Механика грунтов, основания и фундаменты

Кафедра «Геотехники и строительной механики»
Учебное пособие
для практических работ по дисциплине «Механика грунтов,
основания и фундаменты»
для студентов специальности 70 02 01 «Промышленное и гражданское строительство»
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ...................................................................................................................................................................................... 3
ЗАДАЧА №1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ФИЗИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ГРУНТОВ .............................................. 4
ЗАДАЧА №2. АНАЛИЗ ГРАНСОСТАВА ГРУНТА................................................................................................................................ 6
ЗАДАЧА №3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТИПА И РАЗНОВИДНОСТИ ГРУНТОВ ПО СТБ 943-2007 «КЛАССИФИКАЦИЯ ГРУНТОВ» ................... 7
ЗАДАЧА №4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НОРМАТИВНЫХ И РАСЧЕТНЫХ ЗНАЧЕНИЙ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ГРУНТОВ ПО
ДАННЫМ ДИНАМИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ. ................................................................................................................................ 9
ЗАДАЧА №5. ПОСТРОЕНИЕ ИНЖЕНЕРНО -ГЕОЛОГИЧЕСКОГО РАЗРЕЗА ........................................................................................ 11
ЗАДАЧА №6. НАЗНАЧЕНИЕ ГЛУБИНЫ ЗАЛОЖЕНИЯ И ПОДБОР РАЗМЕРОВ ПОДОШВЫ ФУНДАМЕНТОВ ПО РАСЧЕТНОМУ
СОПРОТИВЛЕНИЮ. ........................................................................................................................................................................ 14
6.1. НАЗНАЧЕНИЕ ГЛУБИНЫ ЗАЛОЖЕНИЯ ФУНДАМЕНТА ............................................................................................................. 14
6.2 ПОДБОР РАЗМЕРОВ ПОДОШВЫ ФУНДАМЕНТА ПО РАСЧЕТНОМУ СОПРОТИВЛЕНИЮ .............................................................. 16
ЗАДАЧА №7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСАДКИ ФУНДАМЕНТА МЕТОДОМ ПОСЛОЙНОГО СУММИРОВАНИЯ. .............................................. 21
ЗАДАЧА №8. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ СВАИ ТАБЛИЧНЫМ МЕТОДОМ. .............................................................. 26
ЗАДАЧА №9. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ЗАБИВНЫХ СВАЙ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ДИНАМИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ
...................................................................................................................................................................................................... 37
ЗАДАЧА №10. РАСЧЕТ ОСАДКИ СВАЙНОГО ФУНДАМЕНТА ......................................................................................................... 40
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. ТАБЛИЦЫ ДЛЯ ПОДБОРА ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ....................................................................... 43
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ ПРИ ОФОРМЛЕНИИ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОГО
РАЗРЕЗА ......................................................................................................................................................................................... 46
Введение
Данное пособие предназначено для выполнения практических занятий по дисциплине «Механика грунтов, основания и фундаменты» студентами очной формы обучения по специальностям
70 02 01 «Промышленное и гражданское строительство» и 70 02 02 «Управление недвижимостью».
Цель практических занятий - закрепить теоретические знания по дисциплине «Механика
грунтов, основания и фундаменты», выработать практические навыки самостоятельной работы,
умение пользоваться справочной и нормативной литературой.
Студенты специальности 70 02 01 «Промышленное и гражданское строительство» и 70 02 02
«Управление недвижимостью» в курсовой работе должны решить 10 задач:
1 задача. Определение расчетных значений характеристик физического состояния грунта;
2 задача. Анализ результатов гранулометрического состава песчаных грунтов;
3 задача. Классификация грунтов по СТБ 943-2007;
4 задача. Определение нормативных и расчетных значение прочностных и деформационных характеристик грунтов по данным зондирования;
5 задача. Построение инженерно-геологического разреза;
6 задача. Определение глубины заложения и подбор размеров подошвы фундаментов по расчетному
сопротивлению;
7 задача. Определение осадки фундамента методом послойного суммирования;
8 задача. Определение несущей способности сваи табличным методом;
9 задача. Определение несущей способности сваи по данным динамического зондирования.
