Основания и фундаменты (Материалы инженерно-строительных изысканий. Оценка инженерно-геологических условий. Расчет фундаментов)

 5. Основания и фундаменты

5.1. Материалы инженерно-строительных изысканий

5.2.  Оценка инженерно – геологических условий

Проектирование оснований и фундаментов начинается с изучения и общей оценки всей толщи и отдельных входящих в нее слоев. Оценка производиться по геологическим картам, разрезам, колонкам, которые приводятся в отчетах по инженерно- геологическим изысканиям.

По данным инженерно-геологического разреза, здание гостиницы расположено на площадке которая имеет спокойный рельеф.

Грунты имеют слоистое напластование с выдержанным залеганием пластов. Верхний слой представлен насыпными грунтами, состоящими из галечника, песка и покрывает площадку слоем мощностью до 1м.

Ниже в интервале от 1 до 2,8м залегает супесь твердой консистенции , от 2,8 до 3,4м залегает песок пылеватый, от 3,4 до 4,6м супесь твердой консистенции

С глубины 4,6м залегает галечниковый грунт с песчаным заполнителем.

Галечниковый грунт является несущим слоем.

Подземные воды встречены на глубине 5,5м.

Нормативная глубина сезонного промерзания для г. Абакана составляет 2,9м.

Категория грунтов по сейсмическим воздействиям  - II.

5.3. Расчет фундаментов

5.3.1. Проверка прочности фундаментов при увеличении нагрузки

Для того чтобы проверить выдержит ли фундамент дополнительную нагрузку от надстройки еще одного этажа, достаточно будет выполнить расчет наиболее нагруженного фундамента.

Делаем сбор нагрузок на существующий фундамент в табличной форме.

Вид нагрузки	Нормативные нагрузки		Коэффициент надежности по нагрузке, gf , /7/	Расчетные нагрузки, кН
	на единицу площади, кН/м2	от грузовой площади, кН
Постоянные нагрузки
асбестоцемент	0.119	4,723	1.2	5,66
обрешетка	0.034	1,34	1.1	1,48
стропильные ноги	0.889	35,28	1.1	38,81
прогоны	0.113	4,48	1.1	4,93
стойки	0.156	6,191	1.1	6,81
Плиты междуэтажного перекрытия на 4-х этажах	12	476,28	1.1	523,9
От бетонного пола по перекрытию	3,75	148,8	1,3	193,48
кирпичная колонна 640х640 мм	88,47	88,47	1.1	97,3
Итого	–	765,7	–	872,37
Временные нагрузки
На 1 м2 проекции кровли от снега (для 3го снегового района (прил.5/7/) s0=1кН/м2, табл.4 /7/, m=1,25∙0,857=1,07 (прил.5 /7/))	1.070	42,46	1.6	67,95
в т. ч. длительнодействующая (с понижающим коэффициентом 0,3)	0.321	12,74	1.6	20,38
Кратковременная на 1 м2 чердачного перекрытия (табл.3 /7/)	0.7	27,78	1.3	36,12
Итого	–	82,98	–	124,45
Полная нагрузка		848,68		996,82

Для данного объекта фундаментом является железобетонные сваи марки        С 6-30, длинной L=6м с размером поперечного сечения 0,4х0,4м. объединенные железобетонным ростверком. Сваи погружают в грунт с помощью забивки трубчатым дизель-молотом С-996.

  Площадь поперечного сечения сваи А=0,3х0,3=0,09м, периметр сваи u=0.3х4=1,2м

По табл. 1/11/ при глубине погружения сваи 6,78м для гравийно-галечникового грунта, интерполируя, находим сопротивление грунта под нижним концом сваи R=9.601МПа.

По табл.3/11/ для свай, погружаемых с помощью дизель-молотов, значения коэффициентов условий работы грунта под нижним концом сваи γCR=1 и по боковой поверхности γcf=1.

Толщу грунта, пронизываемого сваей, разбиваем на слои и для первого слоя грунта при средней глубине расположения слоя h1=1,68м для насыпного гравийно-галечникового грунта f1=0.03976МПа по табл.2/11/.

Для второго слоя грунта при средней глубине расположения слоя h2=3,18м для супеси твердой консистенции f2=0.0489МПа по табл.2/11/.

Для третьего слоя грунта при средней глубине расположения слоя h3=4,48м для песка пылеватого f3=0,02796МПа по табл.2/11/.

Для четвертого слоя грунта при средней глубине расположения слоя h4=5,38м для супеси твердой консистенции f4=0.0489МПа по табл.2/11/.

Для пятого слоя грунта при средней глубине расположения слоя h5=6,48м для гравийно-галечникового грунта f5=0,05896МПа по табл.2/11/.

Несущая способность одиночной сваи определяем по формуле 3.6/8/:

Ф= γC∙( γCR∙R∙A+u∙∑ γcfi ∙fi∙li)=1∙(1∙9,601∙0,09+1,2∙1∙(0,03976∙1+0,0489∙2+0,02796∙

0,6+0,05676∙1,2+0,05896∙1)=1201,8кН.

