Fundamenty

3. Основания и фундаменты
2023 – ВКР – 08.05.01
Изм.
Кол.уч.
Разработал
Лист
№ док.
Консультант
Михеева П.К.
Глушков В.Е.
Руководитель
Актуганов О.А.
Н. контроль
Актуганов О.А.
Зав. кафедрой
Поздеев В.М.
Подпись
Дата
Пояснительная записка.
Основания и фундаменты.
Научно-исследовательский центр по
изучению генетических ресурсов
растений в г. Изобильный
Стадия
Лист
Листов
ВКР
ФГБОУ ВО «ПГТУ», ИСА,
каф. СКиВ, гр. СУЗиС-61
3.1. Инженерно-геологические характеристики участка изысканий
В сфере взаимодействия проектируемого объекта с геологической средой
принимают участие четвертичные аллювиально-делювиальные отложения (adQ),
перекрытые сверху современными техногенными грунтами (tQIV).
Под насыпным слоем залегают четвертичные аллювиально-делювиальные
глины, суглинки и пески. Глины мягкоплпастичные, легкие. Суглинки различные
по числу пластичности (от легких до тяжелых) и показателю текучести
(мягкопластичные и текучепластичные). Пески средней крупности, рыхлые,
плотные и средней плотности, водонасыщенные.
С поверхности до глубины 18,0 м геолого-литологическое строение
площадки
изысканий
представлено
следующим
инженерно-геологическим
разрезом (сверху вниз):
Геол.
возр.
№№
ИГЭ
1
2
tQIV
НС
аdQ
2в
adQ
3г
adQ
3в
adQ
7а
adQ
7’
adQ
7а’’
Таблица 3.1. Инженерно-геологическая характеристика
Мощность
ОПИСАНИЕ ГРУНТОВ
ИГЭ, м
от
до
3
4
5
Насыпной грунт суглинисто-глинистого состава с примесью
строительных отходов и органических веществ, отсыпанный сухим
1.1
1.3
способом, слежавшийся.
Глина коричневая, темно-коричневая, легкая, мягкопластичная,
ожелезненная, известковистая, с включением точек и пятен
0.6
1.0
гумуса..
Суглинок коричневый, серо-коричневый, темно-серый, легкий и
тяжелый,
текучепластичный,
участками
ожелезненный,
0.5
3.9
гумусированный, с глубины 5,0 м - с включением прослоек и линз
песка и супеси мощ. 0,01-0,10 м.
Суглинок коричневый, серо-коричневый, серый, темно- серый,
тяжелый, прослоями легкий, мягкопластичный, участками
0.3
1.7
известковистый.
Песок коричневый, серый, средней крупности, рыхлый,
водонасыщенный, с включением прослоек и линз суглинка мощ.
0.2
1.7
0,01-0,05 м
Песок серый, средней крупности, средней плотности,
0.2
1.5
водонасыщенный.
Песок серый, средней крупности, плотный, водонасыщенный.
1.1
4.6
По результатам анализа пространственной изменчивости показателей
свойств грунтов, определенных полевыми и лабораторными методами на
площадке изысканий в сфере взаимодействия проектируемого объекта с
геологической средой выделено 7 инженерногеологических элементов (ИГЭ).
2022 – ВКР – 08.05.01
Изм.
Кол.уч.
Лист
№ док.
Подпись
Дата
Лист
Рисунок 3.1. Инженерно-геологический разрез Скв 1
Таблица 3.2. Нормативные расчетные характеристики грунтов
Нормативные характеристики
Расчетные
характеристики
№
ИГЭ
Номенклатура
грунтов
2в
Глина мягкопластичная
19,6
0,59
0,77
1,96
32,8
8
7,4
1,954
1,950
30,7
29,4
7
6
3г
Суглинок
текучепластичный
13,5
0,92
0,76
1,96
14,0
5
4,1
1,956
1,953
11,1
10,0
11
10
Угол Модул
Число Показ. Коэф. Плотн. Удел.
внут.тр
ь
пласт. текуч. порис. грунта сцепл.
.
дефор.
%
д.ед. д.ед. г/смз кПа град. МПа
2022 – ВКР – 08.05.01
Изм.
Кол.уч.
Лист
№ док.
Подпись
Дата
Плотн.
грунта
г/смз
Угол
Удел.
внут.т
сцепл.
р
КПа град.
