Какую особенность необходимость учесть при расчете оснований фундаментов для инженерно-геологических условий, приведенных ниже. Действительно ли второй слой является супесью пластичной.

Перечислить и пояснить: какие расчеты необходимо выполнить при выборе надежной и экономичной конструкции фундамента мелкого заложения в заданных условиях.

Исходные данные:

1. Отметка планировки – 0,15м;

грунты основания:

- верхний слой мощностью 4м – суглинок с характеристиками Е=10МПа, фи=20⁰, С=10кН/м², J_L=0.1. Расчетная глубина сезонного промерзания d_f=1.8 м.

- подстилающий слой – супесь с характеристиками Е=5МПа, фи=22⁰, С=5кН/м², J_L=0.7.

- уровень грунтовых вод на глубине 4м от поверхности планировки.

а) Определение размеров подошвы фундамента:

1. определяем R_усл= пояснение коэффициентов по СНиП п. 4.21.

2. Определяем необходимую площадь подошвы фундамента ; =20кН/м³- среднее значение удельного веса грунта и материала фундамента.

3. Назначается b и l с модулем 300.

4. Определяется расчетное сопротивление грунта для принятых b и l (R_расч);

5. Проверки:

- Р_ср R, Р_ср= +

- Р_max 1.2R (1.5R)

- Р_min 0, , W=bl²/6

б) Расчет осадок – основание делится на слои и на границах слоев определяются природные и дополнительные давления . = d+ ;

d – природное давление на уровне подошвы фундамента.

= Р₀; где ; P₀=P- ; ; граница сжимаемой толщи H определяется из условия, где дополнительное давление на данной глубине составляет 20% или 10%. Осадка рассчитывается по формуле ,

S [S]_U - -среднее дополнительное давление в пределах i –ого слоя;

- h_i – толщина i –ого слоя;

- Е_i – модуль деформации i –ого слоя;

в) Так как 2-ой слой слабее первого, то необходимо выполнить проверку слабого подстилающего слоя, должно выполняться условие: + R_z; R_z – расчетное сопротивление грунта пониженной прочности на глубине z;

- напряжение от внешней нагрузки; ABCD – условный фундамент. Определяем размеры условного фундамента:

- ширина ,

a=(L-в)/2; L и в – длина и ширина фундамента, A_z –площадь фундамента;

- = *H_z; H_z=d+z=d_z;

- = Р₀; где ;

P₀=P- ; ; = d; ;где z – глубина расположения слабого слоя от подошвы фундамента; P – среднее давление по подошве фундамента; =20кН – удельный вес грунта выше подошвы фундамента; R_z= b_z и d_z –для условного фундамента, -прочного слоя. Если проверка не выполняется, увеличиваем площадь

фундамента.

 

 

Назначить глубину заложения подошвы фундамента из условия недопущения влияния нормальных сил морозного пучения, если нагрузка от стойки каркаса составляет 200кН. При расчете грунтового основания по 2-ой группе предельных состояний следует выполнить расчет проверки прочности слабого подстилающего слоя?

Исходные данные: грунтовое основание однородное по глубине сложено текуче-пластичными суглинками со следующими показателями физико-механических свойств: фи_II=14⁰, _II=17,6кН/м³, С_II=10кПа; Нормативная глубина промерзания – 1,5м. Фундаменты столбчатые ж/б с уступами. d_f=k_h*d_fn* =0,6*1,5*1,1=0,99м, где =1,1 –коэффициент условий работы, k_h=0,6 (по табл. 1 при температуре 15⁰). Так как грунтовое основание - текучепластичный суглинок, то глубину заложения фундамента принимаем больше d_f, от уровня подземных вод глубина заложения не зависит. d=2м. проверка на действие сил морозного пучения , , =110кПа - значение расчетной касательной силы пучения, (табл. 41 пособие к СНиП), (0,75<J_L<1-для текучепластичных суглинков). A_fh=L* d_f, где L – длина фундамента, А_fi=L(d- d_f) - площадь вертикальной поверхности сдвига в j-ом слое грунта ниже расчетной глубины промерзания; R_fi-по таблице 2, принимаем размеры (самостоятельно). 110*[4*0,5*1]-200 1,1/1,1*[15*1*4*1,5]; (h₁=1м; R_fi=15кПа) 20 45-условие выполняется, окончательно принимаем d=2м. Проверку слабого подстилающего слоя выполнять не нужно.

