6. Расчет и проектирование фундамента на искусственном основании
Расчет произведем аналогично фундаменту на естественном основании, в данном варианте назначим глубину фундамента (согласно трем факторам). Принимаем для устройства подушки песок среднезернистый, плотный имеющий проектные характеристики:
;
;
;
.
Определяем требуемое значение площади подошвы фундамента , по формуле:
где, нормативная нагрузка, приложенная к обрезу фундамента (в уровне поверхности земли),
расчетное
сопротивление песчаной подушки, кПа
(таб. В.2 СП 22.13330.2011);
средний объемный вес материала фундамента и грунта, расположенного над уступами фундамента, ;
глубина заложения фундамента, считая от планировочной отметки земли около фундамента, м.
Принимаем размеры фундамента в
соответствии с требуемым значением
площади подошвы
,
и назначенной глубиной заложения
,
а следовательно, и
фундамента. Площадь подошвы принятого
фундамента должна удовлетворять условию
Всем условиям удовлетворяет фундамент
марки ФД 9-2 (серии 1.412-2/77)
с характеристиками:
размер ступеней плитной части, , мм:
первая подошвенная – 3300х2700х300.
площадь подошвы фундамента
;глубина ;
момент сопротивления площади подошвы фундамента
.
Приводим все нагрузки, действующие на фундамент, к центру тяжести подошвы:
Определим эксцентриситет нагрузки по подошве фундамента, м, по формуле:
где, сумма вертикальных нагрузок, дейсвтующих на основание, кроме веса фундамента и грунта на его обрезках, и определяемых для случая расчета основания по деформациям, кН;
средний объемный вес материала фундамента и грунта, расположенного над уступами фундамента, ;
момент от равнодействующей всех нагрузок, действующих на подошве фундамента, найденных с учетом заглубления фундамента в грунте и перераспределяющего влияние подошвы фундамента, ;
длина фундамента, ;
ширина фундамента, ;
глубина заложения фундамента, считая от планировочной отметки земли около фундамента, м.
Определяем максимальное, минимальное
и среднее краевое давление на грунт под
подошвой при относительном эксцентриситете
по формуле:
где, сумма вертикальных нагрузок, действующих на основание, кроме веса фундамента и грунта на его обрезах, и определяемых для случая расчета основания по деформациям, кН;
площадь подошвы фундамента, ;
средний объемный вес материала фундамента и грунта, расположенного над уступами фундамента, ;
глубина заложения фундамента, считая от планировочной отметки земли около фундамента, м;
момент от равнодействующей всех нагрузок, действующих на подошве фундамента, найденных с учетом заглубления фундамента в грунте и перераспределяющего влияние подошвы фундамента, ;
момент сопротивления площади подошвы фундамента, .
Так как грузоподъемность мостового крана , то отношение проверять не требуется.
Уточняем расчетное сопротивление R, кПа, для песчаной подушки по формуле (В.1 из приложения В, СП 22.13330.2011):
где, расчетное сопротивление песчаной подушки, кПа (таб. В.2 СП 22.13330.2011);
коэффициент,
принимаемый для оснований;
ширина
и глубина заложения фундамента, м;
ширина
и глубина заложения фундамента принимаемые
при расчете
,
м.
Проверяем условия для принятых размеров фундамента:
Требуемую толщину подушки находим
методом последовательных попыток,
исходя из необходимости ограничения
давления по подошве подушки величиной
,
кПа, расчетным сопротивлениям грунта
подстилающего слабого слоя в соответствии
с условием:
где,
вертикальные
напряжения в грунте на глубине z
от подошвы фундамента, кПа;
расчетное
сопротивление грунта пониженной
прочности, кПа.
Определяем составляющие формулы,
назначив толщину песчаной подушки
:
где,
коэффициент, принимаемы по таб. 5.8 СП
22.13330.2011 в зависимости от относительной
глубины
и соотношению сторон подошвы фундамента
;
где, толщина i-го слоя грунта, м;
ширина подошвы фундамента, ;
длина фундамента, .
среднее давление под подошвой фундамента, кН.
где, удельный вес глины, расположенного ниже уровня подземных вод, с учетом взвешивающего действия воды для расчета по II группе предельных состояний, ;
глубина расположения уровня подземных вод,
удельный вес глины без учета взвешивающего действия воды для расчета по II группе предельных состояний, ;
глубина заложения фундаментов, м;
удельный
вес песка,
;
толщина
песчаной подушки, м.
