Прогнозирование осадки ленточного фундамента во времени

Определение осадок фундамента для любого промежутка времени от начала загружения – одна из сложнейших задач механики грунтов, решение которой получено лишь для отдельных пространственных случаев и базируется на теории фильтрационной консолидации. Консолидация – уплотнение грунта во времени под действием постоянной нагрузки.

Расчет осадки во времени проводят в соответствии со следующими допущениями:

· рассматриваемый слой толщиной h сложен полностью водонасыщенным однородным грунтом;

· движение воды в порах соответствует закону ламинарной фильтрации;

· воду в грунтах считают свободной, несжимаемой и гидравлически непрерывной;

· в первый момент времени после приложения нагрузки все давление передается на воду и по мере отжатия ее из пор на скелет грунта, который представляет собой линейно - деформируемое тело.

 

Величину осадки за отрезок времени t с момента приложения нагрузки находят по зависимости

 

где: S – конечная осадка, определение которой рассмотрено в предыдущих разделах;

U – степень консолидации.

 

Согласно теории фильтрационной консолидации, время консолидации t с момента приложения нагрузки определяют по формуле,

 

где - коэффициент, величина которого зависит от длины пути фильтрации h (высоты уплотняемого слоя), коэффициента консолидации и величины =3,14;

N – безразмерный коэффициент.

 

Величину коэффициента N определяют по табл. в зависимости от характера распределения напряжения в грунтах (схема загружения) и степени консолидации U, причем степенью консолидации задаются.

Коэффициент консолидации вычисляют по формуле,

где к_фm – осредненное значение коэффициента фильтрации в пределах сжимаемой толщи H_c (активной зоны сжатия); а_om - осредненное значение коэффициента относительной сжимаемости в пределах сжимаемой толщи; - удельный вес воды (10 кН/м³).

Среднее значение коэффициента фильтрации в пределах сжимаемой толщи Н_с вычисляют как

 

где h_i – мощность i-го слоя грунта в пределах сжимаемой толщи Н_с, к_фi – коэффициент фильтрации i -го слоя грунта.

Высота уплотняющего слоя (длина пути фильтрации) h зависит от характера напластования грунтов и условий фильтрации.

При слоистом залегании грунтов в пределах сжимаемой толщи рассматривают следующие случаи:

- водопроницаемость слоев грунта с глубиной уменьшается, т.е. к_ф1 >к_ф2 > к_ф3 >_…. Расчет приближенно проводят по схеме 2 при h = H_с = 2h_э;

- под сжимающей толщей залегает слой хорошо фильтрующего грунта,

т.е. к_ф1 <к_ф2 < к_ф3. В этом случае вода отжимается вверх и вниз. Приближенно задача сводится к схеме 0, принимая путь фильтрации H= H_c/2 = h_э;

- в толще хорошо фильтрующих грунтов залегает слой с пониженным коэффициентом фильтрации (например, прослойка суглинка в слое супеси или песка). Определение осадки ведут по схеме 0. При этом путь фильтрации h равен половине водоупорного слоя, т.е. h = h₂/2.

 

Расчёт:

Расчёт осадки будем вести методом эквивалентного слоя, т.е.

Определим средневзвешенное значение коэффициента фильтрации в пределах сжимаемой толщи (рис 3.4.1):

Рис. 3.4.1

 

Определяем коэффициент консолидации, зная что m₀ = 11,25*10^-5 Па^-1,

С_υ =1,42*10^-7/(15,6*10^-5*10) = 0,000091(м²/сут).

В нашем случае водопроницаемость грунтов уменьшается с увеличением глубины, значит, расчёт будем вести по схеме 2..

Рассчитаем время консолидации:

Где М=34,9*10³ сут. =95,6 лет

 

Далее расчет ведем в табличной форме:

Степень консолидации	Параметр , год.	Параметр N	Время консолидации, год.	Осадка за время, см
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 0,95	95,6	0,005 0,02 0,06 0,13 0,24 0,42 0,69 1,08 1,77 2,08	0,5 1,9 5,73 12,42 22,9 40,15 65,9 103,25 169,21 198,8	0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 4,75

 

 

Рис. 3.4.2

 

Расчет столбчатого фундамента

Размер подколонника в плане назначаем по типовым фундаментам (Справочник проектировщика «Основания, фундаменты и подземные сооружения», табл. 4.25).

При определении расчетного сопротивления столбчатого фундамента

На глубине 4,5 м – суглинок полутвердый.

Принимаем ,

γ_ΙΙ =20.5*0.5/ 0.5 = 20.5 (кН/м³);

γ'_ΙΙ = (20,5*0.3+10*0,8+9.88*0.8+19.8*0.2+17.5*1,3) /2,6 = 18.75 (кН/м³)

c = 47 кПа,

R=1,25*1/1*(0.84*1*1,5*20.5 + 4.37*2.64*18.75+(4.37-1)*1.9*18.75+6.90*47)= =858,12 (кПа)

 

R=1,25*1/1*(0.84*1*1,2*20.5 + 4.37*2.64*18.75+(4.37-1)*1.9*18.75+6.90*47)=853,82 (кПа)

,.

Принимаем к расчету b=1,2 м, ,

Тогда , где

Необходимо, чтобы выполнялось условие

, условие выполняется, запас

 

 

Армирование:

Сечение рабочей арматуры принимается на всю ширину сечения:

Принимаем 12Ø6 А400 с шагом 100мм.

 

 

Расчет на продавливание

P < R_bt*h₀*U_m

R_bt – расчетное сопротивление бетона растяжению. Принимаем В25 ( МПа);

U_m = 2*(l_n + b_n + 2h) = 2*(0,9 + 0,9 + 2*0,27) = 5,08 м

P = N_0I’ – A₁*P_I = 1139,5 - 2,7*851 = - 1158,2 кН

A₁ = (l_n + 2h₀)*(b_n + 2h₀) = (0,9 + 2*0,27)*(0,9 + 2*0,27) = 2,7 м²

Расчет на поперечную силу

Q < 1,5R_bt*b*h₀^’2/c

Q = P_I*[0,5*(l - l_n) - c]*b = 851*[0,5*(1,2 - 0,9) – (-0,12)]*1,2 = 377,8 кН

c = 0,5*(l - l_n-2h₀) = 0,5*(1,2 - 0,9 - 2*0,27) = -0,12м