6 Перевірка слабкого підстилкового шару і проектування ґрунтових подушок

6.5 Приклади розрахунків

Приклад 1. Необхідно виконати перевірку шару мулистого грунту, який підстилає шар піску середньої крупності під стрічковим фундаментом шириною b = 2,4 м. Будівля з підвалом глибиною від поверхні планування d_b = 2 м. Глибина закладання підошви фундаменту від підлоги підвалу d₁ = 0,7м. Фундамент центрально навантажений з навантаженням на 1 п.м. на рівні поверхні планування N = 1121 кН. Схема розташування фундаменту в грунті і необхідні параметри грунтів показані на рис.6.4. Перевірку слабкого шару виконуємо за формулою (6.1).

Середній тиск на грунт на рівні підошви фундаменту з урахуванням його власної ваги

р = N/A+g_mtd = 1121/(2,4×1,0) + 20(2,0 + 0,7) = 521 кПа.

Напруга від власної ваги грунту в рівні підошви фундаменту

s_zg,0 = Sg_ih_i = 15 х 0,3 + 19,2 × 2,4 = 51 кПа.

Додатковий тиск на рівні підошви фундаменту

p₀ = p - s_zg,0 = 521 - 51 = 470 кПа.

Рисунок 6.4 – Схема розташування фундаменту у грунті

Напруга у грунті на глибині z від підошви фундаменту (на рівні покрівлі слабкого шару)

при a = f(x = 2z/b = 2×3,1/2,4 = 2,6) = 0,449;

s_zp = 0,449 x 470,5 = 211 кПа.

Напруга від власної ваги грунту на рівні покрівлі слабкого шару (з урахуванням зважувальної дії води у піщаному грунті).

s_zg = s_zg.o + 19,2×1,3 + 9,9×1,8 = 93.4 кПа.

Для стрічкового фундаменту за формулою (6.3)

b_z = N/s_zp = (1121 + 20×2,7×2,4)/211 = 5,92 м.

Знаходимо розрахунковий опір слабкого шару за формулою (3.4):

g_c1 = 1,1; g_c2 = 1,0 - для мулистого грунту з I_L = 0,6 ;

k = 1 - характеристики мулистого грунту визначені дослідним шляхом;

М_γ = 0,39; M_q = 2,57; М_c = 5,15 при j_II = 17°;

g’_II = (15×0,3+19,2×3,7 + 9,9×1,8)/5,8 = 16,1 кН/м³;

R_z = [(1,1×1,0)/1,0]×[0,39×1,0×5,92×16,2 + 2,57×3,8×16,1 +
+ (2,57 - 1)×2,0×16,1 + 5,15×4]  = 292 кПа.

s_zp + s_zg = 211 + 93 = 304 кПа > R_z = 292 кПа.

Перевірка показала, що розмір підошви фундаменту недостатній.

Приймаємо ширину підошви фундаменту відповідно до існуючих типорозмірів стрічкових фундаментів b = 2,8 м. При цьому

р = (1121 / 2,8×1,0) + 20×2,7 =  454,4 кПа;

р₀ = 454 - 51 = 403 кПа;

при a = f(x = 2 × 3,1/ 2,8 = 2,2) = 0,513;

s_zp = 0,513 × 403,8 = 207,1 кПа;

b_z = (1121 + 20 - 2,7.2,8) / 207,1 = 6,14 м;

R_z = 1,1 × 1,0 (0,39×1,0×6,14×16,2 + 228,4) = 294 кПа;

s_zp + s_zg = 207 + 93,4 = 300 кПа > R_z = 294 кПа.

Приймаємо b = 3,2 м.

р = 1121,2/3,2 + 20×2,7 = 404,4 кПа;

р₀ = 404,4 - 50,6 = 354 кПа;

a = f(x = 2z / b = 2×3,1/3,2 = 1,94) = 0,564;

s_zp = 0,564×354 = 199кПа;

b_z = (1121,2 + 20×2,7×3,2) /199 = 6,49 м;

R_z = 1,1 × 1,0 / (0,39×1,0×6,49×16,2 + 228,4) = 296,3 кПа;

s_zp + s_zg = 199 + 93 = 292 кПа < Rz = 296 кПа;

Остаточно приймаємо ширину фундаменту b = 3,2 м.

Для розрахунку на ЕОМ потрібно, крім означених в прикладі вихідних даних, підрахувати середнє значення питомої ваги грунту вище підошви фундаменту g’_II = (15 - 0,3 + 19,2 - 2,4)/2,7 = 18,74 кН/м3 та середнє значення питомої ваги грунту від підошви фундаменту до покрівлі слабкого підстилкового шару g_сер = (19,2 - 1,3 + 9,9 - 1,8)/3,1 = 13,8 кН/м³.