где, удельный вес глины, расположенного ниже уровня подземных вод, с учетом взвешивающего действия воды для расчета по II группе предельных состояний, ;
глубина расположения уровня подземных вод,
удельный вес глины без учета взвешивающего действия воды для расчета по II группе предельных состояний, ;
глубина заложения фундаментов, м;
удельный вес песка, ;
толщина песчаной подушки, м;
коэффициент, принимаемы по таб. 5.8 СП 22.13330.2011 в зависимости от относительной глубины и соотношению сторон подошвы фундамента ;
где, толщина i-го слоя грунта, м;
ширина подошвы фундамента, ;
длина фундамента, .
где, коэффициенты условий работы, при показатели текучести ;
коэффициент, принимаемый равным единице, т.к. прочностные характеристики грунта ( и ) определены непосредственными испытаниями;
коэффициенты, в зависимости от угла трения ;
коэффициенты, принимаемые равным единице при
условная
ширина фундамент, м, вычисляем по формуле:
где,
площадь условного фундамента,
,
вычисляемая по формуле:
где,
сумма вертикальных нагрузок, действующих
на основание, кроме веса фундамента и
грунта на его обрезках, и определяемых
для случая расчета основания по
деформациям, кН;
среднее
значение вертикального нормального
напряжения от внешней нагрузки, проходящей
через центр подошвы фундамента, кН.
вычисляем
по формуле:
где, ширина подошвы фундамента, ;
длина фундамента, .
удельный вес глины, расположенного ниже уровня подземных вод, с учетом взвешивающего действия воды для расчета по II группе предельных состояний, ;
удельный вес грунта, расположенного выше подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), , вычисляем по формуле:
где, удельный вес глины, расположенного ниже уровня подземных вод, с учетом взвешивающего действия воды для расчета по II группе предельных состояний, ;
глубина расположения уровня подземных вод,
удельный вес глины без учета взвешивающего действия воды для расчета по II группе предельных состояний, ;
глубина заложения фундаментов, м;
удельный вес песка, ;
толщина песчаной подушки, м;
расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа;
лубина
заложения фундаментов, м.
Проверяем условие:
Определяем составляющие формулы,
назначив толщину песчаной подушки
:
где,
коэффициент, принимаемы по таб. 5.8 СП
22.13330.2011 в зависимости от относительной
глубины
и соотношению сторон подошвы фундамента
;
где, толщина i-го слоя грунта, м;
ширина подошвы фундамента, ;
длина фундамента, .
среднее давление под подошвой фундамента, кН.
где, удельный вес глины, расположенного ниже уровня подземных вод, с учетом взвешивающего действия воды для расчета по II группе предельных состояний, ;
глубина расположения уровня подземных вод,
удельный вес глины без учета взвешивающего действия воды для расчета по II группе предельных состояний, ;
глубина заложения фундаментов, м;
удельный вес песка, ;
толщина песчаной подушки, м.
где, удельный вес глины, расположенного ниже уровня подземных вод, с учетом взвешивающего действия воды для расчета по II группе предельных состояний, ;
глубина расположения уровня подземных вод,
удельный вес глины без учета взвешивающего действия воды для расчета по II группе предельных состояний, ;
глубина заложения фундаментов, м;
удельный вес песка, ;
толщина песчаной подушки, м;
коэффициент, принимаемы по таб. 5.8 СП 22.13330.2011 в зависимости от относительной глубины и соотношению сторон подошвы фундамента ;
где, толщина i-го слоя грунта, м;
ширина подошвы фундамента, ;
длина фундамента, .
где, коэффициенты условий работы, при показатели текучести ;
коэффициент, принимаемый равным единице, т.к. прочностные характеристики грунта ( и ) определены непосредственными испытаниями;
коэффициенты, в зависимости от угла трения ;
коэффициенты, принимаемые равным единице при
условная ширина фундамент, м, вычисляем по формуле:
где, площадь условного фундамента, , вычисляемая по формуле:
где, сумма вертикальных нагрузок, действующих на основание, кроме веса фундамента и грунта на его обрезках, и определяемых для случая расчета основания по деформациям, кН;
среднее значение вертикального нормального напряжения от внешней нагрузки, проходящей через центр подошвы фундамента, кН.
вычисляем по формуле:
где, ширина подошвы фундамента, ;
длина фундамента, .
