения, года ;

h – путь фильтрации воды, м ;

Cv – коэффициент консолидации, м 2 /год, равный

Cv = Kф / (ow), (3.7)

где Kф – средний коэффициент фильтрация грунта, м/год;


o– средний коэффициент относительной сжимаемости грунта, кПа -1 :


w – удельный вес воды, кН/м.

При слоистом напластовании грунтов ниже подошвы фундамента производят замену слоистого напластования условным однородным грунтом, обладающим средними характеристиками. Средний коэффициент относительной сжимаемости определяется по формуле (3.3), а средний коэффициент фильтрации грунта по формуле (3.8):


K ф = , (3.8)

где H – мощность активной зоны грунта, м;

hi – толщина i - го слоя грунта, м , находящегося в пределах активной зоны ;

Ki – коэффициент фильтрации i -го слоя грунта в пределах активной зоны , м/год.

Возможны три основных случая распределения давлений в уплотняющемся слое:

– случай 0 – прямоугольная эпюра давлений;

– случай I – треугольная эпюра с вершиной вверху (при уплотнении от собственного веса);

– случаи 2 – треугольная эпюра с вершиной внизу (при местной нагрузке).

Для упрощения расчетов значения N в зависимости от U для различных случаев приводятся в таблице 3.2

Выбор расчетной схемы уплотняющих давлений зависит от условий выхода воды при фильтрации в процессе уплотнения грунта. Различают следующие схемы:

Схема а. Если водопроницаемость грунтов с глубиной уменьшается, т.е. Kф1 > Kф2 > . >Kф , то расчет ведется по случаю 2 (см. таблица 3.2) и путь фильтрации воды принимается равным сжимаемой толще h =H , а направление фильтрации - вверх (см. рисунок 3.1).

Схема б. Если в пределах сжимаемой толщи залегают слои хорошо фильтрующего грунта, а наименьшей водопроницаемостью обладает средний слой, т.е. Kф1 > Kф2 < Kф3, считают, что вода отжимается вверх и вниз и расчет ведут по случаю O (см. таблица 3.2). Принимаем путь фильтрации воды, равным половине мощности сжимаемой толщи h =0,5H (см. таблица 3.2).

Схема в. Если основание сложено песчаными и глинистым грунтами, то затуханием осадки песчаных грунтов пренебрегают. За расчетную толщину слабо проницаемого (глинистого) слоя при определении среднего коэффициента фильтрации принимается hi.

Расчет ведется по случаю O (см. табл. 3.2), принимая путь движения воды h = hi / 2 ,

где hi – мощность глинистого слоя, т.е. как при двухсторонней фильтрации.

Приведенные формулы и таблицы дают возможность определить осадку слоя грунта как функцию времени. Конечной целью вычисления является построение кривой затухания осадки по ряду ее точек во времени.

Расчет удобно вести в табличной форме в следующем порядке. Определяют средние характеристики слоистого напластования грунтов. Далее устанавливают вид уплотняющих давлений и условия фильтрации воды. Вычисляют коэффициент консолидации и параметр времени T:


, (3.9)

где h – путь фильтрации воды, м;

Сv – коэффициент консолидации, м 2 /год.

Далее, задаваясь значениями U , вычисляют St , по таблице 3.2 определяют коэффициент N и вычисляют время t = T·N.

Расчет осадки во времени

Данный расчёт производится для определения скорости протекания осадки фундамента. Предполагается, что для грунта справедлива теория фильтрационной консолидации.


(21)

Кф – коэффициент фильтрации;

Е – модуль упругости, мПа;

 – коэффициент зависящий от вида грунта, 0,5;

w – плотность воды, 10 кН/м 3 ;

H – высота сжимаемого слоя.



(22)


(23)


(24)

Проверка осадки фундамента под колонну 3В


Протекание осадки во времени. Фундамент 3В.



Проверка осадки фундамента под колонну 3Г


Протекание осадки во времени. Фундамент 3Г.


Заключение по результатам проектирования на естественном основании:

Расчет естественного основания под фундамент оказался удовлетворительным. Поэтому принимаем ранее выбранные размеры фундаментов.

Проектирование и расчет свайных фундаментов

Нахождение количества свай для фундаментов.

В данной части проекта рассматривается расчет свайного фундамента. Принимаем железобетонные забивные сваи сечением 30x30 см, длина 6 м.

