Расчет фундаментов в двух вариантах (фундаменты на естественном основании и свайные фундаменты)

запроектированных фундаментов в качестве основного варианта принят ленточный фундамент из сборных элементов.

1 Исходные данные. Оценка геологических условий площадки

В соответствии с заданием, в таблице 1 приведены нормативные значения характеристик физических свойств грунта.

Таблица 1 – Характеристики физических свойств грунта

Отметка поверхности природного рельефа NL=140 м; нормативная глубина промерзания грунта d_fn=2,0 м.

Рисунок 1 – Геологический разрез по скважине 1

1.1 Характеристика площадки, инженерно-геологические и гидрологические условия

Для количественной оценки прочностных и деформационных свойств грунтов площадки вычисляем производные характеристики физических свойств, к которым относятся:

1) для песчаных грунтов – коэффициент пористости и степень влажности;

2) для пылеватых грунтов – число пластичности , показатель текучести, коэффициент пористости и степень влажности.

Коэффициент пористости следует определять по формуле:

,

где r_s – плотность частиц; r - плотность грунта; w – природная влажность в долях единицы.

Степень влажности грунта следует определять по формуле

,

где r_w –плотность воды, принимается равной 1г/см³;

Число пластичности для пылевато-глинистых грунтов следует определять по формуле:

,

где w_L – влажность на границе текучести; w_p – влажность на границе раскатывания, %;

Показатель текучести пылевато-глинистых грунтов следует определять по формуле:

,

В соответствии с геологическим разрезом, представленным на рисунке 1, выявлены следующие слои грунта:

1)  Растительный слой

ρ=1,5 г/см³;

2)  Песок мелкий

ρ=1,9 г/см³, ρ_s=2,66 г/см³, w=0,12;

; песок плотный;

 песок влажный;

3)  Суглинок

ρ=1,94 г/см³, ρ_s=2,7 г/см³, w=0,26; w_L=30%; w_P=20%;

;

 глина;

суглинок мягкопластичный;

4)  Песок средней крупности

ρ=2,00 г/см³, ρ_s=2,66 г/см³, w=0,24;

, песок средней плотности;

 песок насыщенный водой;

5)  Глина

ρ=1,93 г/см³, ρ_s=2,73 г/см³, w=0,32; w_L=47%; w_P=27%; ;

 глина;

глина полутвердая;

Рассчитанные показатели сведены в таблицу 1.1, где так же указано наименование грунта в соответствии с СТБ 943-2007.

Таблица 1 – Характеристики физико-механических свойств грунтов строительной площадки

2. Фундаменты мелкого заложения

2.1. Выбор типа и конструкции фундаментов. Назначение глубины заложения фундамента

Тип фундамента выбирается в зависимости от характера передачи нагрузки на фундамент: под стены здания обычно устраиваются ленточные фундаменты из сборных элементов, под сборные железобетонные колонны – отдельные фундаменты стаканного типа.

Глубина заложения фундамента зависит от многих факторов. Определяющими из них являются:

-  инженерно-геологические и гидрологические условия площадки, и положение несущего слоя грунта;

-  глубина промерзания грунта, если в основании залегают пучинистые грунты;

-  конструктивные особенности подземной части здания.

Анализируя физико-механические свойства грунтов площадки строительства (табл. 1) видим, что 1-й, 2-й и 3-й слои грунта не могут быть использованы в качестве основания фундамента. Исходя из этого, глубина заложения фундамента должна отвечать условию     

d ³ 4,2 м.

Расчетная глубина сезонного промерзания грунта d_f у фундамента определяется по формуле:

;

где k_h - коэффициент, учитывающий влияние теплового режима здания на  глубину промерзания промерзания грунта у фундамента колонн, в соответствии с табл. 5.3 [1]; принимаем температуру в подвале 15 °С - k_h = 0,5;

      d_fn - нормативная глубина сезонного промерзания грунта, м; d_fn = 1,9 м.

Тогда

В здании предусмотрен подвал с отметкой пола поверхности пола -2.800. При этом отметка подошвы фундамента принимается ниже отметки пола подвала не менее, чем на 0,4м.

Определим глубину заложения фундамента с учётом размеров его элементов (см. рис. 2).

Рисунок 2 - Схема ленточного фундамента

Таким образом, принимаем d = 4,65 м.

2.2 Определение размеров подошвы фундамента

При расчете учитываются следующие нагрузки:

-  для фундамента под наружную стену с усилием в плоскости обреза
N_0II = 1950 кН (Ф1);

-  для фундамента под внутреннею стену с усилием в плоскости обреза N_0II = 2270 кН (Ф2);

В основании залегает суглинок мягкопластичный, с расчетными значениями: φ=18˚; с=20 кПа; E=12,9 МПа, R₀=191 кПа.

В порядке первого приближения площадь подошвы фундамента, А, определяется по формуле:

;

где N_0II - расчетная нагрузка на фундамент в уровне его обреза, кН;

R₀ - табличное значение расчетного сопротивления грунта, залегающего под подошвой фундамента, кПа;

γ_ср - осредненное значение удельного веса материала фундамента грунта на его уступах, принимается равным 20 кН/м³;

d - глубина заложения фундамента от уровня планировки, м.

Тогда b₁=4,4 м, b₂=4,8 м

Примем в формуле определения площади подошвы фундамента значение расчетного сопротивления грунта R₀равным среднему давлению под подошвой фундамента и представим эту формулу в виде:

Величина расчетного сопротивления грунта под подошвой фундамента определяется по формуле:

где γ_с1, γ_с2   — коэффициенты условий работы, γ_с1=1,0; γ_с2=1,0.

k -  коэффициент, принимаемый равным k =1,1, т.к. прочностные характеристики грунта приняты на основе статистических данных