где γC=1 –коэффициент условий работы сваи в грунте;       

       γCR=1 –коэффициент условий работы грунта под нижним концом сваи;

      γCf=1 –коэффициент условий работы грунта по боковой поверхности;

      R=9,601МПа –сопротивление грунта под нижним концом сваи;

      A=0,16м2 –площадь опирания сваи на грунт, принимаемый по площади поперечного сечения сваи;

      u=1,2м –наружный периметр поперечного сечения сваи;

      fi  -расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания по боковой поверхности сваи;

      li –толщина i-го слоя грунта прорезываемого слоя;

Расчетная нагрузка, допускаемая на сваю по грунту, по формуле 3.3/8/ составляет:

  

где Ф –расчетная несущая способность одиночной сваи;

γg=1,4 –коэффициент надежности.

Т.к число свай в фундаменте 2 расчетная нагрузка допускаемая на сваю по грунту составляет:

F=858,4·2=1716,8кН

F=1716,8кН>N=848,68кН

Несущая способность сваи по грунту обеспечена.

Находим вес ростверка, приходящийся на 1м фундамента:

Gр=2500·0,4·0,4·1=400кг=4кН

Нагрузка, приходящаяся на куст из двух свай:

N=848,68+4=852,68кН

Для грунта первого слоя – гравийно- галечникового грунта с коэффициентом пористости е=0,55 угол внутреннего трения φn1=40º табл.26/5/.

Для грунта второго и четвертого слоя - супеси твердой консистенции с коэффициентом пористости е=0,65 угол внутреннего трения φn2=32º табл.26/5/.

Для грунта третьего слоя – песка пылеватого с коэффициентом пористости е=0,65 угол внутреннего трения φn3=32º табл.26/5/.

Для грунта пятого слоя - гравийно-галечникового грунта с коэффициентом пористости е=0,55 угол внутреннего трения φn5=40º табл.26/5/.

Осредненный угол внутреннего трения грунтов, прорезываемых сваей, находим по формуле 3.12/8/:

Находим ширину условного фундамента:

Bусл=0,9+2·(1+2+0,6+1,2+1)·tg8º68'=2,67м

Вес грунта в объеме АБВГ:

Gгр=1800·1·2,67·1+1660·2·2,67·1+1650·0,6·2,67·1+1660·1,2·2,67·1+2100·1·2,67·1=

=27239,34кг=272,39кН

Давление под подошвой условного фундамента по формуле 3.11/8/:

                       

Находим расчетное сопротивление грунта основания под подошвой условного фундамента по формуле 2 прил.3/1/:

где b и d – соответственно глубина заложения условного фундамента;

µ'2 – расчетное значение удельного веса грунта, расположенного выше подошвы условного фундамента

µ'2 =21кН/м³ - для галечникового грунта;

µ'2 =16,6кН/м³ - для супеси твердой консистенции;

µ'2 =16,5кН/м³ - для песка пылеватого;

µ'2 =18кН/м³ - для насыпного грунта;

µ'2 =1·18+16,6·2+16,5·0,6+16,6·1,2+21·1/1+2+0,6+1,2+1=17,58кН/м³ ,

k1=0,125 п.3 прил.3/1/

k2=0.25 п.3 прил.3/1/

b0=1м п.3прил.3/1/

d0=2м п.3прил.3/1/

Основное требование расчета свайного фундамента по второй группе предельных состояний удовлетворяется:

Pср=432,2кН/м²<R=660,03кН/м²

Расчет осадок производить не требуется, так как напряжения в основании фундамента не превышают расчетного сопротивления грунта основания.

5.3.2. Определение расчетных усилий в монолитном ростверке

Сбор нагрузок на монолитный ростверк по оси «1».

Расчетные нагрузки на 1 метр погонный монолитного ростверка:

постоянная: qn=138,47кН/м ;

временная: qвр=6,89кН/м ;

от собственного веса qсв=0,4·0,4·2500·2,2/100=8,8кН/м ;

суммарная q=138,47+6,89+8,8=154,16кН/м ;

Расчетная схема ростверка - многопролетная неразрезная балка, загруженная равномерно распределенной нагрузкой.

Рис.5.3.2  Расчетная схема ростверка по оси «1»

Определяем расчетные усилия в монолитном ростверке по оси «3»:

 ;

;

5.3.3. Характеристики прочности бетона и арматуры

Бетон класса В 12.5:

Rb=9.5 – расчетное сопротивление бетона при сжатии табл.12/9/;

Rbt=1,0 – расчетное сопротивление бетона при растяжении табл.12/9/;

γb2=0.9 – коэффициент условия работы бетона табл.15/9/;

Eb=21000МПа – модуль упругости бетона табл.18/9/;

Арматура продольная рабочая класса А-111

Rs=365МПа – расчетное сопротивление растяжению табл.22/9/;

Es=200000МПа – модуль упругости арматуры табл.29/9/;

 5.3.4. Подбор арматуры

Рабочая высота сечения ростверка:

h0=h-a=40-3=37см

Для фундаментной балки по оси «3»

Вычисляем:

αм=М/Rb·b·h²0=93,27·10³/9,5·0,9·0,4∙0,4²=0,17

По табл.3.1/10/  ζ=0,905

По формуле 3.15/10/:

Аs=M/ζ∙h0∙Rs=93,27∙10³/0,905∙0,37∙365∙106=7,06см²

Аs=7,06см²<Аsтр.=8,04см²