Лист
Суглинок
мягкопластичный
3в
12,6
0,69
0,69
1,99
19,0
10
8,7
1,986
1,983
16,8
16,1
9
9
-
-
0,76
1,92
0,0
29
10,6
1,920
1,920
0,0
0,0
28
28
-
-
0,68
1,96
0,7
32
24,2
1,955
1,951
0,7
0,5
32
32
-
-
0,53
2,08
2,2
36
38,0
2,080
2,080
2,2
1,5
36
36
Песок
средней крупности,
рыхлый, водонасыщенный
Песок
средней крупности,
средней плотности,
водонасыщенный
Песок
средней крупности,
плотный, водонасыщеный
7а
7а'
7а''
Значение расчетного сопротивления основания для условного фундамента
шириной подошвы b=1,0 м для каждого слоя определяется по формуле:
𝑅=
𝛾𝑐1 ∙ 𝛾𝑐2
(𝑀𝛾 ∙ 𝑘𝑧 ∙ 𝑏 ∙ 𝛾𝐼𝐼 + 𝑀𝑞 ∙ 𝑑1 ∙ 𝑏 ∙ 𝛾𝐼𝐼′ + (𝑀𝑞 − 1) ∙ 𝑑𝑏 ∙ 𝛾𝐼𝐼′ + 𝑀𝑐 ∙ 𝐶𝐼𝐼 )
𝑘
где: 𝛾𝑐1 и 𝛾𝑐2 – коэффициенты условий работы, принимаемые по табл.5.4[61];
𝑘 – коэффициент, равный 1, т.к. прочностные характеристики грунта (𝜑 и 𝐶)
определены непосредственно испытаниями;
𝑀𝑦 , 𝑀𝑞 , 𝑀𝑐 – коэффициенты, принимаемые по табл.5.5[61] в зависимости от 𝜑𝐼𝐼 ;
𝑘𝑧 – коэффициент, принимаемый при 𝑏 < 10м, 𝑘𝑧 = 1;
𝑏 – ширина подошвы условного фундамента 𝑏 = 1м;
𝑑1 – глубина заложения подошвы фундаментов;
𝑑𝑏 – глубина заложения подвала (𝑑𝑏 = 0);
𝛾𝐼𝐼 – осредненное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы
фундамента с учетом взвешивающего действия воды;
𝛾𝐼𝐼` – то же, залегающих выше подошвы фундамента;
–
𝑐𝐼𝐼
расчетное
значение
удельного
сцепления
грунта,
залегающего
непосредственно под подошвой фундамента.
Таблица 3.3. Определение расчетного сопротивления грунта на стыке слоев
№
слоя
1
2в
Наименование
грунта
№
точки
Насыпной грунт
Глина
мягкопластичная
1
2
Δh
1
1
d1,
м
γII,
кН/м3
γ'II,
кН/м3
1
2
15
10,75
10,15
15
17,27
γc1
γc2
jII,
гр.
Mγ
Mq
Mc
cII,
кПа
R, кПа
3,82
30,7
154,6754
186,1924
1,1
1
7
0,12
1,47
2022 – ВКР – 08.05.01
Изм.
Кол.уч.
Лист
№ док.
Подпись
Дата
Лист
3г
3в
7а'
3в
7а
3в
7а'
3в
7а'
7а''
Суглинок
текучепластичный
Суглинок
мягкопластичный
Песок средней
крупности,
средней
плотности,
водонасыщеный
Суглинок
мягкопластичный
Песок средней
крупности,
рыхлый,
водонасыщеный
Суглинок
мягкопластичный
Песок средней
крупности,
средней
плотности,
водонасыщенный
Суглинок
мягкопластичный
Песок средней
крупности,
средней
плотности,
водонасыщенный
Песок средней
крупности,
плотный,
водонасыщенный
3
4
5
6
3,6
1,2
7
2
10,15
17,27
5,6
5,6
6,8
10,27
10,27
10,3
12,45
12,45
12,03
6,8
10,3
12,03
1
8
9
10
0,8
11
7,8
10,35
11,74
7,8
8,6
10,35
8,66
11,74
11,59
8,6
8,66
11,59
0,6
12
9,2
10,43
11,47
11
12
9,2
10,6
10,43
10,51
11,47
11,29
10,6
10,51
11,29
1,4
11
0,6
1,1
1
11
0,21
1,83
4,29
11
1,1
1
9
0,16
1,64
4,05
16,8
1,4
1
32
1,34
6,34
8,55
0,7
123,7827
194,6277
202,4264
224,2312
753,7941
840,5887
1,1
1
9
0,16
1,64
4,05
16,8
1,4
1
28
0,98
4,93
7,4
0
241,8615
256,1801
699,8315
742,6366
1,1
1
9
0,16
1,64
4,05
16,8
1,4
1
32
1,34
6,34
8,55
0,7
267,045
292,5857
1090,322
12
11,2
10,58
9,89
1011,404
13
11,2
10,58
9,89
276,5316
12,2
10,7
10,15
12,2
10,7
10,15
14
1
15
0,4
16
17
12,6
10,78
10,14
12,6
10,78
10,14
4,2
18
1,1
1
9
0,16
1,64
4,05
16,8
1,4
1
32
1,34
6,34
8,55
0,7
1127,567
1162,636
1531,91
1,4
16,8
-
300,1165
1
36
1,81
8,24
9,97
10,3
2,2
2026,897
3.2. Нагрузки на фундамент
Нагрузки на обрезе фундамента определяем по расчетной схеме согласно
полученным усилиям из РСН в ПК «ЛИРА-САПР». Наиболее характерные
сечения представлены на рисунке 3.2.
2022 – ВКР – 08.05.01
Изм.
Кол.уч.
Лист
№ док.
Подпись
Дата
Лист
Рисунок 3.2. Наиболее характерные сечения по обрезу фундамента
Таблица 3.4 Расчетные нагрузки на колонну по обрезу фундамента
𝑁 𝐼𝐼 , кН
𝑁 𝐼 , кН
Сечение 1
1348,4
1664,68
Сечение 2
1075,18
1343,97
Сечение 3
603,22
754,03
Сечение 4
339,5
424,38
Значения изгибающих моментов пренебрегаются из-за малого значения. Из
таблицы видно, что наиболее нагруженным является фундамент под колонну
«Сечение 1». Поэтому, дальнейшие расчеты по выбору типоразмера фундамента
выполняем для данного сечения.
