Проектування фундаменту мілкого закладання

Вибір глибини закладання фундаменту

 

Під стіну влаштовуємо стрічковий монолітний залізобетонний фундамент.

Глибину закладання фундаменту призначаємо з таких міркувань.

1. Навантаження на фундамент N_е = 1011,92 кН, тому глибину закладання необхідно прийняти не менше 1,5 м нижче підлоги підвалу.

2. Конструктивне рішення фундаменту відмітка підлоги підвалу -2,96 м, глибина закладання, прийнята з конструктивних умов – 4,66 м, при проектуванні фундаменту на природній основі забезпечує занурення підошви фундаменту у несучий шар на 1,7м. Положення фундаменту у ґрунті показане на рисунку 3.

3. Прийнята глибина закладання перевищує глибину промерзання на території, яка складає 0,7 м.

Відмітка рівня ґрунтових вод нижче відмітки підошви фундаменту, отже рівень ґрунтових вод не впливає на глибину закладення фундаменту.

 

Рисунок 3 – Положення фундаменту у грунті

2.2 Підбір розміру підошви фундаменту

Обчислюємо необхідну площу фундаменту:

В першому наближенні попередньо приймаємо максимально можливу ширину фундаменту:

Обчислимо розрахунковий опір основи:

(1)

де М_γ, М_q, М_с – коефіцієнти [12 табл.44]., тоді:

; умова виконується..

Остаточно приймаємо розміри підошви фундаменту мілкого закладання:

l =1 м, b=4,5 м, А=4,5 м².

 

 

2.4 Розрахунок осідання фундаменту

 

Тиск під підошвою фундаменту

σ_zg,0 – тиск від власної ваги ґрунту в рівні підошви фундаменту

від рівня природного рельєфу.

Розбиваємо ґрунтову товщу на шари 0,2b = 0,9 м.

У результаті розрахунків, приведених у таблиці 3, осідання фундаменту на по осі В S= 7 см.

 

Таблиця 3 – Розрахунок осідання фундаменту по осі В

Z, м	x= 2Z/b	x= 2Z/bk	ai	ak	szp,i, кПа	szy, КПа	szg,i, кПа	szp,сер, КПа	szy,сер, КПа	Еi, кПа	hi, м	Si, м
					258,87	55,93	55,93	-	-	-	-	-
0,9	0,4	0,063	0,977	0,996	252,91	55,723	70,78	255,89	55,826		0,9	0,0173
1,8	0,8	0,12	0,881	0,993	228,06	55,544	85,63	240,48	55,633		0,9	0,016
2,7	1,2	0,19	0,755	0,989	195,44	55,314	100,48	211,75	55,429		0,9	0,013
3,6	1,6	0,25	0,642	0,986	166,19	55,125	115,33	180,82	55,219		0,9	0,01
4,21	1,87	0,29	0,58	0,983	150,14	54,99	125,39	158,17	55,057		0,61	0,0061
5,11	2,27	0,36	0,5	0,979	129,43	54,772	142,67	139,78	54,881		0,9	0,0018
5,44	2,4	0,38	0,477	0,978	123,48	54,699	149,01	126,46	54,735		0,33	0,0006
6,31	2,8	0,44	0,42	0,967	108,72	54,106	158,35	116,1	54,402		0,9	0,0013
7,21	3,2	0,5	0,374	0,953	96,81	53,301	167,69	102,76	53,7		0,9	0,001
8,11	3,6	0,57	0,337	0,936	87,24	52,361	177,04	92,025	52,831		0,9	0,0008
9,01		0,63	0,306	0,922	79,21	51,556	186,38	83,225	51,958		0,9	0,0007
9,91	4,4	0,693	0,28	0,907	72,48	50,706	195,72	75,845	51,131		0,9	0,0005
10,21	4,53	0,714	0,27	0,901	69,89	50,426	198,84	71,185	50,566		0,3	0,0001
11,11	4,94	0,777	0,251	0,886	64,98	49,553	216,65	67,435	49,989		0,9	0,0005
12,01	5,34	0,84	0,23	0,868	59,54	48,569	234,47	62,26	49,061		0,9	0,0004
12,91	5,74	0,903	0,217	0,849	56,17	47,456	252,29	57,855	48,01		0,9	0,0003
13,81	6,14	0,965	0,204	0,829	52,81	46,365	270,12	54,49	46,91		0,9	0,0002
	S=0.07м

Рисунок 4 – Визначення осідання методом пошарового підсумовування.

 

Осідання становить S=7см<S_u=10cм [11], що є в межах допустимого значення осадки для заданої будівлі. Отже, розміри підошви фундаменту мілкого закладання достатні. Всі послідуючі розрахунки і конструювання ведемо по таким розмірам l =1 м, b=4,5 м.