Определяем несущую способность принятой одиночной сваи по грунту.


; (25)

gc – коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый:gc= 1;

R расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, таблица1 [3],R=3400кПа

A– площадь поперечного сечения сваи: 0,09 м 2 ;

U– наружный периметр поперечного сечения сваи: 1,2м;

fi– расчетное сопротивлениеi-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа принимаемое потабл.2 СНиП 2-02-03-85,

hi– толщинаi-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м;

gcR,gcf– коэффициенты условий работы грунта соответственно под ниж- ним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления грунта и принимаемые потабл. 3 СНиП 2-02-03-85.


Количество свай определяется по формуле:


; (26)


- коэффициент надежности по грунту

N - допускаемое расчётное усилие:


(27)



Принимаем марку сваи С3-25; размер ростверка 1,5х1,5х1; расстояние между сваями 1,0м;

Вес ростверка: Gpп = 25*1,5*1,5*1 = 56кН

Расчётное значение веса ростверка Npп = 1,1*56 = 62 кН

Расчет свайного фундамента под колонну 3Б


Принимаем 3 сваи.

Расчет свайного фундамента под колонну 3Г


Принимаем 3 сваи.

Расчёт свайных фундаментов по деформациям

Подошву условного фундамента определим с помощью угла α


(28)


Определяем условную подошву:


(29)



Определяем расчётное сопротивление грунта на уровне подошвы условного фундамента


Рассчитываем напряжения, действующие под подошвой по формуле :


(30)


(31)


А – площадь подошвы, ;

d– глубина заложения, м;

- осреднённый удельный вес массива,.


(32)

Для фундамента под колонну 3В:




≤200 кН/м 2

Для фундамента под колонну 3Г:





≤200кН/м2


Осадка фундамента производится по формуле:


(17)


- коэффициент, зависящий от коэффициента бокового расширения грунта, равный 0,8;


- модуль деформации грунта.

szp,i– среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения вi-м слое грунта, равное полу-сумме указанных напряжений на верхнейzi-1и нижнейziграницах слоя по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента;

hi– соответственно толщинаi-го слоя грунта


(18)


- коэффициент, принимаемый по табл. [1];


- дополнительное давление.


(19)

P- равномерно распределенное давление;


(20)

р - плотность грунта, кН/м 3

h - высота толщи расположенной над определяемой точкой


Проверка осадки фундамента под колонну ЗВ

Расчёт осадки фундамента во времени

Для расчёта затухания осадок затухания фундаментов во времени можно воспользоваться методом эквивалентного слоя профессора Н.А. Цытовича. В этом случае осадка сложного основания определяется приближённо из выражения


- модуль эквивалентного слоя, определяется из выражения

- коэффициент эквивалентного слоя, зависящий от коэффициента Пуасона , формы подошвы фундамента и жесткости фундамента, определяется по таблице 3.1 (3)


- ширина подошвы фундамента, м.

- средний коэффициент относительной сжимаемости


– дополнительное (уплотняющее) давление по подошве фундамента, КПа.


В расчётной схеме сжимаемую толщу грунта, которая оказывает влияние на осадку фундамента, принимают равной двум мощностям эквивалентного слоя , а распределение дополнительных давлений по закону треугольника. Коэффициент относительной сжимаемости в пределах эквивалентного слоя определяется осреднённо по формуле:


, где

n – число слоёв грунта в пределах активной зоны


По фильтрационной теории консолидации осадка полностью водонасыщенных грунтов за время t определяется по формуле: , где

U – степень уплотнения (степень консолидации)

S – величина конечной (стабилизирующей) осадки, см.


, где


средний коэффициент фильтрации грунта, метр/год

- средний коэффициент относительной сжимаемости грунта

удельный вес воды

При сплошном направлении грунтов ниже подошвы фундамента производят замену сплошного напластования условным однородным грунтом, обладающего средними характеристиками.


Средний коэффициент фильтрации грунта: , где

Н – мощность активной зоны грунта, м.


Определить затухание осадки фундамента под колону шириной b=3 м. дополнительное давление в уровне подошвы фундамента

В основании фундамента преобладают пески и суглинки, поэтому по таблице3.1 (3) при , при соотношении сторон коэффициент эквивалентного слоя


Мощность эквивалентного слоя .


Высота сжимаемой толщи, влияющей на осадку фундамента, для слоистого основания составит: .