3.3. Определение глубины заложения фундамента
Глубина заложения подошвы отдельно стоящего фундамента определяется
с учетом назначения конструктивных особенностей сооружения, нагрузок и
воздействий
на
основание,
а
также
геологических
условий
площадки
строительства, гидрогеологических условий, глубины сезонного промерзания и
оттаивания грунтов.
В соответствии с СП 22.13330.2016[61] «Основание зданий и сооружений»
по п. 5.5.3 нормативная глубина сезонного промерзания грунта dfn (м) , при
отсутствии данных многолетних наблюдений следует определять на основе
2022 – ВКР – 08.05.01
Изм.
Кол.уч.
Лист
№ док.
Подпись
Дата
Лист
теплотехнических расчетов. Для районов, где глубина промерзания не превышает
2,5м, ее нормативное значение допускается определять по формуле:
dfn = d0 ∙ √Mt
Mt -безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений
среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе (по СП
131.13330.2018[8], Mt = 5,7);
d0 - величина в (м), зависящая от вида грунта (для суглинков и глин d0 = 0,23 м);
𝑑𝑓𝑛 = 0,23 ∙ √5,7 = 0,55м
Расчетная глубина сезонного промерзания грунта 𝑑𝑓 определяется по
формуле:
𝑑𝑓 = 𝛾с ∙ 𝑘ℎ ∙ 𝑑𝑓𝑛
где, 𝛾с −коэффициент условий промерзания грунта, 𝛾с = 1.1;
𝑘ℎ −коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения,
определяется по таблице 5.2 СП 22.13330.2016[61], 𝑘ℎ = 0,5;
𝑑𝑓 = 1,1 ∙ 0,5 ∙ 0,55 = 0,3 м
3.4. Проектирование фундамента на песчаной подушке
Задачей настоящего расчета является определение размеров песчаной
подушки под фундамент колонны сооружения, обрезу которого соответствует
расчетная нагрузка N0II = 1348,4 кН.
Материал подушки: крупнозернистый песок с γ = 20,0 кН/м3, φ = 36°,
с = 1 кПа, Е = 40,0 МПа.
Примем размеры подошвы 3,0 × 3,0 м.
R=
=
1,4∙1,0
1
𝛾𝑐1 ∙𝛾𝑐2
𝑘
∙ [𝑀𝛾 ∙ 𝑘𝑧 ∙ 𝑏 ∙ 𝛾𝐼𝐼 + 𝑀𝑞 ∙ 𝑑1 ∙ 𝛾𝐼𝐼′ + (𝑀𝑞 − 1) ∙ 𝑑𝑏 ∙ 𝛾𝐼𝐼′ + 𝑀с ∙ 𝑐𝐼𝐼 ]=
∙ [1,81 ∙ 1 ∙ 3,0 ∙ 10,65 + 8,24 ∙ 1,25 ∙ 20 + (8,24 − 1) · 0 · 20 + 9,38 ∙
1 ] =382,49 кПа
где, 𝛾с1 и 𝛾с2 – коэффициенты условий работы, принимаемые по [61] 𝛾с1 =
1,4; 𝛾с2 = 1,0.
k- коэффициент, равный 1, т.к. прочностные характеристики грунта (𝜑 и С)
опрделены непосредственно испытаниями.
2022 – ВКР – 08.05.01
Изм.
Кол.уч.
Лист
№ док.
Подпись
Дата
Лист
𝑀𝛾 , 𝑀𝑞 , 𝑀𝑐 − коэффициенты, принимаемые по [61] в зависимости от 𝜑𝐼𝐼 . 𝑀𝛾 =
1,81; 𝑀𝑞 = 8,24; 𝑀с = 9,97.
𝑘𝑧 – коэффициент, равный 1, принимаемый при b<10 м. 𝑘𝑧 = 1
b – ширина подошвы условного фундамента, b=3 м.
𝑑1 − глубина заложения подошвы фундамента. 𝑑1 = 1,25 м;
𝑑𝑏 = 0м, глубина подвала, расстояние от уровня планировки до пола подвала, м
(для сооружений с подвалом глубиной свыше 2 м принимают равным 2 м)
𝛾𝐼𝐼 − осредненное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы
фундамента 𝛾𝐼𝐼 = 10,65 кН/м3
𝛾𝐼𝐼′ − то же, залегающих выше подошвы фундамента. 𝛾𝐼𝐼′ = 20 кН/м3
𝑐𝐼𝐼 −расчетное
значение
удельного
сцепления
грунта,
залегающего
непосредственно под подошвой фундамента.
Уточняем нагрузки на основание.
Вес монолитного фундамента и пола:
𝑁ф = 𝑉ф ∙ 𝜌 = 172,8 кН.
Итого: 𝑁𝐼𝐼 = 1348,4 + 172,8 = 1521,2 кН
𝑃𝐼𝐼 =
𝑁0𝐼𝐼
1521,2
+ 𝛾𝑚𝑡 ∙ 𝑑 =
+ 20 ∙ 1,0 = 189,02 кПа < R = 382,49 кПа
𝐴
3∙3
𝜎𝑔0 = 𝛾𝐼𝐼 ∙ ℎ = 10,65 ∙ 1,25 = 13,31 кПа; 𝑃0 = 𝑃𝐼𝐼 − 𝜎𝑔0 = 189,02 − 13,31
= 175,71 кПа.
Высота песчаной подушки определяется из условия, чтобы полное давление
у основания песчаной подушки σzp + σzg не превышало расчетного сопротивления
подстилающего слоя грунта Rz.