12. для указанного промздания выполнены свайные фундаменты с повышенным ростверком, залегающим на поверхности грунта (высокий уровень грунтовых вод). Конструкция ростверка ликвидирует лобовые силы морозного пучения. Назначить необходимую из условий обеспечения устойчивости от действия сил морозного пучения длину свай.

Исходные данные:

- в основании залегает суглинок пылеватый с J_L=0,40. мощность слоя 15м.

- уровень грунтовых вод залегает на глубине 0,8м от отметки планировки.

- место строительства – г. Карасук. Нормативная глубина промерзания d_fn=2,2м.

- температура внутри помещения 15⁰С, полы бетонные по грунту.

- используются ж/б сваи сечением 300х300. в ростверк заделывается 300мм головы сваи.

- нагрузка на сваю F=7,0 кН. Погружение свай осуществляется дизель молотом. Длину свай принимать равной (3+n)м, где n=0,1,2-целое положительное число.

 

Расчетная глубина промерзания d_f=k_h*d_fn* =0,6*2,2*1,1=1,47м, где =1,1 –коэффициент условий работы, k_h=0,6 (по табл. 1 при температуре 15⁰). Устойчивость фундамента на действие сил морозного пучения определяется по формуле ,

, принимаем l_св=3+2м. при J_L=0,4. R_f1-=15кПа (таблица 2), принимаем размеры h₁=1м; h₂=2,8м; R₂=24,8 кПа. =90кПа,

90*4*(0,3*1,47)-7 1,1/1,1*(15*0,3*2*4+24,8*0,3*1,53)

151,8 81,5-условие не выполняется, увеличиваем длину сваи. l_св=3+5=8м; h₁=1м; R_fi=15кПа, h₂=3м; R₂=25кПа; h₃=5м; R₃=29кПа; F_rf=4*(2*0,3*15+2*0,3*25+1*2*0,3*29)=165,6 151,8 – условие выполняется. Принимаем длину сваи l_св=3+5=8м.

 

13. проверить устойчивость фундаментов выставочного павильона на действие сил морозного пучения. Исходные данные: здание отапливаемое. Температура в помещении t=20⁰. Глубина сезонного промерзания c d fn= 3,5м. Полы бетонные по грунту. Фундаменты железобетонные столбчатые с гладкой не обработанной поверхностью. Расчетная постоянная нагрузка F=250 kH. Сечение подколонника аха=0,5х0,5. Глубина заложения фундамента d=2,2м. Толщина плиты фундамента п = 0,45 м. Площадь подошвы фундамента вхв=2х2м. Грунт засыпки пазух фундаментов – суглинок с Jk = 0,4.

d_f=k_h*d_fn* =0,5*3.5*1,1=1,925м, где =1,1 –коэффициент условий работы, k_h=0,5 (по табл.1). Устойчивость фундамента на действие сил морозного пучения определяется по формуле , =80кПа (по таблице 41 пособие к СНиП), A_fh=4*0,5*1,75+4*2*0,15=4,7м²

, R_f1-=10кПа (таблица 2), А_fi=4*0,3*2=2,4м², по пособию к СНиП п.2.154: выводим коэффициент k_f. k_f=1- ,

=(2,2-0,45)/0,5=3,5;

=1,9/0,5=3,8; ;

=(2,2-0,45)/2=0,875; =1,9/2=0,8; ;

k_f=1- =0,75,

 

0,75*80 кПа*4,7-250 10*2,4

32 24, -условие не выполняется.

 

 

Для заданного сооружения (4х этажное пром. здание) определить расчетом величину возможной просадки ф-та, основание которого сложено лессовидным просадочным при замачивании грунтом, в случае его увлажнения на всю глубину просадочной толщи.

Исх. данные:

1. Мощность толщи просадочных грунтов под подошвой ф-та=4м;

2. Расситаны значения дополнительных σ_zp и природных (от собственного веса) давлений σ_zg на глубинах 1м и 3м от подошвы ф-та:

на глубине 1м: σ_zp =0,15 МПа; σ_zg =0,05 МПа;

на глубине 3м: σ_zp = 0,1 МПа; σ_zg = 0,09 МПа.

3. Для образцов грунта, взятых с глубины 1м и 3м от подошвы ф-та установлены значения относительной просадочности l_sl при разр. сжимающих давлениях Р.