Найдём значение коэффициента относительной сжимаемости грунта , где


коэффициент сжимаемости слоя.


коэффициент пористости.




Средний коэффициент относительной сжимаемости:


Полная осадка фундамента составит:


.

Средний коэффициент фильтрации:



Определим коэффициент консолидации: .


Для того чтобы показатель времени Т имел наименьшее значение, чтобы упростить вычисления, размерность принимается в см/год:


.

Расчет осадки фундамента мелкого заложения и стабилизации ее во времени.

hi, Ei - соответственно толщина и модуль деформации i - го слоя грунта;

n - число слоев, на которое разбита сжимаемая толща основания.

Сжинаемую толщу грунта под подошвой фундамента делят на элементарные слои, толщиной не более 0,4 ширины подошвы фундамента. При слоистом основании каждый элементарный слой должен включать однородный грунт и не должен быть более 2м.

Вертикальные напряжения от собственного веса грунта на границе слоя, расположенного на глубине Z от подошвы фундамента, определяются по формуле



где - удельный вес грунта, расположенного выше подошвы фундамента;

dn - глубина заложения фундамента;


, hi - соответственно удельный вес и толщина i -го слоя грунта.

Ниже уровня подземных вод (УПВ) в песках к глинистых грунтах с JL > 0,5 учитывают взвешивавшее действие воды


где s - удельный вес грунта; w- удельный вес воды;

e - коэффициент пористости грунта.

Дополнительные вертикальные напряжения на глубине Z от подошвы фундамента, действующие по оси, проходящей через центр подошвы фундамента, определяются по формуле

Р - среднее давление под подошвой фундамента;

Нижняя граница сжимаемой, толщи основания принимается на глубине, где выполняется условие

. В случае, когда нижняя граница сжимаемой толщи заканчивается в грунтах с модулем деформации МПа, то эти грунт включается в сжимаемую толщу, а её нижнее границу переносят на глубину, где выполняется условие


DL – отметка планировки; NL - отметка поверхности природного рельефа; FL - отметка подошвы фундамента; WL - уровень подземных вод; В,С- нижняя граница сжимаемой толщи; d и dnглубина заложения фундамента соответственно от уровня планировки и поверхности природного рельефа; b - ширина фундамента; р - среднее давление под подошвой фундамента; р0 - дополнительное давление на основание; szg и szg,0– дополнительное вертикальное напряжение от внешней нагрузки на глубине z от подошвы фундамента и на уровне подошвы; szp и s,0 – дополнительное вертикальное напряжение от внешней нагрузки на глубине z от подошвы фундамента и на уровне подошвы; Нс – глубина сжимаемой толщи.

При развитии осадки поверхности слоя грунта, загруженного сплошной нагрузкой, во времени происходит фильтрация воды либо только верх, либо вверх и вниз. При расчете осадки фундамента во времени рекомендуется принимать распределение уплотняющих напряжений по эквивалентной треугольной эпюре. При однородном грунте в пределах сжимаемой толщи рассматривают два характерных вида фильтрации воды: 1)Однородный пылевато-глинистый грунт залегает мощным слоем. Фильтрация воды развивается преимущественно вверх.

2)Слой однородного пылевато-глинистого грунта подстилается фильтрующим слоем, расположенным в нижней точке треугольной эпюры напряжений. При слоистом залегании грунтов направления фильтрации отжимаемой воды зависят от водопроницаемости слоев.

Расчет осадок основания во времени

Осадки зданий и сооружений могут развиваться в течение достаточно длительного времени. Если в песчаных грунтах осадки, обычно, заканчиваются за время строительства, то на слабых водонасыщенных грунтах, как правило, величина полной осадки достигается в разное время (от нескольких лет до десятков и даже сотен лет). Длительность протекания осадок во времени зависит от многих факторов: водопроницаемости и ползучести скелета грунта, деформируемости всех его компонентов (поровой воды, включений воздуха, паров и газов, органических веществ и др.).

В водонасыщенных глинистых грунтах возможны значительные осадки (до сотен сантиметров), которые весьма медленно затухают, что создает большие затруднения для строителей. Поэтому расчет и прогноз скорости протекания осадок грунтов снования во времени представляют для механики грунтов большой интерес.