Высота песчаной подушки определяется последовательным приближением
с проверкой условия σzp + σzg ≤ Rz.
Таблица 3.5. Подбор высоты песчаной подушки
ξ
z, м
0
0
0,4
α
σzp, кПа
σzg, кПа
1
175,71
10,65
1,2
0,96
168,68
34,65
0,8
2,4
0,80
140,67
58,65
1,2
3,6
0,606
106,48
82,65
2022 – ВКР – 08.05.01
Изм.
Кол.уч.
Лист
№ док.
Подпись
Дата
Лист
1,4
4,2
0,527
92,6
94,65
Напряжение от собственного веса грунта:
𝜎𝑧𝑔 = 𝛾𝑖 ∙ ℎ𝑖
Напряжение от действия внешней нагрузки:
𝜎𝑧𝑝 = 𝛼 ∙ 𝑃0
𝛼-коэффициент затухания нагрузки;
Принимаем песчаную подушку толщиной 4,2м.
𝜎𝑧𝑝 + 𝜎𝑧𝑔 = 92,6 + 94,65 = 187,25 кПа
𝐴𝑧 =
𝑁0𝐼𝐼
𝜎𝑧𝑝 +𝜎𝑧𝑔
=
1521,2
187,25
= 8,12 м2 ; 𝑏𝑧 = √𝐴𝑧 = √8,12 = 2,85 м. Принимаем 2,9 м.
Ниже залегает суглинок текучепластичный γII=9,77кН/м3 ,φ=11º, с=11,1кПа.
𝛾𝑐1 ∙ 𝛾𝑐2
𝑅𝑧 =
∙ [𝑀𝛾 ∙ 𝑘𝑧 ∙ 𝑏 ∙ 𝛾𝐼𝐼 + 𝑀𝑞 ∙ 𝑑1 ∙ 𝛾𝐼𝐼 ′ + (𝑀𝑞 − 1) ∙ 𝑑𝑏 ∙ 𝛾𝐼𝐼 ′ + 𝑀𝑐 ∙ 𝑐𝐼𝐼 ] =
𝑘
1,1 ∙ 1
=
∙ [0,21 ∙ 1 ∙ 2,9 ∙ 10,27 + 1,83 ∙ 5,45 ∙ 20 + (1,83 − 1) ∙ 0 ∙ 20 + 4,29 ∙ 11,1]
1
= 278,67кПа
𝜎𝑧𝑝 + 𝜎𝑧𝑔 = 187,25кПа ≤ 𝑅𝑧 = 278,68кПа – условие соблюдается.
Расчет осадки фундамента методом послойного суммирования
Среднее давление под подошвой 𝑃𝐼𝐼 = 189,02
кН
м2
.
Дополнительное давление на грунт: 𝑃0 = 175,71 кПа.
Грунт под подошвой разбиваем на слои ℎ𝑖 = 0,4 ∙ 𝑏
Ординаты эпюры природного давления грунта: 𝜎𝑧𝑞𝑖 = 𝛾𝐼𝐼 ∙ ℎ + ∑ 𝛾𝐼𝐼𝑖 ∙ ℎ𝑖
Ординаты эпюры дополнительного давления на грунт: 𝜎𝑧𝑝 = 𝛼 ∙ 𝑃0
Где
𝛼 −коэффициент,
определяемый
по
табл.1.
прил.
К
СП
22.13330.2016[61] в зависимости от 2𝑧⁄𝑏 и 𝑙 ⁄𝑏.
Нижняя граница сжимаемой толщи определяется исходя из условия 0,2 ∙
𝜎𝑧𝑞 = 𝜎𝑧𝑝 .
Осадка фундамента определяется по формуле:
𝑛
𝑆 = 𝛽∑
𝑖=1
𝜎𝑧р𝑖 ∙ ℎ𝑖
𝐸𝑖
2022 – ВКР – 08.05.01
Изм.
Кол.уч.
Лист
№ док.
Подпись
Дата
Лист
где β- безразмерный коэффициент, равный 0,8
𝜎𝑧р𝑖 - среднее значение дополнительного вертикального нормального
напряжения в 𝑖 − ом слое грунта, равное полусумме напряжений на верхней и
нижней границах слоя по вертикали, проходящей через центр подошвы
фундамента;
ℎ𝑖 , 𝐸𝑖 −соответствнно толщина и модуль деформации слоя грунта;
n-число слоев, на которое разбита сжимаемая толща основания;
Предельная осадка для здания с металлическим каркасом 𝑆𝑢 = 15 см.
