Проектирование вариантов фундаментов для строительства здания на грунте, состоящего из насыпного слоя, суглинка и глины (нормативная глубина промерзания грунта - 1,4 м)

1  Исходные данные и оценка инженерно - геологических условий площадки.

Номер слоя грунта	Мощность слоя, м	Глубина подошвы слоя, м	Абсолютная отметка подошвы слоя, м	Скважина	Условные обозначения	Наименование грунта
1	1	1	129,0			Насыпной слой
2	2	3	127,0			Суглинок
3	4	7	123			Глина
4	6	13	117			Супесь
5	5	18	112			Песок мелкий

Рис 1. Геологический разрез по скважине 1

Коэффициент пористости определяем по формуле:

где   ρ_s – плотность частиц грунта;

ρ – плотность грунта;

W – природная влажность.

Для слоёв получаем:

2 – й слой

3 – й слой

4 – й слой

5 – й слой

Степень влажности определяется по формуле:

где   ρ_W – плотность воды, принимается 1 г/см³

Для слоёв получаем:

2 – й слой

3 – й слой

4 – й слой

5 – й слой

В качестве пятого слоя является песок мелкий насыщенный водой.

Число пластичности определяется по формуле:

где   W_L – влажность на границе текучести;

W_P – влажность на границе раскатывания.

Для слоёв получаем:

2 – й слой

%

3 – й слой

%

4 – й слой

%

Показатель текучести определяем по формуле:

Для слоёв получаем:

2 – й слой

3 – й слой

4 – й слой

Вторым слоем является суглинок тугопластичный, третий слой – глина тугопластичная, четвертый слой – супесь пластичная.

Таблица 1. Характеристики физико-механических свойств грунтов строительной площадки.

Номер слоя	Плотность частиц, ρs, г/см3	Плотность ρ, г/см3	Влажность W, в долях единиц	Граница текучести WL, %	Граница раскатывания WP , %	Число пластичности IP, %	Показатель текучести IL	Коэффициент пористости, e	Степень влажности, Sr	Наименование грунта по СТБ 943-93	Угол внутреннего трения φ, град.	Удельное сцепление с, кПа	Модуль деформации E, МПа	Расчетное сопротивление R0, кПа
1		1,4
2	2,7	1,93	0,23	30	18	12	0,4	0,72	0,86	Суглинок тугопластичный	21	25	16	218
3	2,74	1,92	0,36	53	30	23	0,26	0,94	1	Глина тугопластичная	14	37	12	245
4	2,67	2,00	0,17	20	13	7	0,57	0,56	0,81	Супесь пластичная	26	15	24	276
5	2,66	2,00	0,25	0	0			0,66	1	Песок мелкий насыщенный водой средней плотности	32	2	28	200

2  Определение глубины заложения фундаментов на естественном основании

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

где   k_n – коэффициент, учитывающий влияние теплового режима здания на глубину промерзания грунта у фундамента стен и колонн; принимается по табл. 5,3 [1]. Принимаем для зданий с техническим подпольем k_n = 1 при t = 10°C,

d_fn – нормативная глубина сезонного промерзания грунта, d_fn = 1,4 м.

Рис 2 – Схема ленточного фундамента под наружную стену, Ф1.

Рис 3 – Схема ленточного фундамента под внутреннюю стену, Ф4

3  Определение подошвы фундамента мелкого заложения

1.Определяем ширину ленточного фундамента при следующих данных: d = 1.6 м, γ_II^/ = (1.4 + 1.93)·10/2=16,65 кН/м³, γ_m^/ = 20 кН/м, N_0ΙΙ = 600 кН. В основании залегает суглинок тугопластичный с расчетными значениями характеристик: φ = 21°, с = 25, Е = 16 МПа, I_l = 0,4; I_p = 12 %, γ_II = (1.93+1.92+2+2)·10/4 = 19,63 кН/м³

По значению φ = 21° из табл.1,4 [2]: М_y = 0,56; М_q = 3,24; М_c = 5,84.