удельный вес глины, расположенного ниже уровня подземных вод, с учетом взвешивающего действия воды для расчета по II группе предельных состояний, ;
удельный вес грунта, расположенного выше подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), , вычисляем по формуле:
где, удельный вес глины, расположенного ниже уровня подземных вод, с учетом взвешивающего действия воды для расчета по II группе предельных состояний, ;
глубина расположения уровня подземных вод,
удельный вес глины без учета взвешивающего действия воды для расчета по II группе предельных состояний, ;
глубина заложения фундаментов, м;
удельный вес песка, ;
толщина песчаной подушки, м;
расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа;
лубина
заложения фундаментов, м.
Проверяем условие:
Расчет оснований по деформациям производят исходя из условия
где, осадка основания фундамента (совместная деформация основания и сооружения);
предельное значение осадки основания фундамента (совместной деформации основания и сооружения) (таб. Д.1 СП 22.13330.2011).
Осадку основания фундамента , с использованием расчетной схемы в виде линейно деформируемого полупространства определяем методом послойного суммирования по формуле:
где, безразмерный коэффициент;
среднее значение вертикального нормального напряжения от внешней нагрузки i-м слое грунта по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента, кН;
толщина i-го слоя грунта, см;
модуль деформации i-го слоя грунта по ветви первичного награждения, кПа;
среднее значение вертикального напряжения в i-м слое грунта по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента, от собственного веса выбранного при отрывке котлована грунта, кПа;
число слоев, на которые разбита сжимаемая толща основания.
Вертикальное эффективное напряжение от собственного веса грунта , кПа, на границе слоя, расположенного на глубине z от подошвы фундамента, определяется по формуле:
где, средний удельный вес грунта, расположенного выше подошвы фундамента, ;
глубина заложения фундамента, м;
соответственно удельный вес, , и толщина i-го слоя грунта, залегающего выше границы слоя на глубине z от подошвы фундамента, м.
Определяем составляющие формулы для определения осадки основания фундамента на уровне подошвы:
где, среднее давление под подошвой фундамента, кН.
где, средний удельный вес грунта, расположенного выше подошвы фундамента, ;
глубина заложения фундамента, м;
удельный вес глины, расположенного ниже уровня подземных вод, с учетом взвешивающего действия воды для расчета по II группе предельных состояний, ;
глубина расположения уровня подземных вод,
удельный вес глины без учета взвешивающего действия воды для расчета по II группе предельных состояний, ;
глубина заложения фундаментов, м.
Определяем составляющие формулы для
определения осадки основания фундамента
на глубине
уровне подошвы:
где, коэффициент, принимаемы по таб. 5.8 СП 22.13330.2011 в зависимости от относительной глубины и соотношению сторон подошвы фундамента ;
где, толщина i-го слоя грунта, м;
ширина подошвы фундамента, ;
длина фундамента, .
среднее давление под подошвой фундамента, кН.
где, удельный вес глины, расположенного ниже уровня подземных вод, с учетом взвешивающего действия воды для расчета по II группе предельных состояний, ;
глубина расположения уровня подземных вод,
удельный вес глины без учета взвешивающего действия воды для расчета по II группе предельных состояний, ;
глубина заложения фундаментов, м;
коэффициент, принимаемы по таб. 5.8 СП 22.13330.2011 в зависимости от относительной глубины и соотношению сторон подошвы фундамента ;
где, толщина i-го слоя грунта, м;
ширина подошвы фундамента, ;
длина фундамента, .
где, удельный вес глины, расположенного ниже уровня подземных вод, с учетом взвешивающего действия воды для расчета по II группе предельных состояний, ;
глубина расположения уровня подземных вод,
удельный вес глины без учета взвешивающего действия воды для расчета по II группе предельных состояний, ;
глубина заложения фундаментов, м;
удельный вес песка, ;
толщина песчаной подушки, м;
Определяем составляющие формулы для
определения осадки основания фундамента
на глубине
уровне подошвы:
где,
коэффициент, принимаемы по таб. 5.8 СП
22.13330.2011 в зависимости от относительной
глубины
и соотношению сторон подошвы фундамента
;
где, толщина i-го слоя грунта, м;
ширина подошвы фундамента, ;
длина фундамента, .
среднее давление под подошвой фундамента, кН.