Ширина подошвы ф-та 2м, ср. просадочное давление под подошвой ф-та Р=0,25 МПа.

Ответ:

при z=1м;

при z=3м;

( при z=1м; при z=3м) - задаемся

К_sl1=0,5+1,15(Р-Р_sl)/Р₀=0,5+1,5(250-20)/100=3,95

К_sl2=0,5+1,5(250-19)/100=3,97

S_sl=0,02*1*3,95+0,04*1*3,97=0,24 м =24 см.

 

Какого вида ф-т технически целесообразно применять для данного сооружения в заданных усл. Если целесообразно устройство свайных ф-тов, то какому виду свай следует отдать предпочтение и по каким формулам можно определить несущую способность 1 сваи.

Дано: нагрузка 1т/м² горизонтальной проекции (включ. вес колонн).

Инженерно-геол. усл. (сверху вниз):

1 слой. Насыпной грунт – суглинок смешенный со стр-м мусором, рыхлый, разнородный, не слежавшийся, мощность слоя 2-3м.

2 слой. Погребенный почвенно-растительный слой мощностью 0,5-0,8.

3 слой. Суглинок текучепластичный, сильносжимаемый с характер:

g=1,91т/м³; φ=10^о; с=1т/м²; Е=480т/м²; J_c=0,72. Мощность слоя 9-12м.

4 слой. Гравийно-галечниковый грунт с заполнением мелким песком, водонасыщ. плотный g=1,98 т/м³; φ=38^о; с=0,1т/м²; Е=5000т/м²; S=0,95. Уровень грунтовых вод совпадает с кровлей гравийно-галечниковых отложений.

Решение:

СНиП п.4.2. Несущая способность висячей забивной сваи и сваи-оболочки: F_d=γ_c(γ_cR*R*A+u*Σγ_cf*f_i*h_i)

п.4.1. Забивная свая, свая-оболочка, набивная и буровая свая: F_d=γ_c*R*A

п.4.4 Пирамидальная, трапециидальная и ромбовидная свая:

F_d=γ_c[R*A+Σh_i(u*f_i+u_o,i*i_p*E_i*k_i*ξ_r)]

п.4.5 Висячая забивная свая и свая-оболочка: F_du=γ_c*u*Σγ_cf*f_i*h_i

п.4.6. Набивная и буровая свая с уширением и без и свая-оболочка:

F_d=γ_c(γ_cR*R*A+u*Σγ_cf*f_i*h_i)

Так как верхние слои грунтов явл. слабыми, малопрочными и сильножимаемыми (т.е. они явл. малопригодными для ФМЗ), то мы принимаем свайный фундамент.

Предпочтение следует отнести к свае-стойке (п.4.1), т.к. она будет опираться на малосжимаемый грунт.

4 слой. Гравийно-галечниковый грунт с заполнением мелким песком, водонасыщ. плотный g=1,98 т/м³; φ=38^о; с=0,1т/м²; Е=5000т/м²; S=0,95. Уровень грунтовых вод совпадает с кровлей гравийно-галечниковых отложений.

Решение:

СНиП п.4.2. Несущая способность висячей забивной сваи и сваи-оболочки: F_d=γ_c(γ_cR*R*A+u*Σγ_cf*f_i*h_i)

п.4.1. Забивная свая, свая-оболочка, набивная и буровая свая: F_d=γ_c*R*A

п.4.4 Пирамидальная, трапециидальная и ромбовидная свая:

F_d=γ_c[R*A+Σh_i(u*f_i+u_o,i*i_p*E_i*k_i*ξ_r)]

п.4.5 Висячая забивная свая и свая-оболочка: F_du=γ_c*u*Σγ_cf*f_i*h_i

п.4.6. Набивная и буровая свая с уширением и без и свая-оболочка:

 

В случае устройства ф-ов из забивных свай в какой слой грунта следует погрузить нижние концы свай и по какой ф-ле СНиП следует определять несущую способность сваи с учетом процесса консолидации грунтов.

Исх. данные:

Срок строительства – 1,5 года. Инженерно-геологические условия площадки. Площадка сложена следующими видами грунтов: (сверху - вниз)

1 слой. Искусственно возведенная насыпь из песка с давностью отсыпки 3 месяца, высота насыпи 5м.

2 слой. Суглинок водонасыщенный медленно консолидирующийся J₁=0,75=0,8, время завершения консолидации слоя суглинков от возведенной насыпи 3 года. Мощность слоя – 8м.