Задаемся четырьмя значениями размеров фундамента - 1×1, 1×2, 1×3, 1×4 м и вычисляем соответствующее давления по формуле:

b₁ = 1 м,            А₁ = 1·1 = 1 м²               p₁ = 600/1 + 20·1.5 = 630 кПа;

b₁ = 2 м,            А₁ = 1·2 = 2 м²               p₁ = 600/2 + 20·1.5 = 330 кПа;

b₁ = 3 м,            А₁ = 1·3 = 3 м²               p₁ = 600/3 + 20·1.5 = 230 кПа;

b₁ = 4 м,            А₁ = 1·4 = 4 м²               p₁ = 600/4 + 20·1.5 = 180 кПа;

По четырем точкам строим график функции P = f(b). Задаемся двумя значениями ширины фундамента b = 1 и b = 3 м и определяем соответствующие значения расчетного сопротивления грунта основания по формуле:

где   γ_с1, γ_с2 – коэффициенты условий работы, принимаемые по табл. 1,3 [2], γ_с1 = 1, γ_с2 = 1,09.

k = 1,1

М_y, М_q, М_c – коэффициенты, принимаемые М_y = 0,56; М_q = 3,24; М_c = 5,84 табл. 1,4 [2].

k_z = коэффициент, принимаемый равным k_z = 1 т.к ширина подошвы фундамента b < 10 м;

γ_II – осредненное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента, кН/м;

γ_II^/ - то же, залегающих выше подошвы фундамента;

d₁ – глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки;

d_b – глубина подвала.

При b = 1 м:

кПа

При b = 4 м:

кПа

По двум точкам строим график R = f(b)

Рис 4 – Графо-аналитический метод определения ширины подошвы фундамента по наружную стену.

Выбираем фундаментную подушку ФЛ28, шириной 2,8 м, высотой 0,5 м ГОСТ 13580-85.

2.Определяем ширину ленточного фундамента при следующих данных: d = 1.2 м, γ_II^/ = (1.4 + 1.93)·10/2=16,65 кН/м³, γ_m^/ = 20 кН/м, N_0ΙΙ = 750 кН. В основании залегает суглинок тугопластичный с расчетными значениями характеристик: φ = 21°, с = 25, Е = 16 МПа, I_l = 0,4; I_p = 12 %, γ_II = (1.93+1.92+2+2)·10/4 = 19,63 кН/м³

По значению φ = 21° из табл.1,4 [2]: М_y = 0,56; М_q = 3,24; М_c = 5,84.

b₁ = 1 м,            А₁ = 1·1 = 1 м²               p₁ = 750/1 + 20·1.2 = 774 кПа;

b₁ = 2 м,            А₁ = 1·2 = 2 м²               p₁ = 750/2 + 20·1.2 = 399 кПа;

b₁ = 3 м,            А₁ = 1·3 = 3 м²               p₁ = 750/3 + 20·1.2 = 274 кПа;

b₁ = 4 м,            А₁ = 1·4 = 4 м²               p₁ = 750/4 + 20·1.2 = 211,5 кПа;

Рис 5 – Графо-аналитический метод определения ширины подошвы фундамента под внутреннюю стену.

Выбираем фундаментную подушку ФЛ32, шириной 3,2 м, высотой 0,5 м ГОСТ 13580-85.

Суммарные нагрузки по подошве фундаментов можно определить в виде:

а) нормальная вертикальная нагрузка –

где   N_0II – расчетная вертикальная нагрузка в плоскости обреза фундамента, кН

G_фн – расчетная нагрузка от веса фундамента,

G_грн – расчетная нагрузка от веса грунта на консоли подушки

1.кН,

кН,

кН,

2.кН,

кН,

кН,

4  Проверка напряжений в основании фундаментов на естественном основании

где    p – среднее давление под подошвой фундамента, кПа,

Для первого фундамента (Ф1):

Определяем среднее давление под подошвой фундамента

кН

Определяем расчетное сопротивление грунта основания при ширине фундамента b = 2,8 м

кПа

кПа < кПа

Расхождение между р и R₁ составляет:

%

Принимаем фундамент ФЛ28

Для второго фундамента (Ф4):

Определяем среднее давление под подошвой фундамента

кН

Определяем расчетное сопротивление грунта основания при ширине фундамента b = 3,2 м

кПа

кПа < кПа

Расхождение между р и R₂ составляет:

%

Принимаем фундамент ФЛ32

5  Расчет осадки фундамента

Значение конечной осадки определяется по методу послойного