Таблица 3.5. Расчет осадки фундамента
№
точки
ϒII,
кН/м3
Е0, кПа
20,00
40000
hi, м
σzg,
кПа
z, м
0
0
20,00
40000
0,80
20,00
40000
0,80
4
40000
0,80
20,00
40000
0,65
10,06
8700
0,40
9,82
24200
1,00
157,00
1,66
0,361
28,20
68,29
173,00
2,21
0,232
31,40
43,85
189,00
2,76
0,161
34,60
30,39
205,00
3,31
0,110
37,80
20,70
218,00
3,76
0,085
41,00
16,00
219,47
3,86
0,069
43,60
13,11
227,51
4,41
0,056
43,89
10,57
231,54
4,69
0,045
45,50
8,42
241,36
5,38
0,041
46,31
7,77
0,80
48,27
249,41
5,93
0,039
0,60
7,44
49,88
3,72
si
112,03
2,904
99,07
2,283
69,90
1,437
48,43
0,897
40,14
0,351
30,38
0,243
22,45
0,135
18,45
0,234
15,23
0,482
12,72
0,194
10,32
0,139
9,92
0,286
9,81
0,205
83,09
56,72
40,14
30,38
22,45
18,45
15,23
12,72
10,32
9,92
3,88
8,6
12
8700
111,38
4,21
7,8
11
10,06
0,589
5,28
6,8
10
8700
1,10
σzy ср
115,05
6,56
6,4
10,06
141,00
0,80
9
25,00
8,00
5,6
8700
173,98
0,15
8
10,06
0,920
10,35
5,45
7
109,00
15,19
4,8
6
21,80
21,93
5
4100
0,55
0,80
20,00
σzy=σzg
* α,
кПа
56,07
3,2
9,77
125,00
0,80
4
40000
189,02
0,2σzg
кПа
89,84
2,4
3
σzpср,
кПа
142,68
1,6
2
20,00
1,000
σzp=αPo,
кПа
181,50
0,80
40000
0,00
α
0,80
1
20,00
109,00
ξ=2z/b
9,81
Полная осадка фундамента по расчету:
S=1,0 см <𝑆𝑢 = 15см
2022 – ВКР – 08.05.01
Изм.
Кол.уч.
Лист
№ док.
Подпись
Дата
Лист
Рисунок 3.2. Наиболее характерные сечения по обрезу фундамента
2022 – ВКР – 08.05.01
Изм.
Кол.уч.
Лист
№ док.
Подпись
Дата
Лист
3.5.
Глубина
заложения
Определение несущей способности сваи
ростверка
определяется
dp
в
зависимости
от
геологических и гидрологических условий площадки строительства и глубины
сезонного промерзания грунта:
𝑑𝑓𝑛 = 0,23 ∙ √5,7 = 0,55м; 𝑑𝑓 = 1,1 ∙ 0,5 ∙ 0,55 = 0,3м
Окончательно принимаем глубину заложения подошвы ростверка d=1м.
По геологическим условиям свая висячая. Нижний конец сваи заглубляется
в песок средней крупности на 0,9м. От низа подошвы ростверка до слоя песка
средней крупности 5,8м. Заделку сваи в ростверк принимаем 0,3м. Длина свай
должна быть не менее:
𝑙𝑐 = 5,8 + 0,9 + 0,3 = 7м.
Выбираем сваи сплошные квадратного сечения марки С70.35-8. Сваи с
ненапрягаемой арматурой из бетона класса В20, марка по морозостойкости F200,
марка по водонепроницаемости W6, Vсв=0,88м3, вес 2,2т, арматура 4Ø8 А400.
А=0,35∙0,35=0,1225м2, u=0,35∙4=1,4м.
Определяем несущую способность одной сваи.
Несущую способность Fd, кН(Тс), висячей забивной сваи, погружаемой без
выемки грунта, работающей на сжимающую нагрузку, следует определять как
сумму сил расчетных сопротивлений грунтов основания под нижним концом сваи
и на её боковой поверхности по формуле [24]:
𝐹𝑑 = 𝛾𝑐 ∙ (𝛾𝑐𝑅 ∙ 𝑅 ∙ 𝐴 + 𝑢 ∙ 𝛾𝑐𝑓 ∙ ∑ 𝑓𝑖 ∙ 𝑙𝑖 )
где, γc=1,0 – коэффициент условий работы сваи в грунте;
R=3700 кПа – расчетное сопротивление грунта сваи под нижним концом сваи,
(по табл. 7.2[62];
А – площадь опирания на грунт сваи (м2), принимаемая по площади поперечного
сечения сваи брутто А=0,1225м2;
u=1,4м – наружный периметр поперечного сечения сваи;
fi – расчетное сопротивление i-го слоя грунта на боковой поверхности сваи, кПа,
принимаемая по табл. 7,3 [62];
2022 – ВКР – 08.05.01
Изм.
Кол.уч.
Лист
№ док.
Подпись
Дата
Лист
γcR, γcf – коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним
концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа
погружения
сваи
(погружение
дизельными
молотами)
на
расчетные
сопротивления грунта и принимаемые по табл. 7.4 [62].
Таблица 3.6. К определению несущей способности сваи
Грунт
IL
0,59
Zi, м
1,5
fi, кН/м2
11,9
hi , м
1,0
fihi, кН/м
11,9
Суглинок
текучепластичный
0,92
2,9
4,7
6,0
6,8
1,8
1,8
10,8
12,24
Суглинок
мягкопластичный
0,69
6,2
10,8
1,2
12,96
-
7,25
61,2
0,9
55,08
Глина
мягкопластичная
Песок средней
крупности, средней
плотности,
водонасышенный
Σ fihi=
102,98
Рисунок 3.3. К расчету несущей способности сваи
𝐹𝑑 = 1 ∙ (1 ∙ 3700 ∙ 0,1225 + 1,4 ∙ 1 ∙ 102,98) = 597,42 кН
Расчетная нагрузка, передаваемая на сваю:
𝐹𝑑 597,42
𝑁=
=
= 426,73кН
𝛾𝑘
1,4
Расчетное сопротивление сваи по материалу:
2022 – ВКР – 08.05.01
Изм.
Кол.уч.
Лист
№ док.