3 слой. Пески средней крупности, средней плотности – водонасыщенные. Мощность слоя не выявлена.

Решение:

Нижние концы забивных свай нужно погрузить в песок. Суглинок является слабым грунтом, возникает отрицательное трение.

Грунт, залегающий под слоем слабого грунта будет давать осадку больше осадки сваи, т.е. этот грунт будет перемещаться относительно сваи вниз, в результате трение, возникающее м/у грунтом и боковой поверхностью сваи будет направленно на верх как обычно, а вниз, дополнительно пригружая сваю.

Эпюра 1 – Прямоугольная эпюра (по длине сваи) с интенсивностью перемещения, равного половине предельно допустимой осадки свайного ф-та;

Эпюра 2 – Послойная осадка грунтов около боковой поверхности сваи.

Осадки откладываются от вертикали. Выше точки 3 действует отрицательное трение, направленное вверх, а ниже – трение, удерживающее сваю.

Несущая способность сваи при развитии отрицательного трения:

F_d=γ_c(γ_cR*R*A+u* γ_cf*f_i*h_i – u* γ_i*f*γ_пед*f_i*h_i)

где z₀ – глубина расположения нулевой точки;

h – длина сваи;

γ_пед – коэф-т условия работы при развитии отрицательного трения, зависящий от величины перемещения;

Остальные обозначения, как и для определения F_d висячей сваи(СНиП 2.02.03-85 п4.2)

 

Чему равны значения касательных сил морозного пучения для данных инженерно-геологических условий и будет ли устойчив на действие сил морозного пучения ф-т с сечением 0,75x0,75м для опирания средних главных балок.

В верхней части просадочной толщи грунтов I-го типа просадочности дно котлована под подошвой фундаментов уплотнено тяжелыми трамбовками, благодаря этому верхняя часть просадочной толщи утратила просадочные свойства.

В одном из пролетов здания расположено складское помещение, занимающее полную площадь между двумя поперечными разбивными осями здания. Полезная расчетная нагрузка на пол от складируемых материалов составляет 40 кН/кВ.м. Здание имеет свайный фундамент из висячих свай, погруженных в однородные грунты. Сваи железобетонные призматические, с квадратным поперечным сечением.

Требуется:

1. Пояснить особенность определения несущй способности сваи по грунту с использованием формулы (8)СНиП 2.02.03-85

2. Изобразить схему работы сваи в грунте с указанием вех необходимых параметров, отражающих специфику рассматриваемого случая и методики их определения. При этом глубину заложения ростверка и длину сваи можно принять произвольно.

3. Записать формулу (8) СНиП 2.02.03-85 для определения несущей способности сваи по грунту с учетом особенности рассматриваемого случая.

 

Решение

1.Особенность: этот метод базируется на обобщении результатов испытаний большого числа обычных и спец-х свай вертек. нагрузкой, проведенных в различных грунтовых условиях с целью установления предельных значений сил трения, возник-х между сваей и окружающим грунтом, и предельного сопротивления грунта под её концом. В результате составлены табл расчетных сопротивлений грунтов, которые позволяют определить сопротивление боковой поверхности и нижнего конца сваи и, просуммировав полученные значения, найти ее несущую способность F_d. Не дорогой, не точный.

2. согласно п. 4.11 и п. 4.12

3. F_d=γ_c(γ_cR*R*A + u γ_cf*(-f_i)*h_i +

+ u* γ_cf *f_i*h_i)

Согласно п. 4.11 нужно учитывать отрицательные силы трения грунта на боковой поверхности сваи.

 

Какую особенность необходимость учесть при расчете оснований фундаментов для инженерно-геологических условий, приведенных ниже. Действительно ли второй слой является супесью пластичной.

Исходные данные:

1. инженерно-геологические условия:

Первый слой – плотные маловлажные пески крупные мощностью 4м, =39⁰, g_н =g^,_н=19кН/м³, С₁₁=0, Е=40МПа, W=18%. Второй слой – супесь пластичная мощностью 3 м, =24⁰, g_н =g^,_н=17кН/м³, С₁₁=13кПа, Е=24МПа, W=30%, W_p=25%, W_L=31%.

2. нижняя граница сжимаемой толщи – 6 м.

3. ответ сопроводить схемой с указанием всех необходимых параметров.

