Конструирование песчаной подушки

Проверяем прочность подстилающего слоя грунта, расположенного на глубине ниже подошвы фундамента по формуле:

где вертикальное напряжение в грунте на глубине от подошвы фундамента, соответственно от нагрузки на фундамент и от собственного веса грунта; расчетное сопротивление грунта пониженной прочности на глубине .

Для определения находим:

Принимаем по табл. 24[1].

Тогда

Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на кровле слабого подстилающего слоя:

Для условного фундамента на кровле подстилающего слоя, с характеристиками грунта определяем расчетное сопротивление:

где , по табл. 15[1];

по т. 16 [1], при ;

;

– глубина подвала,

ширина подошвы фундамента, м:

Тогда:

;

Проверяем условие:

- условие не выполняется.

Прочность подстилающего слоя грунта не обеспечивается. Целесообразно увеличить высоту песчаной подушки

Проверяем прочность подстилающего слоя грунта, расположенного на глубине ниже подошвы фундамента по формуле:

где вертикальное напряжение в грунте на глубине от подошвы фундамента, соответственно от нагрузки на фундамент и от собственного веса грунта; расчетное сопротивление грунта пониженной прочности на глубине .

Для определения находим:

Принимаем по табл. 24[1].

Тогда

Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на кровле слабого подстилающего слоя:

Для условного фундамента на кровле подстилающего слоя, с характеристиками грунта определяем расчетное сопротивление:

где , по табл. 15[1];

по т. 16 [1], при ;

;

– глубина подвала,

ширина подошвы фундамента, м:

Тогда:

;

Проверяем условие:

- условие выполняется.

Определяем размеры подушки в плане.

Задаемся распределением в ней давления под углом , тогда размеры подушки понизу определяются по формулам:

Для определения размеров подушки поверху задаемся углом при котором заведомо обеспечивается устойчивость песчаной подушки.

Рисунок 3.6. Фундамент на песчаной подушке

3.3.5. Расчёт осадок фундаментов.

Рассчитывать осадку основания фундамента под колонну будем методом послойного суммирования.

Строим эпюру распределения вертикальных напряжений от собственного веса грунта :

где удельный вес грунта го слоя;

мощность го слоя.

Удельный вес грунтов, залегающих ниже уровня подземных вод (WL), но выше водоупора, должен определяться с учётом взвешивающего действия воды по формуле:

,

где - удельный вес частиц грунта, кН/м^з.

- удельный вес воды, кН/м^з;

- коэффициент пористости грунта.

Для песка средрей крупности:

Для суглинка мягкопластичного с :

Для песка средрей крупности:

Для глины тугопластичной:

Определяем вертикальные напряжения от собственного веса грунта в характерных плоскостях:

На кровле 1 слоя (песок мелкий маловлажный).

На подошве фундамента:

На отметке уровня грунтовых вод:

На подошве песчаной подушки:

На подошве 3 слоя (суглинок мягкопластичный):

На подошве 4 слоя (песок средней крупности):

На подошве 5 слоя (глина тугопластичная):

Для построения эпюры дополнительных вертикальных напряжений толща грунта ниже подошвы фундамента в пределах глубины, приблизительно равной 4-6-ти кратной ширине фундамента, разбивается на ряд слоёв, мощностью . Если в пределах элементарного слоя попадают два слоя грунта, то эти участки рассматриваются отдельно. Принимаем

Величина дополнительного вертикального напряжения для любого сечения ниже подошвы фундамента вычисляется по формуле:

,

где – коэффициент, учитывающий изменение дополнительного вертикального напряжения по глубине и определяемый по табл. 24 [1] в зависимости от ( – глубина рассматриваемого сечения ниже подошвы фундамента, см; – ширина фундамента, м ()) и ;

– среднее фактическое давление под подошвой фундамента, кПа ();

– вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента от веса вышележащих слоёв, кПа ().

.

Построив эпюры и , определяем нижнюю границу сжимаемой (активной) зоны грунта, которая находится на глубине ниже подошвы фундамента, где .

Осадка отдельного фундамента на основании, расчётная схема которого принята в виде линейно-деформируемого полупространства с условным ограничением глубины сжимаемой толщи, определяется по формуле:

где – коэффициент, корректирующий упрощённую схему расчёта ();

– число слоёв, на которое разделена по глубине сжимаемая толща основания;

– толщина -го слоя грунта, см;

– среднее дополнительное (к бытовому) напряжение в -том слое грунта, равное полусумме дополнительных напряжений на верхней и нижней границах -го слоя, кПа;

– модуль деформации -го слоя, кПа.

где = 15см. (табл.Б1[5].)

Для удобства вычисления осадки фундамента расчёт ведём в табличной форме (табл. 3.3).

Вычисления сводим в таблицу 3.3:

Таблица 3.3. Таблица по расчету осадок

Z, см		α
Песок крупный, средней плотности, маловлажный.
		1, 000		755, 80	46, 70	9, 34
	0, 45	0, 953		720, 03	51, 18	10, 24		0, 422
	0, 91	0, 879		596, 33	55, 67	11, 13		0, 376
	1, 36	0, 601		454, 16	60, 16	12, 03		0, 300
	1, 82	0, 444		335, 58	64, 65	12, 93		0, 226
	2, 0	0, 391		295, 71	66, 44	13, 29		0, 072
	2, 27	0, 333		251, 68	67, 95	13, 59		0, 101
	2, 73	0, 253		191, 22	70, 47	14, 09		0, 127
	3, 18	0, 197		148, 89	72, 98	14, 60		0, 097
	3, 27	0, 189		142, 85	73, 48	14, 70		0, 017
Суглинок мягкопластичный
	3, 64	0, 157		118, 66	75, 39	15, 08		0, 167
	4, 09	0, 129		97, 50	77, 77	15, 55		0, 173
	4, 55	0, 106		80, 12	80, 15	16, 03		0, 142
	5, 00	0, 090		67, 87	82, 54	16, 51		0, 118
	5, 45	0, 077		58, 20	84, 92	16, 98		0, 101
	5, 91	0, 066		49, 51	87, 30	17, 46		0, 086
	6, 36	0, 057		43, 08	89, 68	17, 94		0, 074
	6, 82	0, 050		37, 94	92, 07	18, 41		0, 065
	7, 27	0, 044		33, 03	94, 45	18, 89		0, 057
	7, 73	0, 039		29, 48	96, 83	19, 37		0, 050
	7, 91	0, 038		28, 34	97, 78	19, 56		0, 019
Песок средней крупности, средней плотности.
	8, 18	0, 035		26, 76	99, 28	19, 86		0, 010
	8, 64	0, 032		24, 19	101, 78	20, 36		0, 016
	9, 09	0, 029		21, 92	104, 28	20, 86		0, 014
	9, 55	0, 026		19, 65	106, 78	21, 36		0, 013
							Σ Si=	2, 842

Как видно из таблицы 3.3. нижняя граница сжимаемости толщи (ВС) располагается на отметке -8, 05 м, так как

.

Рисунок 3.7. Эпюры осадок фундамента на песчаной подушке

3.3.6. Расчёт фундаментов по несущей способности.

Размеры фундамента в плане . Высота фундамента , сечение колонны .

При конструировании необходимо соблюдать следующие требования: зазоры между стенками стакана и колонной понизу принимаются не менее , по верху – . Принимая толщину стенок стакана , получим следующие размеры подколонника в плане:

Принимаем одну ступень:

Высота подколонника:

Определяем глубину стакана:

Размеры дна стакана в плане:

Принимаем защитный слой бетона для арматуры подошвы 30 мм. Схема представлена на рис.3.8:

Рисунок 3.8. Конструктивная схема фундамента.

Принимаем для бетона класса расчётные характеристики:

, , тогда

Расчётные характеристики для арматуры класса S400: .

Проверяем прочность фундамента на продавливание плитной части.

Для центрально нагруженных прямоугольных фундаментов расчёт производится по условию:

где: - расчетная продавливающая сила;

- коэффициент, принимаемый равным 1;

- расчетное сопротивление бетона растяжению;

-среднее арифметическое значение периметров верхнего и нижнего основания пирамиды продавливания.

Продавливающая сила -

Расчёт фундаментов по прочности производится на расчётные усилия, взятые с осреднённым коэффициентом надёжности .

Таким образом, принятая высота плитной части достаточна.

Расчёт рабочей арматуры плитной части фундамента.

Площадь сечения арматуры, параллельной стороне l в сечении 1-1:

где –

Принимаем арматуру: 8Ø 14 S400 ( с шагом S=150мм

Площадь сечения арматуры, параллельной стороне b в сечении 2-2:

где –

Принимаем арматуру 10 Ø 12 S400 ( с шагом S=150мм.

Расчёт армирования подколонника и его стаканной части.

Т.к. стенка стакана по верху меньше глубины стакана , то требуется армирование стакана.Продольную арматуру подколонника назначают в соответствии с конструктивными требованиями в количестве не менее 0, 05% от площади поперечного сечения подколонника:

Принимаем с каждой стороны подколонника ,

Армирование стенок стакана производим конструктивно.

Диаметр арматуры сеток принимаем не менее 8 мм и 0, 25 диаметра продольной арматуры стакана .

Принимаем .

Рисунок 3.9. Армирование фундамента.

4. Технико-экономическое сравнение вариантов

Фундаменты на естественном основании:

Земляные работы:

Крепление стенок котлована досками:

Устройство ж/б фундаментов:

Рисунок 4.1. К определению объемов работ.

Свайные фундаменты:

Земляные работы:

Крепление стенок котлована досками:

Забивка свай:

Устройство ростверка:

Рисунок 4.2. К определению объемов работ.

Фундамент на искусственном основании:

Земляные работы:

Устройство песчаной подушки:

Устройство ж/б фундаментов:

Рисунок 4.3. К определению объемов работ.

Технико-экономическое сравнение:

Таблица 4.1

Вариант 1. Фундамент на естественном основании.

405, 86

Таблица 4.2

Вариант 2. Свайный фундамент.

361, 09

Таблица 4.3

Вариант 3. Фундамент на искусственном основании.

2184, 04

По результатам расчета определили, что самым экономичным является второй вариант – свайные фундаменты.