где, удельный вес глины, расположенного ниже уровня подземных вод, с учетом взвешивающего действия воды для расчета по II группе предельных состояний, ;
глубина расположения уровня подземных вод,
удельный вес глины без учета взвешивающего действия воды для расчета по II группе предельных состояний, ;
глубина заложения фундаментов, м;
коэффициент, принимаемы по таб. 5.8 СП 22.13330.2011 в зависимости от относительной глубины и соотношению сторон подошвы фундамента ;
где, толщина i-го слоя грунта, м;
ширина подошвы фундамента, ;
длина фундамента, .
где, удельный вес глины, расположенного ниже уровня подземных вод, с учетом взвешивающего действия воды для расчета по II группе предельных состояний, ;
глубина расположения уровня подземных вод,
удельный вес глины без учета взвешивающего действия воды для расчета по II группе предельных состояний, ;
глубина заложения фундаментов, м;
удельный вес песка, ;
толщина песчаной подушки, м;
Дельнейшие вычисления сводим в таблицу.
Таблица 10. Определение осадки
Номер слоя |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0,00 |
0,00 |
1,80 |
1,0000 |
185,24 |
22,31 |
22,31 |
4,46 |
45000 |
1 |
0,50 |
0,37 |
2,30 |
0,9691 |
179,52 |
27,66 |
21,62 |
5,53 |
45000 |
2 |
0,60 |
0,44 |
2,40 |
0,9526 |
176,46 |
28,73 |
21,25 |
5,75 |
45000 |
3 |
0,70 |
0,52 |
2,50 |
0,9245 |
171,26 |
29,80 |
20,63 |
5,96 |
45000 |
4 |
0,80 |
0,59 |
2,60 |
0,9000 |
166,72 |
30,87 |
20,08 |
6,17 |
45000 |
5 |
1,34 |
0,99 |
3,14 |
0,7416 |
137,37 |
35,31 |
16,54 |
7,06 |
8000 |
6 |
1,88 |
1,39 |
3,68 |
0,5751 |
106,52 |
39,75 |
12,83 |
7,95 |
8000 |
7 |
2,42 |
1,79 |
4,22 |
0,4397 |
81,44 |
44,19 |
9,81 |
8,84 |
8000 |
8 |
2,96 |
2,19 |
4,76 |
0,3388 |
62,75 |
48,63 |
7,56 |
9,73 |
8000 |
9 |
3,50 |
2,59 |
5,30 |
0,2654 |
49,17 |
53,27 |
5,92 |
10,65 |
6000 |
10 |
4,04 |
2,99 |
5,84 |
0,2116 |
39,20 |
57,92 |
4,72 |
11,58 |
6000 |
11 |
4,58 |
3,39 |
6,38 |
0,1716 |
31,79 |
62,57 |
3,83 |
12,51 |
6000 |
12 |
5,12 |
3,79 |
6,92 |
0,1419 |
26,28 |
67,58 |
3,17 |
13,52 |
16000 |
13 |
5,66 |
4,19 |
7,46 |
0,1190 |
22,04 |
72,60 |
2,65 |
14,52 |
16000 |
14 |
6,20 |
4,59 |
8,00 |
0,1009 |
18,69 |
77,61 |
2,25 |
15,52 |
16000 |
15 |
6,74 |
4,99 |
8,54 |
0,0887 |
16,42 |
82,62 |
1,98 |
16,52 |
16000 |
16 |
7,28 |
5,39 |
9,08 |
0,0751 |
13,92 |
87,63 |
1,68 |
17,53 |
16000 |
Примечание.
Граница глины (2 слой) и суглинка (3 слой)
условно смещена до глубины
от подошвы (фактическое положение на
глубине
).
Граница суглинка (3 слой) и глины (4 слой)
условно смещена до глубины
от подошвы (фактическое положение на
глубине
).
Т.к. нижняя граница
сжимаемой толщи при условии
найдена в слое с модулем деформации
тогда находим границу сжимаемой толщи
исходя из условия
.
На глубине
от подошвы фундамента выполняется
условие:
(п.5.6.41 СП 22.13330.2011),
поэтому послойное суммирование деформации основания производим в пределах от подошвы фундамента до глубины сжимаемой толщи (ГСТ).
Определим осадку фундамента:
условие
выполняется
где, осадка основания фундамента (совместная деформация основания и сооружения);
предельное значение осадки основания фундамента (совместной деформации основания и сооружения) (таб. Д.1 СП 22.13330.2011).