Если под несущим слом на какой-либо глубине z залегает менее прочный грунт, тогда рекомендуется проверить напряжение передаваемое на кровлю слабого грунта по условию + R_z;

R_z – расчетное сопротивление грунта пониженной прочности на глубине z;

- напряжение на кровле подстилающего слоя от внешней нагрузки;

- напряжение на кровле подстилающего слоя от собственного веса грунта.

ABCD – условный фундамент.

, где ; a=(L-в)/2; L и и в – длина и ширина фундамента, A_z –площадь фундамента; в_z = - если фундамент квадратный; в_z = для ленточных; = *H_z; H_z=d+z=d_z; = Р₀; где ; P₀=P- ; ; ;где z – глубина расположения слабого слоя от подошвы фундамента; P – среднее давление по подошве фундамента; =20кН – удельный вес грунта выше подошвы фундамента; R_z=

3. Каким методом следует определять осадку основания фундамента шириной в=11 м, если основание сложено грунтами, физико-механичекие характеристики которого приведены ниже в исходных данных. Изобразить схему для расчета осадок выбранным методом с указанием всех необходимых параметров.

Исходные данные:

Первый слой – суглинок мягкопластичный мощностью 5 м, ф=18⁰, с=20кПа, Е=12 МПа, второй слой – супесь пластичная ф=24⁰, с=13 кПа, Е=16МПа.

Метод линейно-деформируемого слоя позволяет рассчитывать фундаменты больших размеров при наличии в основании плотных грунтов и применяется если ширина подошвы фундамента В>10м и грунты с Е>10 МПа. Высоту линейно-деформируемого слоя H принимают по формуле H=(H₀+ф*в)К_р, H₀ и ф принимают для пылеватоглинистых грунтов 9м и 0,15; К_р- коэффициент, равный Кр=0,8, если давление под подошвой фундамента Р=0,1 МПа и К_р =0,5МПа. При промежуточных значениях К_р определяют линейной интерполяцией. Осадку основания с использованием расчетной схемы определяют по формуле. , где Р-среднее давление под подошвой фундамента; b-ширина подошвы; С, К_с-коэффициенты принимаемые по таблице; n- количество слоев, различающихся по сжимаемости в пределах расчетной высоты слоя H; К_i, К_i-1 – коэффициенты, зависят от формы фундамента, соотношения сторон и относительной глубины на которой расположены подошва и кровля i-ого слоя соответственно: ; ; Е_i-модуль деформаций i-ого слоя грунта.

 

4. а)Какие виды расчетных совместных деформаций оснований необходимо учитывать при проектировании фундаментов под колонны рабочей площадки. Изобразить схему для расчета осадок фундамента. б) Гарантируется ли нормальная эксплуатация здания, если в результате расчета получена осадка соседних фундаментов S1=10 см и S2=4 см, L=12м.

Исходные данные: основание сложено песками плотными, маловлажными, мощностью 16м, φ=42⁰, С_ii=0, Е=42МПа, грунтовые воды на глубине 12м.

 

Виды деформаций:

- осадки – это вертикальные перемещения подошвы фундамента, которые возникают в результате уплотнения грунта от действия внешней нагрузки, за счет уменьшения пористости (коренного изменения структуры не происходит);

- просадки – происходит в результате уплотнения от внешних нагрузок и других факторов (направленного замачивания просадочных грунтов, оттаивание ледовых прослоек), при этом структура грунта изменяется коренным образом;

- подъем поверхности основания вследствие набухания грунтов, при дополнительном увлажнении, при промораживании;

- усадка – понижение поверхности при высыхании;

- горизонтальные перемещения, вследствие действия наклонных нагрузок при размещении сооружения вблизи откосов, вследствие подземных подработок.

Задание 1. Схемы деформаций:

а) абсолютная осадка основания отдельного фундамента «S»

б) относительная неравномерность осадок фундаментов ∆S/L

в) крен фундамента (сооружения), f1/L – прогиб; f2/L – выгиб

г) относительный угол закручивания

в1=tg в1=(S1-S2)/b

в2=tg в2=(S3-S4)/b

θ= (в1+ в2)/l

Задание 2. Относительная неравномерность осадок фундаментов:

∆S/L=(S1-S2)/L [∆S/L]_U

(10-4)/1200=0.005 0.002 – условие не выполняется. Нормальная эксплуатация здания не гарантируется.