Приклад 2. Стовпчастий фундамент з розмірами підошви 3 × 3 м і глибиною закладання d = 2 м розташований у шарі глинистого грунту з характеристиками g_II = 17 кН/м³; c_II = 7 кПа; g_II = 16°; I_L = 0,55 великої потужності. Глинистий грунт слабкий і при використанні його як природної основи потребує великих розмірів підошви, тому необхідно підібрати розміри подушки з піску середньої крупності, які необхідні з умови забезпечення тиску на підстилковий шар, що не перевищує його розрахункового опору. При укладанні піску у тіло подушки забезпечується його питома вага g_II = 18 кН/м³. Фундамент центрально навантажений з навантаженням на рівні обрізу N = 4200 кН. Будівля безпідвальна.

Оскільки природний грунт слабкий і його розрахунковий опір набагато менший від тиску по підошві фундаменту, задаємось товщиною подушки у першому наближенні 1,0м.

Відповідно у формулі (6.1) z = 1,0 м.

Середній тиск на грунт на рівні підошви фундаменту

р = N/А + g_mt × d = 4200 / (3,0×3,0) + 20×2 = 507 кПа.

Напруга від власної ваги грунту на рівні підошви фундаменту

s_zg,o = 17 × 2 = 34 кПа.

Додатковий тиск на рівні підошви фундаменту

p₀ = p - s_zg,o = 507 - 34 = 473 кПа.

Напруження у грунті на рівні підошви подушки (на глибині z = 1м від підошви фундаменту)

пpи a = f(x = 2z/b = 2×l/3 = 0,667; h = 1/b = 3,0 /3,0 = 1) =
= 0,853

s_zp = 0,853 х 473 = 403 кПа.

За формулою (6.4)

b_z =  =

Розрахунковий опір слабкого шару грунту під підошвою подушки :

g_с1 = 1,1; g_c2 = 1,0 для глинистого грунту з I_L = 0,55;

k = 1 - характеристики грунту визначені дослідним шляхом;

М_g = 0,36; M_q = 2,43; M_c = 4,99 при j_II = 16°;

g’_II = (17×2,0 + 18×1,0)/3,0 = 17,33 кН/м³;

R_z = 1,1×l,0/l,0(0,36×1,0×3,36×17 + 2,43×3,0×17,33 + 4,99×7) =
= 200 кПа.

s_zg = 34 + 18 × 1,0 = 52 кПа;

s_zp + s_zg = 403 + 52 = 455 кПа > R_z = 200 кПа.

Перевірка показала, що товщина подушки 1м недостатня. Приймаємо h_n = 2,0 м.

При a = f(x = 2×2/3 = 1,333; h = 1) = 0,554

s_zp = 0,554 × 473 = 262 кПа;

b_z =  = 4,17 м.

g’_II = (17×2,0 + 18×2,0)/4,0= 17,5 кН/м³;

R_z = 1,1×l,0(0,36×1,0×4,17×17 + 2,43×4,0×17,5 + 4,99×7) =
= 253,6 кПа;

s_zg = 34 + 18 × 2,0 = 70 кПа;

s_zp + s_zg = 262 + 70 = 332 кПа > R_z = 254 кПа.

Приймаємо товщину подушки h_n = 2,6 м.

При a =  f(x =2×2,6/3,0 = 1,733; h = 1) = 0,411

s_zp = 0,411× 472,7 = 194,4 кПа;

b_z =  = 4,84м.

g’_II  = (17×2+18×2,6)/4,6 = 17,6 кН/м³;

R_z = 1,1×1,0∙(0,36×1,0×4,84×17 + 2,43×4,6×17,6 + 34,93) =
= 287кПа;

s_zg = 34 + 18.2,6 = 81 кПа;

s_zp + s_zg = 194 + 81 = 275 кПа < R_z = 287 кПа.

Приймаємо товщину подушки h_n = 2,6 м, мінімальна ширина подушки по низу b_n = b_z = 4,84 м.

Результати розрахунку за допомогою ЕОМ для прикладів 1 та 2 наведені нижче.

Приклад 1

ПЕРЕВІРКА СЛАБКОГО ПІДСТИЛКОВОГО ШАРУ

ПРІЗВИЩЕ:

ГРУПА:

ВИХІДНІ ДАНІ

1. Довжина фундаменту, ℓ, м                                                         1

2. Ширина фундаменту, b, м                                                          2.4

3. Розрахункове значення вертикальної сили, прикладеної

на рівні обрізу фундаменту, N, Кн                                                1121

4. Глибина підвалу від відмітки планування, d_b, м                           2,0

5. Глибина закладання фундаменту від підлоги підвалу, d₁, м        0,7

6. Осереднене розрахункове значення питомої ваги грунту

 вище підошви фундаменту, γ’_II, кН/м³                                          18,7

7. Глибина закладання покрівлі слабкого шару від підошви

фундаменту, z, м                                                                               3,1