Подпись
Дата
Лист
Р = 𝜑 ∙ (𝑅𝑏 ∙ 𝐴 + 𝑅𝑠 ∙ 𝐴𝑠 ) = 1,0 ∙ (9,2 ∙ 103 ∙ 0,1225 + 340 ∙ 103 ∙ 0,0002012)
= 1195,41кН ≥ 426,73кН
где, Rпр=11,5∙0,8=9,2МПа – призменная прочность бетона на сжатие;
Аs=2,012 см2 – площадь сечения арматуры;
Rs=340МПа – прочность на сжатие арматуры класса А-400;
Определяем количество свай:
𝑁0І
1664,68
𝑛=
=
= 5,25
𝑁 − 𝛾ср ∙ ℎ ∙ (3 ∙ 𝑑)2 ∙ 𝛾𝑛 426,7 − 11,74 ∙ 7,7 ∙ (3 ∙ 0,35)2 ∙ 1,1
Принимаем 6 шт.
Конструируем ростверк. Определим его размеры:
𝑎𝑝 = (𝑚𝑥 − 1) ∙ 𝑡𝑦 + 2 ∙
𝑑
0,35
+ 2 ∙ 0,05 = (3 − 1) ∙ 1,05 + 2
+ 2 ∙ 0,05 = 2,55м
2
2
≈ 2,6м
вр = (𝑚𝑦 − 1) ∙ 𝑡𝑥 + 2 ∙
𝑑
0,35
+ 2 ∙ 0,05 = (2 − 1) ∙ 1,05 + 2
+ 2 ∙ 0,05 = 1,5м
2
2
≈ 1,6м
где, ap и вp – соответственно длина и ширина ростверка;
my и mx – соответственно количество свай, размещенных вдоль оси Y и X;
ty и tx – соответственно шаг свай по оси Y и X;
d – поперечный размер сваи.
𝐺𝑝І = 𝛾𝑓 ∙ 𝑉𝑝 ∙ 𝛾 = 1,1 ∙ (1,6 ∙ 2,6 ∙ 0,6 + 0,35 ∙ 2,6 ∙ 1,6) ∙ 25 = 98,8кН
І
І
𝐺гр
= 𝛾𝑓 ∙ 𝑉𝑝 ∙ 𝛾гр
= 1,1 ∙ (1,6 ∙ 2,6 ∙ 0,4) ∙ 20 = 40,27кН
Суммарная нагрузка на основание:
І
𝑁∑ = 𝐺𝑝І + 𝐺гр
+ 𝑁0І = 98,8 + 40,27 + 1664,68 = 1803,75кН
Проверяем нагрузку на сваю в крайнем ряду:
𝑁ф =
𝜑ср =
𝑁∑ 1803,75
=
= 300,63кН ≤ 1,2 ∙ 𝑁 = 1,2 ∙ 426,7 = 512,04кН
𝑛
6
∑ 𝑙𝑖 ∙
ℎ𝑝
𝜑𝑖ІІ
Расчет основания по деформациям
𝜑ср
0,9 ∙ 32 + 1,2 ∙ 9 + 3,6 ∙ 11 + 1,0 ∙ 7
=
= 12,87°; 𝛼 =
= 3,2°
6,7
4
Определяем размеры условного фундамента:
2022 – ВКР – 08.05.01
Изм.
Кол.уч.
Лист
№ док.
Подпись
Дата
Лист
𝑎усл. = 𝑎𝑝 − 0,1 + 2𝑙 ∙ 𝑡𝑔ɑ = 1,6 − 0,1 + 2 ∙ 6,7 ∙ 𝑡𝑔3,2° = 2,25 м
𝑏усл. = 𝑏𝑝 − 0,1 + 2𝑙 ∙ 𝑡𝑔ɑ = 2,6 − 0,1 + 2 ∙ 6,7 ∙ 𝑡𝑔3,2° = 3,25 м
Определяем вес условного массива грунта.
Общий объем свай 𝑉𝑐 = 6 ∙ 0,88 = 5,28 м3 ;объем ростверка 𝑉р = 3,95м3 ;
Общий объем массива:
𝑉 = 𝑎усл. ∙ 𝑏усл. ∙ 𝐻 = 2,25 м ∙ 3,25м ∙ 7,7м = 56,31 м3
Объем грунта в условном массиве:
𝑉гр = 𝑉 − 𝑉𝑐 − 𝑉р = 56,31м3 − 5,28м3 − 3,95м3 = 47,08 м3
Определяем вес грунта выше острия свай:
ІІ
𝛾ср
= 10,35
кН
м3
ІІ
Вес грунта: 𝑁гр = 𝛾ср
∙ 𝑉гр = 10,35 ∙ 47,08 = 487,28кН
Давление под подошвой условного фундамента:
𝑁 ІІ + 𝑁гр 1348,4 + 487,28
кН
Р=
=
= 251,03 2
𝑎ус ∙ 𝑏ус
2,25 ∙ 3,25
м
Сопоставим Р с расчетным давлением на уровне нижнего конца свай.