Решение поставленной задачи возможно с помощью теории фильтрационной консолидации. Согласно этой теории величину осадки фундамента на слабых водонасыщенных грунтах в любой промежуток времени можно определить по выражению

где St – осадка за данное время; S – конечная (полная) стабилизированная осадка, величину которой рекомендуется вычислять с использованием метода эквивалентного слоя грунта (по Н. А. Цытовичу); U = St / S – степень консолидации (уплотнения) грунта;

С учетом степени консолидации U осадка слоя грунта в момент времени t определяется по выражению

В формулах (4.28) и (4.29) показатель степени N при основании натуральных логарифмов е носит название фактора времени. Для случая равномерного уплотнения слоя грунта его значение определяется выражением

Для облегчения расчета осадок St разработаны таблицы, связывающие U и N. Задавшись последовательно значениями степени консолидации Q (с шагом по 0,1U), из таблицы выбирают соответствующее значение N, для которого из формулы (4.30) определяют время t. Величина осадки St, соответствующая этому времени, вычисляется из выражения (4.27).

График развития осадки фундамента во времени имеет вид, представленный на рис. 4.8.


Рис. 4.8. График изменения осадки фундамента во времени

В практике встречаются следующие случаи нагружения и развития эпюры уплотняющих напряжений в основании (рис. 4.9). Случай «0» соответствует одномерной задаче уплотнения при сплошной нагрузке, случай «1» характерен для осадок во времени грунта, уплотняющегося под действием собственного веса, случай «2» отвечает осадкам во времени фундаментов конечных размеров. Ниже приведены значения N и U для всех рассмотренных случаев (табл. 4.7).


Рис.4.9. Схемы загружения и развития эпюры уплотняющих давлений:

а – случай «0»; б – случай «1»; в – случай «2»

Значения N в зависимости от U

N для случая

N для случая

Используя формулы (4.27). ( 4.30) и табл. 4.7, в практических расчетах можно решать два вида задач:

1. При известных исходных данных можно вычислить величину осадки фундамента St для любого времени t после его загружения.

2. При известных исходных данных для любого значения степени консолидации грунтов U можно вычислить величину осадки фундамента St.

Пример 4.5

Определить развитие осадки во времени для отдельностоящего жесткого фундамента размером в плане 1,2х1,8 мипостроить график стабилизации осадки вида S = f(t).




Вычисление величины осадки фундамента St при заданных значениях степени консолидации грунта U произведем в следующей последовательности:

1. Определим конечную стабилизированную осадку фундамента методом эквивалентного слоя грунта по формуле

Дополнительное давление на уровне подошвы фундамента:

Толщина эквивалентного слоя he определяется из выражения

S = 1,58 ·0,00015·168 = 0,04 м = 4 см.

2. Так как в задаче требуется определить осадку фундамента, расчет развития осадки во времени производим для случая «2». Вычисляем величину коэффициента консолидации грунтов основания сv:

3. Для определения значения t вначале определим сжимаемую толщу грунта основания фундамента по формуле

h = Н = 2he = 2·1,58 = 3,16 м,

а затем найдем связь между t и N:

4. Вычисляем величину осадки фундамента St и времени t для различных значений степени консолидации U по формуле

Значения N принимаем по табл. 4.7.

U = 0,2; St = 0,2 · 4 = 0,8 см; N= 0,02; t = 0,81·0,02 = 0,016 год = 0,2 мес.

U = 0,4; St = 0,4 · 4 = 1,6 см; N= 0,13; t = 0,81·0,13 = 0,1 год = 1,2 мес.

U = 0,6; St = 0,6 · 4 = 2,4 см; N= 0,42; t = 0,81·0,42 = 0,3 год = 4 мес.

U = 0,8; St = 0,8 · 4 = 3,2 см; N= 1,08; t = 0,81·1,08 = 0,87 год = 10,44 мес.

U = 0,9; St = 0,9 · 4 = 3,6 см ; N= 1,77; t = 0,81·1,77 = 1,43 год = 17,2 мес.

График развития осадки фундамента во времени приведен на рис. 4.10.


Рис. 4.10. График изменения осадки фундамента во времени

Вопросы для контроля знаний

1. Какие причины вызывают различные деформации грунтов?

2. Какие допущения положены в основу метода послойного суммирования?

3. По какой формуле определяется осадка при расчете методом послойного суммирования?

4. Как строится эпюра напряжений от действия собственного веса грунта?

5. Как строится эпюра напряжений от действия дополнительного давления на грунт от фундамента?