Проектування фундаменту у варіанті з забивних призматичних паль

Вибір довжини і марки палі

 

Глибину закладення ростверку приймаємо з конструктивних вимог − d=0,5 м.

Приймаємо палю марки С13-30.

 

3.2 Визначення несучої здатності забивної палі по осі 13

Несучу здатність палі визначаємо за формулою:

, (2)

де γ_с = 1, γ_cR = 1, γ_cf = 0,5 [3, табл. 43];

R = 7359,2 кПа, [1, табл. 4.5];

А = 0,3·0,3 = 0,09 м²;

u = 4·0,3 = 1,2м.

Для визначення розрахункового опору ґрунту по боковій поверхні палі розділимо ґрунтову товщу на шари товщиною не більше 2 м (рисунок 5). Обчислення виконуємо в таблиці 4

 

Таблиця 4 Визначення несучої спроможності палі по боковій поверхні

Hi, м	hi, м	І	f1i, кПа	f1i×hi, кН/м	, кПа		, °	, кПа	f2i, кПа	f2i×hi, кН/м
3,39			49,95	49,95	55,94	0,38	15,65		13,6	27,2
5,39			56,78	56,78	88,93	0,38	15,65		19,27	38,54
7,095	1,45		60,19	42,43	117,07	0,38	15,65		24,1	33,98
8,4	1,2	щіл.	57,72	34,63	140,22	0,28	30,9		34,63	20,78
10,0		щіл.	59,8	59,8	162,12	0,28	30,9		39,73	39,73
12,0		щіл.	62,4	62,4	182,88	0,28	30,9		44,56	44,56
13,4	0,8	щіл.	64,22	25,69	197,41	0,28	30,9		47,95	19,18
14,515	1,43	0,12	71,31	101,97	208,8	0,42	16,52	38,7	86,16	119,42
	S=433,66		S=343,39

;

.

 

Розрахункове навантаження, яке може бути передане на палю з умов несучої спроможності ґрунту: .

Необхідна кількість паль у кущі:

Рисунок 5 – Проектування пальових фундаментів

Підготовка даних для розрахунку кількості паль за допомогою ЕОМ:

1. d=0,3м

2. d=0,3м

3. I_L=0,12

4. 0,153

5. 0

6. 1

7. d_п =15,23 м

8. d_рост.=2,39 м

9. 19

10. 0

11. 1кН/м³

12.

13. 1

14. 1

15.

16. N=1207,53 кН

Результати розрахунку за допомогою ЕОМ приведені в додатку В.

За результатами розрахунку на ЕОМ що необхідно 1,41 паль в кущі, однак з врахуванням власної ваги паль, їх кількість становитиме:

приймаємо n=2 шт.

Розмістимо палі у ростверку так, як показано на рисунку 6.

Рисунок 6 – Схема розташування паль у ростверку

Виконаємо перевірку розрахункових навантажень на крайні палі:

, (3)

де ;

=1207,53 кН;

Вага палі G_палі = 0,3²·12,84·1,8·25·1 = 52 (кН).

Вага ростверку до відмітки планування, що приходиться на одну палю, G_р = 1,25·1·0,5·20·1=12,5 (кН). Загальне максимальне розрахункове навантаження на одну палю

Отже, несуча здатність паль при обраному їх розташуванні забезпечена.

 

3.3 Визначення осідання фундаменту на забивних палях

 

І. Визначення осідання як для умовного фундаменту мілкого закладання

Осідання пальового фундаменту визначається шляхом перетворення його на умовний фундамент мілкого закладання.

Розміри ростверку в плані по зовнішнім граням крайніх паль

l' = 1; b' =1,05м;

Розміри умовного фундаменту в площині нижніх кінців паль

Приймаємо умовний фундамент розмірами 1х3,93м.

-обчислимо вагу паль:

 

 

-обчислимо вагу ростверку:

-знайдемо об'єм умовного фундаменту:

-знайдемо об'єм паль:

-знайдемо об'єм ростверку з грунтом на уступах:

-обчислимо об'єм грунту між палями:

Знайдемо усереднене значення питомої ваги грунту від поверхні до глибини закладання паль:

;

Обчислимо вагу ґрунту, що знаходиться в просторі між палями:

Тиск по підошві умовного фундаменту

Розрахунковий опір грунту основи умовного фундаменту

M_γ,=0,47; M_q=2,89; M_c=5,48 – [3, табл. 44].

σ_zg,0 – тиск від власної ваги ґрунту в рівні підошви умовного фундаменту

σ_zg,0 = ;

 

σ′_zg,0 – тиск від власної ваги ґрунту, вийнятого з котловану, в рівні підошви ростверка

σ′_zg,0 = ;

 

σ_zu,l – напруження від власної ваги грунту в межах від підошви ростверку до п’яти палі

σ_zu,l=

Розбиваємо ґрунтову товщу на шари 0,2b_y =0,75 м.