𝛾𝑐1 ∙ 𝛾𝑐2
𝑅=
∙ [𝑀𝛾 ∙ 𝑘𝑧 ∙ 𝑏 ∙ 𝛾𝐼𝐼 + 𝑀𝑞 ∙ 𝑑1 ∙ 𝛾𝐼𝐼 ′ + (𝑀𝑞 − 1) ∗ 𝑑𝑏 ∗ 𝛾𝐼𝐼 ′ + 𝑀𝑐 ∙ 𝑐𝐼𝐼 ] =
𝑘
1,4 ∙ 1
=
∙ [1,34 ∙ 1 ∙ 2,25 ∙ 10,35 + 6,34 ∙ 9,7 ∙ 11,74 + (6,34 − 1) ∙ 0 ∙ 11,74 + 8,55
1
∙ 0,7] = 1062,85кПа
𝑅 = 1062,85кПа ≥ Р = 251,03
кН
м2
Расчет осадки фундамента методом послойного суммирования
Дополнительное давление на грунт:
𝑃0 = 𝑃𝐼𝐼 − 𝛾𝐼𝐼 ∙ ℎ = 251,03
кН
кН
−
10,35
∙ 7,7м = 171,34 кПа.
м2
м3
Таблица 3.7. Расчет осадки фундамента
№
точки
ϒII,
кН/м3
Е0, кПа
hi, м
σzg,
кПа
z, м
0
0
19,54
7400
1,000
σzp=αPo,
кПа
σzpср,
кПа
251,03
0,2σzg
кПа
σzy=σzg
* α,
кПа
15,94
79,70
222,84
0,50
7400
0,00
α
0,50
1
19,54
79,70
ξ=2z/b
0,50
89,47
0,44
0,775
194,66
17,89
178,90
2022 – ВКР – 08.05.01
Изм.
Кол.уч.
Лист
№ док.
Подпись
Дата
σzy ср
si
74,54
12,046
66,93
9,670
69,38
Лист
1
2
9,77
4100
0,80
9,77
4100
0,80
9,77
4100
9,77
4100
0,80
9,77
4100
0,40
24200
24200
10600
56,34
122,68
3,02
0,150
22,97
37,54
130,50
3,73
0,100
24,54
25,10
134,41
4,09
0,080
26,10
20,00
140,44
4,62
0,062
26,88
15,51
5,8
146,48
5,16
0,050
12,64
6,3
151,39
5,60
0,040
10,04
28,09
6,04
0,038
9,48
6,76
0,035
0,40
8,84
4,397
18,35
2,930
13,05
0,980
10,71
0,552
8,68
0,428
7,37
0,104
6,06
0,083
5,90
0,349
5,79
0,133
8,68
30,28
6,06
4,42
25,78
10,71
7,37
32,87
11,627
13,05
5,90
4,74
164,35
32,64
18,35
29,30
31,26
19,963
25,78
5,02
156,30
52,00
39,50
6,32
7,6
9,82
0,224
0,80
12
21,41
7,75
6,8
8700
2,31
0,50
11
10,06
114,87
0,50
10
9,82
92,63
0,60
9
9,82
0,369
10,00
5,2
8700
1,60
0,60
8
10,06
107,05
12,55
4,6
7
64,49
18,77
4,2
6
19,85
28,17
3,4
8700
163,14
0,80
5
10,06
0,650
74,49
2,6
4
0,89
127,89
1,8
3
99,24
5,79
Полная осадка фундамента по расчету:
S=6,3 см <𝑆𝑢 = 15см
2022 – ВКР – 08.05.01
Изм.
Кол.уч.
Лист
№ док.
Подпись
Дата
Лист
3.6. Технико – экономическое обоснование выбора основного варианта
Таблица 3.8. Технико – экономическое обоснование выбора основного варианта
Наименование работ
№
п/п
Ед. измер.
работ
Стоимость
единицы
измерения
усл. руб.
Объем
работ
Прямые
затраты
усл. руб.
Фундамент мелкого заложения на искусственном основании
1
Земляные работы
3
Крепление стен котлована
4
5
1 м3
0,93
83,58
77,73
1 п/м
0,65
15,0
9,75
Устройство песчаной подушки
1 м3
13
59,22
769,86
Бетонирование фундамента
1 м3
24,4
6,7
163,48
Итого
1020,82
Фундамент на забивных сваях
1
Земляные работы
2
1 м3
0,93
4,16
Крепление стен котлована
1 п/м
0,65
-
-
3
Бетонирование ростверка
1 м3
24,4
2,5
61,0
4
Стоимость свай (работы по
1 м3 сваи
78,6
погружению)
5,28
Итого
3,87
415,0
479,87
В результате технико – экономического сравнения вариантов фундаментов в
качестве основного типа выбираем свайный фундамент.
3.7.
Расчет свайного фундамента в сечении 2
Несущая способность сваи составляет:
𝐹𝑑 = 597,42кН
Расчетная нагрузка, передаваемая на сваю:
𝑁=
𝐹𝑑 597,42
=
= 426,73кН
𝛾𝑘
1,4
𝑁0𝐼𝐼 = 1075,18 𝑘𝐻; 𝑁0𝐼 = 1343,97 𝑘𝐻
Определяем количество свай:
𝑁0І
1343,97
𝑛=
=
= 4,23
𝑁 − 𝛾ср ∙ ℎ ∙ (3 ∙ 𝑑)2 ∙ 𝛾𝑛 426,7 − 11,74 ∙ 7,7 ∙ (3 ∙ 0,35)2 ∙ 1,1
Принимаем 5 шт.
2022 – ВКР – 08.05.01
Изм.
Кол.уч.
Лист
№ док.
Подпись
Дата
Лист
Конструируем ростверк. Определим его размеры:
𝑎𝑝 = вр = 2,03м
𝐺𝑝І = 𝛾𝑓 ∙ 𝑉𝑝 ∙ 𝛾 = 1,1 ∙ (2,03 ∙ 2,03 ∙ 0,6 + 0,35 ∙ 2,03 ∙ 2,03) ∙ 25 = 97,87кН
І
І
𝐺гр
= 𝛾𝑓 ∙ 𝑉𝑝 ∙ 𝛾гр
= 1,1 ∙ (2,03 ∙ 2,03 ∙ 0,4) ∙ 20 = 36,26кН
Суммарная нагрузка на основание:
І
𝑁∑ = 𝐺𝑝І + 𝐺гр
+ 𝑁0І = 97,87 + 36,26 + 1343,97 = 1478,1кН
Проверяем нагрузку на сваю в крайнем ряду:
𝑁ф =
𝑁∑ 1478,1
=
= 295,62кН ≤ 1,2 ∙ 𝑁 = 1,2 ∙ 426,7 = 512,04кН
𝑛
5
3.8.
Расчет свайного фундамента в сечении 3
Несущая способность сваи составляет:
𝐹𝑑 = 597,42кН
Расчетная нагрузка, передаваемая на сваю:
𝑁=
𝐹𝑑 597,42
=
= 426,73кН
𝛾𝑘
1,4
𝑁0𝐼𝐼 = 603,22 𝑘𝐻; 𝑁0𝐼 = 754,03 𝑘𝐻
Определяем количество свай:
𝑁0І
754,03
𝑛=
=
= 2,38
𝑁 − 𝛾ср ∙ ℎ ∙ (3 ∙ 𝑑)2 ∙ 𝛾𝑛 426,7 − 11,74 ∙ 7,7 ∙ (3 ∙ 0,35)2 ∙ 1,1
Принимаем 3 шт.
Конструируем ростверк. Определим его размеры:
𝑎𝑝 = 2,03
вр = 1,3 м
𝐺𝑝І = 𝛾𝑓 ∙ 𝑉𝑝 ∙ 𝛾 = 1,1 ∙ (2,2 ∙ 0,6 + 0,35 ∙ 2,2) ∙ 25 = 57,46кН
І
І
𝐺гр
= 𝛾𝑓 ∙ 𝑉𝑝 ∙ 𝛾гр
= 1,1 ∙ (2,2 ∙ 0,4) ∙ 20 = 19,36кН
Суммарная нагрузка на основание:
І
𝑁∑ = 𝐺𝑝І + 𝐺гр
+ 𝑁0І = 57,6 + 19,36 + 754,03 = 830,85кН
Проверяем нагрузку на сваю в крайнем ряду:
𝑁ф =
𝑁∑ 830,85
=
= 276,95кН ≤ 1,2 ∙ 𝑁 = 1,2 ∙ 426,7 = 512,04кН
𝑛
3
2022 – ВКР – 08.05.01
Изм.
Кол.уч.
Лист
№ док.
Подпись
Дата
Лист
3.10. Расчет свайного фундамента в сечении 4
Несущая способность сваи составляет:
𝐹𝑑 = 597,42кН
Расчетная нагрузка, передаваемая на сваю:
𝑁=
𝐹𝑑 597,42
=
= 426,73кН
𝛾𝑘
1,4
𝑁0𝐼𝐼 = 339,5 𝑘𝐻; 𝑁0𝐼 = 424,38 𝑘𝐻
Определяем количество свай:
𝑁0І
424,38
𝑛=
=
= 1,34
𝑁 − 𝛾ср ∙ ℎ ∙ (3 ∙ 𝑑)2 ∙ 𝛾𝑛 426,7 − 11,74 ∙ 7,7 ∙ (3 ∙ 0,35)2 ∙ 1,1
Принимаем 2 шт.
Конструируем ростверк. Определим его размеры:
𝑎𝑝 = (𝑚𝑥 − 1) ∙ 𝑡𝑦 + 2 ∙
𝑑
0,35
+ 2 ∙ 0,05 = (2 − 1) ∙ 1,05 + 2
+ 2 ∙ 0,05 = 1,5м
2
2
≈ 1,6м
вр = 0,8м
𝐺𝑝І = 𝛾𝑓 ∙ 𝑉𝑝 ∙ 𝛾 = 1,1 ∙ (1,6 ∙ 0,8 ∙ 0,6 + 0,35 ∙ 1,6 ∙ 0,8) ∙ 25 = 30,4кН
І
І
𝐺гр
= 𝛾𝑓 ∙ 𝑉𝑝 ∙ 𝛾гр
= 1,1 ∙ (1,6 ∙ 0,8 ∙ 0,4) ∙ 20 = 10,24кН
Суммарная нагрузка на основание:
І
𝑁∑ = 𝐺𝑝І + 𝐺гр
+ 𝑁0І = 30,4 + 10,24 + 424,38 = 465,02кН
Проверяем нагрузку на сваю в крайнем ряду:
𝑁ф =
𝑁∑ 465,02
=
= 232,51кН ≤ 1,2 ∙ 𝑁 = 1,2 ∙ 426,7 = 512,04кН
𝑛
2
3.11. Мероприятия по защите фундаментов
Для защиты фундаментов и подземных стен от коррозии и вымывания,
предусматривается вертикальная и горизонтальная гидроизоляция с применением
мастики ТЕХНОНИКОЛЬ №31.
2022 – ВКР – 08.05.01
Изм.
Кол.уч.
Лист
№ док.
Подпись
Дата
Лист