6. Из каких условий определяется глубина сжимаемой толщи в методе послойного суммирования?

7. Каковы допущения метода линейно деформируемого слоя?

8. В каких случаях применяется метод линейно деформируемого слоя?

9. Как определяется осадка поверхности однородного грунта методом линейно деформируемого слоя?

10. Как учитывается слоистое залегание грунтов при расчете осадок методом линейно деформируемого слоя?

11. Каковы допущения метода эквивалентного слоя?

12. Что называетсяэквивалентным слоем?

13. От чего зависит толщина эквивалентного слоя?

14. Что такое активная зона сжатия?

15. В каких случаях эффективно применение метода эквивалентного слоя?

16. Как определяется глубина сжимаемой толщи в методе эквивалентного слоя?

17. Каким образом предлагается учитывать вес грунта, вынутого из котлована, в Актуализированной редакции СНиП 2.02.01-83*?

18. По каким формулам определяется осадка при расчете по рекомендациям Актуализированной редакции СНиП 2.02.01-83*?

20. Какие условия для определения глубины сжимаемой толщи при расчете методом послойного суммирования рекомендованы в Актуализированной редакции СНиП 2.02.01-83*?

21. Какая теория применяется для оценки протекания осадок грунтов во времени?

22. Какой вид имеет график развития осадки фундамента во времени?

23. Какие практические задачи чаще всего приходится решать с использованием теории фильтрационной консолидации?

Расчёт осадки фундамента во времени

Осадку, происходящую за определённое время, определяем по формуле 3.1.15. Конечная осадка фундамента s=1.2 см.

Путь фильтрации воды при двухсторонней фильтрации составит:

Коэффициент фильтрации грунта: kф4 =21*10 -9 м/с.

Определяем коэффициент консолидации по формуле 3.1.15…17:

Определяем значение показателя Т по формуле 3.1.18:

Полученные данные сводим в таблицу 4.1.2. Используя полученные данные, строим зависимость осадки во времени – рис.4.1.5.

Таблица 4.1.2. К расчёту осадки фундамента во времени

U Kt t= T×Kt St = U × S, см
0,1 0,02 0,00015 0,120
0,2 0,08 0,00062 0,240
0,3 0,17 0,00132 0,360
0,4 0,31 0,00240 0,480
0,5 0,49 0,00379 0,600
0,6 0,71 0,00550 0,720
0,7 1,00 0,00774 0,840
0,8 1,40 0,01084 0,960
0,9 2,09 0,01618 1,080
0,95 2,80 0,02167 1,140

Рисунок 4.1.5. Построение зависимости осадки во времени

Выбор сваебойного оборудования и определение отказа сваи

Исходя из принятой в проекте расчетной нагрузки, допустимой на сваю, определяется минимальная энергия удара по формуле:

где 25 Дж/кН – эмпирический коэффициент;

несущая способность сваи по грунту, кН.

По табл. Г.15, Г.16 [3] подбираем молот, энергия удара которого соответствует расчетной минимальной. Выбираем трубчатый дизель-молот с водяным охлаждением С-996.

Для трубчатых дизель-молотов расчетная энергия удара определяется:

где вес ударной части молота, кН;

3м -фактическая высота падения ударной части для трубчатого молота, м.

Для контроля несущей способности свайных фундаментов и окончательной оценки применимости выбранного молота, определяем отказ сваи:

где остаточный отказ, равный значению погружения свай от одного удара молота, м;

-коэффициент, принимаемый по табл. 10, в зависимости от материала сваи;

площадь сечения сваи, м 2 ;

расчетная энергия удара молота, кДж;

несущая способность сваи, кН;

коэффициент, принимаемый при забивке свай молотами ударного типа равный 1;

вес сваи и наголовника, кН:

вес масса подбабка, кН( );

коэффициент восстановления удара при забивке железобетонных свай молотами ударного действия с применением наголовника с деревянным вкладышем ( ).

Сечение 4-4

Расчет по скважине 1. Принимаем по ИГР мощность 1 слоя (почва) – 0.5м, 2 слоя – песок пылеватый -3.5м, 3 слоя (супесь пластичная) – 1.5м, 4 слоя (песок мелкий) – 3.0м. Натуральная отметка- 150.5м, что соответствует относительной отметке +0,100м.