 

b_k=22,55м

b_y=3,93м

h_i=0,75м

σ_zp=275,33кПа

σ_zγ=39,42кПа

σ_zg=39,42кПа

Z, м	x= 2Z/b	x= 2Z/bk	ai	ak	szp,i, кПа	szy, КПа	szg,i, кПа	szp,сер, КПа	szy,сер, КПа	Еi, кПа	Si, м
-	-	-			275,33	39,42	39,42	-	-	-	-
0,75	0,38	0,066	0,998	0,996	274,72	39,27	54,27	275,03	39,345		0,00645
1,5	0,76	0,133	0,89	0,992	245,04	39,116	69,12	259,88	39,193		0,00604
2,25	1,145	0,199	0,772	0,988	212,55	38,94	83,97	228,79	39,028		0,0051
	1,527	0,266	0,662	0,984	182,27	38,789	98,82	197,41	38,865		0,0043
3,75	1,91	0,333	0,571	0,981	157,21	38,67	113,67	169,74	38,729		0,0035
4,5	2,29	0,399	0,497	0,977	136,84	38,51	128,52	147,03	38,59		0,0029
5,25	2,67	0,465	0,438	0,963	120,59	37,945	143,37	128,71	38,227		0,0024
	3,05	0,532	0,391	0,945	107,65	37,252	158,22	114,12	37,598		0,00209
6,75	3,43	0,598	0,353	0,929	97,19	36,621	173,07	102,42	36,936		0,00179
7,5	3,82	0,665	0,319	0,913	87,83		187,92	92,51	36,31		0,00153
8,25	4,2	0,732	0,293	0,897	80,67	35,359	202,77	84,25	35,679		0,00133
	4,58	0,798	0,27	0,881	74,34	34,729	217,62	77,51	35,044		0,00116
9,75	4,96	0,864	0,25	0,861	68,94	33,94	232,47	71,64	34,334		0,00102
10,5	5,34	0,931	0,233	0,839	64,15	33,073	247,32	66,54	33,506		0,000904
11,2	5,725	0,997	0,218	0,819	60,021	32,281	262,17	62,09	32,677		0,000805
	6,106	1,064	0,205	0,798	56,44	31,449	276,03	58,23	31,865		0,000722
12,75	6,488	1,13	0,193	0,777	53,14	30,629	290,88	54,79	31,039		0,00065
	∑S=0,042

Таблиця 5 – Розрахунок осідання фундаменту на забивних палях

 

S=4,2см<S_u=10cм. Отже, осідання в межах норми.

 

Рисунок 7 – Схема до розрахунку осідання пальового фундаменту як умовного фундаменту мілкого закладання

ІІ. Визначення осідання шляхом розв’язання задачі про переміщення стержня в пружному півпросторі

Вага ростверку з грунтом на його уступах

G_р = 0,62∙20 = 12,4 (кН).

Середнє навантаження на палю

Середнє значення коефіцієнта Пуасона в межах напруженої зони

Граничний опір палі

Навантаження на палю на межі пропорційності

 

Модуль деформації грунту під нижнім кінцем палі в межах одного діаметру вище і чотирьох діаметрів нижче позначки нижнього кінця палі

Е_р = 21,9 МПа.

Осереднений у межах довжини палі модуль деформаціі грунтової основи

Відношення усереднених модулів деформації під нижнім кінцем і в межах бічної поверхні палі

Приведений радіус палі

Модуль деформації матеріалу палі при класі бетону С16/20

Е₀ = 24500 МПа.

Коефіцієнт, що визначає частину навантаження, яка передається нижнім кінцем (за таблицею П.1.2 [4] в залежності від r та k_E)

b = 0,042.

Коефіцієнт умов роботи грунту вздовж бічної поверхні палі за табл. П.1.5 [4] k_f = 0,7.

Коефіцієнт умов роботи піщаного грунту під нижнім кінцем палі за табл. П.1.7 [4] k_р = 4,586.

Приведений модуль деформації грунту

Коефіцієнт осідання (за таблицею П.1.1 [4] в залежності від r та k_E)

с = 0,773.

Пружна складова осідання палі

Осідання одиночної палі

Визначимо осідання куща з 2 паль, взявши за основну одну з двух паль.

а₁ = 0,9 м - 1 шт.

Визначаємо коефіцієнти впливу сусідніх паль за табл. П.1.3 та П.1.4 [4] в залежності від приведеної відстані

Осідання середньої палі від одиничного навантаження на j-ту палю у фундаменті визначаємо за формулою

Для відповідної палі

Осідання пальового куща з 2 паль

Допустиме значення осідання для будівель із залізобетонним каркасом S_u = 10 см [9].

Умова S= 0,39 см < S_u= 15 см виконується.