8. Коефіцієнт умов роботи слабкого шару, γ_c1                                1.1

9. Коефіцієнт умов роботи слабкого шару, γ_c2                                1.0

10. Розрахункове значення кута внутрішнього тертя грунту

слабкого шару, φ_II, град.                                                                  17

11. Розрахункове значення питомого зчеплення грунту

 слабкого шару, c_II, кПа                                                                             4

12. Розрахункове значення питомої ваги грунту

слабкого шару, γ_II, кН/м³                                                               16,2

13. Коефіцієнт k для грунту слабкого шару                                     1

14. Коефіцієнт k_z                                                                               1

15. Осереднене розрахункове значення питомої ваги грунту

від підошви фундаменту до покрівлі слабкого шару, кН/м³         13,8

16. Показник типу розрахунку                                                         1

17. Показник типу фундаменту                                                        2

РЕЗУЛЬТАТИ РОЗРАХУНКУ

Потрібно збільшити розміри підошви фундаменту:

- ширина фундаменту, м                                                             3.2

- довжина фундаменту, м                                                           1,0

Додатковий тиск на рівні покрівлі слабкого шару, кПа              199,0

Напруга від власної ваги грунту на рівні покрівлі

 слабкого шару, кПа                                                                             93.4

Розрахунковий опір слабкого грунту на рівні його покрівлі. кПа   296.3

Приклад 2

ПЕРЕВІРКА СЛАБКОГО ПІДСТИЛКОВОГО ШАРУ

ПРІЗВИЩЕ:

ГРУПА:

ВИХІДНІ ДАНІ

1. Довжина фундаменту, ℓ, м                                                           3

2. Ширина фундаменту, b, м                                                            3

3. Розрахункове значення вертикальної сили, прикладеної

на рівні обрізу фундаменту, N, Кн                                                  4200

4. Глибина підвалу від відмітки планування, d_b, м                           0

5. Глибина закладання фундаменту від підлоги підвалу, d₁, м        2,0

6. Осереднене розрахункове значення питомої ваги грунту

 вище підошви фундаменту, γ’_II, кН/м³                                            17,0

7. Глибина закладання покрівлі слабкого шару від підошви

фундаменту, z, м                                                                               1,0

8. Коефіцієнт умов роботи слабкого шару, γ_c1                                1.1

9. Коефіцієнт умов роботи слабкого шару, γ_c2                                1.0

10. Розрахункове значення кута внутрішнього тертя грунту

слабкого шару, φ_II, град.                                                                  16

11. Розрахункове значення питомого зчеплення грунту

 слабкого шару, c_II, кПа                                                                             7

12. Розрахункове значення питомої ваги грунту

слабкого шару, γ_II, кН/м³                                                                17,0

13. Коефіцієнт k для грунту слабкого шару                                     1

14. Коефіцієнт k_z                                                                               1

15. Осереднене розрахункове значення питомої ваги грунту

від підошви фундаменту до покрівлі слабкого шару, кН/м³            18,0

16. Показник типу розрахунку                                                         2

17. Показник типу фундаменту                                                        1

РЕЗУЛЬТАТИ РОЗРАХУНКУ

Потрібна товщина подушки, м                                                 2.6

Потрібна ширина подушки понизу, м                                             4.84

Ширина фундаменту, м                                                                      3.0

Довжина фундаменту, м                                                           3,0

Додатковий тиск на рівні покрівлі слабкого шару, кПа       194,0

Напруга від власної ваги грунту на рівні покрівлі

 слабкого шару, кПа                                                                          81.0

Розрахунковий опір слабкого грунту на рівні його покрівлі. кПа  287.0

Література

1.                 ГОСТ 20522-75. Грунти. Метод статистической обработки результатов определений характеристик. -М.,1975-12с.

2.                 Егоров К.Е. К вопросу расчета основания под фундаментом с подошвой кольцевой формы. Механика грунтов: Сб. трудов НИИ ОПС, №34. - М.: Госстройиздат, 1958 - 35 с.

3.                 Основания, фундаменты и подземные   сооружения : Справочник проектировщика /Под общ.ред. Е.А.Сорочана и Ю.Г.Трофименкова. - М.: Стройиздат, 1985 - 480 с.

4.                 Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП 2.02.01 - 83). - М., Стройиздат, 1986 - 415 с.

5.                 Руководство по проектированию оснований зданий и сооружений. - М.: Стройиздат, 1977 - 376 с.

6.                 СНиП 2.02.01 - 83 Основания зданий и сооружений. - М.: Стройиздат, 1985 - 40 с.

7.                 СНиП 2.02.03 - 85 Свайные фундаменты. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986 - 48с.

8.                 СНиП 2.01.07 - 85 Нагрузки и воздействия. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1987 - 36 с.

9.                 Шутенко Л.Н., Гильман А.Д., Лупан Ю.Т. Основания и фундаменти. Курсовое и дипломное проектирование. - К.: Вища шк., 1989 - 328 с.