4.2.1 Определение глубины заложения ростверка, длины сваи

Глубина заложения ростверка устанавливается аналогично п.3.1.1, не зависит от грунтовых условий и определяется по конструктивным соображениям.

Высоту ростверка принимаем: Н=0.4м.

Высота фундамента: 0.6м – 5 стеновых блоков. Тогда отметка низа подошвы фундамента -3.650м.

Глубина заложения d=3.65 - 0.15= 3.5м.

Определяем длину сваи по формуле 4.1.1:

При определении глубины погружения острия сваи выбираем слой грунта, обладающий высокими значениями физико-механических характеристик, в данном случае, это глина полутвердая. Сваи по характеру работы принимаем конечной жесткости – по табл. Г.1 [3] С60.30-6, т.к.глубина нижнего конца сваи 9d = 9*0.3 = 2.7м < 9.65м < 40d = 40*0.3 =16м.

Рисунок 4.2.1 К определению глубины заложения ростверка и несущей способности сваи

4.2.2. Определение несущей способности сваи

Расчётная схема для определения несущей способности сваи дана на рис. 4.1.1. Слои грунта, прорезаемые сваей, делим на элементарные слои толщиной не более 2м. Вычисляем средние глубины zi для каждого слоя грунта. Определяем несущую способность сваи по формуле 4.1.2.

Определяем fi в зависимости от величины zi и характеристик грунтов, полученные значения заносим в таблицу 4.2.1.

Таблица 4.2.1 К определению несущей способности сваи

z1,м 4,75 f1, кПа 14,125 h1,м 1,5 f1h1,кН/п.м. 21,188
z2,м 6,5 f2, кПа h2,м f2h2,кН/п.м. 128,000
z3,м f3, кПа 66,00 h3,м f3h3,кН/п.м. 66,000
z4,м 9,075 f4, кПа 62,68 h4,м 1,15 f4h4,кН/п.м. 72,076
z0,м 9.65 R, кПа å,кН/п.м. 287.26

A = 0.3х0.3=0.09 м 2 ; U = 0.3x4 =1.2м;

Fd = 1x(1x 0.09x 4665+ 1.2x1x287.26) = 764.57кН.

Определяем расчётное усилие на сваю по материалу (4.1.3):

В дальнейших расчётах принимаем меньшее значение несущей способности.

Расчётная допустимая нагрузка на сваю (4.1.4):

Предварительно количество свай в фундаменте определяем по формуле 4.1.10:

Принимаем однорядное расположение свай.

В плане сваи размещаем с шагом:

ар = 1/0.71сваи на м.пог=1.4м.

Расстояние от края ростверка до ближайшей грани сваи - 75мм. Конструирование тела ростверка показано на рис. 4.2.2

Рисунок 4.2.2. Расположение свай в ростверке

Определим нагрузку на голову сваи по формуле:

Поэтому для дальнейших расчетов оставляем сваю С 60.30-6.

4.2.3 Армирование ростверка

Ростверк выполняем из бетона класса С 16/20: fcd = 16/1.5 =10.67МПа; fck = 16МПа; fcfd = 0.21*fck 2/3 / gc= 0.21*16 2/3 / 1.5 =0.9 МПа.

Защитный слой бетона 80мм. Армирование ростверка осуществляется плоскими каркасами, которые устанавливаются в продольном направлении ростверка. Длина каркасов принимается в пределах 6..9м, исходя из длины поставляемой стержневой арматуры и технологичности изделия. Каркасы соединяются в одно изделие с помощью накладок на сварке. Верхняя арматура - f12 S400 и нижняя - f18 S400, поперечная арматура -f6 S240 с шагом равным 0.75h =0.75*0.3 =0.225м. Все каркасы соединяются в поперечном направлении ростверка арматурой f6 S240.

При заделке верхних концов свай в плиту ростверка на высоту 50мм поперечную арматуру уложить сверху на оголовки свай.

Рисунок 4.1.3 Монолитный ростверк (арматурный чертеж)

4.2.4. Проверка условного фундамента по деформациям

Расчёт осадок свайного фундамента выполним методом эквивалентного слоя. Определяем средневзвешенное значение угла внутреннего трения по формуле 4.1.7:

Определяем ширину условного фундамента (см. рис. 4.2.3) по формуле 4.1.8:

Определяем вес условного фундамента по формуле 4.1.9:

Среднее давление по подошве условного массивного фундамента по формуле 4.1.10:

Читайте также: