2. Определение нагрузок на фундамент

На обрез фундамента в осях А-5 действуют следующие усилия.

Таблица 5. Нормативные значения усилий фундаментов по оси А-5

Усилие	Постоянные Pd, кН	Снеговые Pt1, кН	Крановые Pt2, кН	Ветровые Pt3, кН
Nn, кН	895.0	122.0	165.0	0.0
Mn, кН*м	278.0	72.0	±180.0	±48.0
Qn, кН	76.0	5.0	±33.0	±50.0

Таблица 6. Расчетное сочетание нагрузок

Усилие	Pd + Pt1, кН	Pd + Pt2, кН	Pd + Pt3, кН	Cm, кН
Nn, кН	1017	1060	895	1169.8
Mn, кН*м	350	252	458	556.4
Qn, кН	81	109	126	159.2

Определяем основные сочетания нагрузок, состоящие из постоянных, длительных и кратковременных, по формуле (СП 20.13330.2011 п.6.2а):

С_m = P_d + (ψ_t1*P_ti + ψ_t2*P_ti + ψ_t2*P_ti)

где, P_d – постоянная нагрузка, кН;

P_ti - кратковременные нагрузки, кН;

ψ_t1 = 1.0 - коэффициент сочетания, соответствующий основной по степени влияния кратковременной нагрузке (СП 20.13330.2001 п.6.4);

ψ_t2 = 0.9 - коэффициент сочетания, соответствующий второй по степени влияния кратковременной нагрузке (СП 20.13330.2001 п.6.4);

ψ_t3 = 0.7 - коэффициент сочетания для остальных кратковременных нагрузок (СП 20.13330.2001 п.6.4).

C_m^N = 895 кН + (1 * 165 кН + 0.9 * 122 кН + 0.7 * 0 кН) = 1169.8 кН

С_m^M = 278 кН*м + (1 * 180 кН*м + 0.9 * 72 кН*м + 0.7 * 48 кН*м) = 556.4 кН*м

C_m^Q = 76 кН + (1 * 50 кН + 0.9 * 33 кН + 0.7 * 5 кН) = 159.2 кН

При определении расчётных нагрузок для расчета по второй группе предельных состояний - по деформации - величина коэффициента надежности по нагрузке γ_f = 1

N_II = N_n * γ_f = 1169.8 • 1 = 1169.8 кН

M_II = M_n * γ_f = 556.4 • 1 = 556.4 кН*м

Q_II = Q_n * γ_f = 159.2 • 1 = 159.2 кН

При определении расчетных нагрузок для расчета по первой группе предельных состояний - по несущей способности оснований, фундаментов, ростверков и свай - величина коэффициента надежности по нагрузке γ_f =1,2

N_I = N_n * γ_f = 1169.8 • 1.2 = 1403.8 кН

M_I = M_n * γ_f = 556.4 • 1.2 = 667.7 кН*м

QI = Qn * γf = 159.2 • 1.2 = 191.0 кН

3. Физико-механические свойства грунтов

Вычисляем физико-механические свойства грунтов по приведенным в таблице 3 исходных характеристик.

Слой 2 – суглинок

Число пластичности I_р, определяем по формуле (ГОСТ 25100-2011 А.31):

I_р = W_L – W_P = 30.3 % - 17.3 % = 13 %

где, W_L - влажность на границе текучести, %;

W_P — влажность на границе раскатывания, %.

Плотность сухого грунта p_d, вычисляем по формуле (ГОСТ 5180-84 п.9.2):

p_d = p_n / (1 + 0.01 * W) = 1.95 т/м³ / (1 + 0.01 * 24.4) = 1.57 т / м³

где, р_п - плотность грунта, т / м³;

W — влажность грунта, %.

Пористость n определяется по формуле:

n = (1 – p_d / p_s) * 100 % = (1 – 1.57 т/м³ / 2.71 т/м³) = 42.1 %

Коэффициент пористости e, определяется по формуле (ГОСТ 25100-2011 А.6):

e = (p_s – p_d) / p_d = (2.71 т/м³ - 1.57 т/м³) / 1.57 т/м³ = 0.73

где, p_d - плотность сухого грунта, т/м³;

p_s — плотность частиц грунта, т/м³.

Коэффициент водонасыщения S_r, определяется по формуле (ГОСТ 25100-2011 А.2):

S_r = W * p_s / e * p_w = 0.244 * 2.71 т/м³ / 0.73 * 1 т/м³ = 0.91

где, W - природная влажность грунта;

p_s — плотность частиц грунта, т/м³;

e — коэффициент пористости;

p_w — плотность воды, т/м³.

Показатель текучести I_L, - показатель состояния (консистенции) глинистых грунтов, определяют по формуле (ГОСТ 25100-2011 А. 18):

I_L = (W - W_p) / I_p = (24.4 % - 17.3 %) / 13 % = 0.55

где, W - природная влажность грунта, %;

W_p — влажность на границе раскатывания, %;

I_p — число пластичности, %.

По показателю текучести суглинок находится в мягкопластичном состоянии (ГОСТ 25100-2011 блок-схема Е.8).

Расчетное значение удельного веса и удельного веса твердых частиц:

γ_I ⁽²⁾ = p_I * g = 1.90 т/м³ * 9.81 м/с² = 18.64 кН/м³

γ_II ⁽²⁾ = p_II * g = 1.92 т/м³ * 9.81 м/с² = 18.84 кН/м³

γ_s = p_s* g = 2.71 т/м³ * 9.81 м/с² = 26.59 кН/м³

γ_w = p_w * g = 1.0 т/м³ * 9.81 м/с² = 9.81 кН/м³

где, p_i — плотность твердых частиц грунта, т/м³;

р_W — плотность воды т/м³;

g — ускорение свободного падения, м/с².

Удельный вес суглинка, расположенного ниже уровня подземных вод, с учетом взвешивающего действия воды для расчета по II группе предельных состояний, вычисляем по формуле:

γ_sb⁽²⁾ = (γ_s – γ_w) / (1 + е) = (26.59 кН/м³ - 9.81 кН/м³) / (1 + 0.73) = 9.7 кН/м³

где, γ_s — удельный вес твердых частиц грунта, кН/м³;

γ_w — удельный вес воды, кН/м³;

e — коэффициент пористости.

Удельный вес грунта выше подошвы фундамента до глубины d_w = 0.75 м принимаем без учета взвешивающего действия воды γ_II ⁽²⁾ = 18.84 кН/м³, а ниже уровня подземных вод, т.е. в пределах глубины d = d₁ — d_w = 2 — 0.75 = 1,25 м и ниже подошвы фундамента, принимаем γ_sb⁽²⁾ = 9.7 кН/м³.

Удельный вес грунта, расположенного выше подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды) вычисляем по формуле:

γ’_II = (γ_II ⁽²⁾ * d_w + γ_sb⁽²⁾ * d)/ d₁ =

= (18.84 кН/м³ * 0.75 м + 9.7 кН/м³ * 1.25 м)/2 м = 13.13 кН/м³

где, γ_sb⁽²⁾ — удельный вес суглинка, расположенного ниже уровня подземных вод, с учетом взвешивающего действия воды для расчета по II группе предельных состояний, кН/м³;

d_w - глубина расположения уровня подземных вод, м;

γ_II ⁽²⁾ - удельный вес суглинка без учета взвешивающего действия воды для расчета по II группе предельных состояний, кН/м³.

d₁ - условная глубина заложения фундаментов, м.

Условное расчетное сопротивление грунта основания R, кПа, определяем по формуле (СП 22.13330.2011 п.5.6.7 с учетом d_b = 0):

R_усл. = γ_с1 * γ_с2 * (М_γ * к_z * b * γ_sb⁽²⁾ +M_q * d₁ * γ’_II + M_c * c_II) / к = 1.1 * 1.0 *

*(0.43 *1 * 1 м * 9.7 кН/м³ + 2.73 * 2 м *13.13 кН/м³ + 5.31 * 22) / 1.0 = 211.9 кПа

где, γ_с1, γ_с2 – коэфф. условий работы, при показатели текучести I_L = 0.55;

к — коэффициент, принимаемый равным единице, т.к. прочностные характеристики грунта (ф_II и с_II) определены непосредственными испытаниями;

М_γ, M_q, M_c — коэффициенты, в зависимости от угла трения ф_II = 18˚;

к_z = 1 — коэффициент, принимаемый равным единице при b < 10 м;

b = 1 м — условная ширина подошвы фундамента, м;

γ_sb⁽²⁾ — удельный вес глины, расположенного ниже уровня подземных вод, с учетом взвешивающего действия воды для расчета по II группе предельных состояний, кН/м³;

γ’_II - удельный вес грунта, расположенного выше подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), кН/м³;

c_II = 22 кПа - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа;

d₁ = 2 м - условная глубина заложения фундаментов, м;

d_b= 0 - глубина подвала, м.

Полное наименование грунта 2 слоя по ГОСТ 25100-2011 – суглинок мягкопластичный. Этот грунт может быть использован, как естественное основание, поскольку имеет достаточную прочность, (К_усл = 211,9 кПа, Е = 13 МПа - малосжимаемый).