10 задача. Определение осадки свайного фундамента.
При решении задач в обязательном порядке понадобится следующая учебная и нормативная
литература:
1. Далматов Б.И. Механика грунтов, основания и фундаменты. - Л., 1988.
2. СТБ 943-2007. Грунты. Классификация. - Минск, 2006.
3. ТКП 45-5.01-254-2012 (02250) Основания и фундаменты зданий и сооружений. Основные положения. – Минск, 2012г.
4. Пособие П2-2000 к СНБ 5.01.01-99. Проектирование забивных и набивных свай по результатам
зондирования грунтов.
5. ТКП 45-5.01-256-2012 (02250) Основания и фундаменты зданий и сооружений .Сваи забивные.
Правила проектирования и устройства. – Минск, 2013
6. ТКП 45-5.01-67-2007 (02250) Фундаменты плитные. Правила проектирования. – Минск, 2008
7. ТКП 45-5.01-17-2006 (02250) Прочностные и деформационные характеристики грунтов по данным динамического зондирования. – Минск, 2006.
Решение задач необходимо начинать с изучением теоретического материала по учебнику /1/. В
пояснении к каждой задаче указываются разделы учебника, требующие тщательного изучения. Не
пытайтесь решить задачи без изучения соответствующей теории.
Исходные данные для выполнения практических занятий принимаются по номерам варианта по
Приложению 1 данного пособия. Часть исходных данных берется из предыдущих задач.
Задачи должны иметь соответствующие расчетные схемы и чертежи. Схемы выполняются на
миллиметровой бумаге или на белых листах в масштабе. Если студент обладает соответствующими
навыками допускается чертежи выполнять при помощи ЭВМ в среде ACAD. Один чертеж или схема
размещаются на одном листе форматов А3 или А4 в масштабе.
Задача №1. Определение расчетных характеристик физического состояния грунтов
Предварительно изучить раздел 1.2. учебника /1/.
Расчетные характеристики служат для оценки физического состояния и определения типа, вида и разновидности грунтов согласно СТБ 943-2007.
К ним относят:
- ρ d плотность сухого грунта (скелета грунта):
ρ
ρd =
1+ w
- коэффициент пористости грунта природного сложения и влажности – е:
ρ − ρd
e= s
ρd
-степень влажности ( коэффициент водонасыщенности) определяется по формуле:
w ⋅ ρs
Sr =
e ⋅ ρw
где ρw -плотность воды, принимаемая равной 1 г/см3
Для пылевато-глинистых грунтов дополнительно определяется число пластичности и показатель текучести.
Число пластичности определяется по формуле:
Ip = WL - Wp ,
где
WL - влажность на границе текучести;
Wp – влажность на границе раскатывания;
Показатель текучести определяется по формуле:
(W − W p )
IL =
Ip
Исходные данные:
ρ - плотность грунта в естественном состоянии;
w - влажность грунта;
ρ s - плотность твердых частиц;
w L - влажность на границе текучести;
w p - влажность на границе раскатывания,
принимаются в соответствии с заданием по табл. П 1.1. (приложения 1 пособия).
Расчеты выполняются для каждого слоя.
Результаты расчета сводятся в таблицу, форма по которой приведена ниже (таблица 4).
Пример № 1
Для исходных данных, приведенных в таблице 1, определить основные физико-механические
характеристики грунтов.
Таблица 1
№ слоя
1
2
3
ρs,
г/см3
2,75
2,6
2,76
ρ,
г/см3
1,84
1,96
2,00
W
0,09
0,17
0,18
Wp
WL
0,14
0,13
0,27
0,25
PД,
МПа
5,7
2,4
2,0
Для оценки физического состояния и определения типа, вида и разновидности грунта определяются следующие характеристики грунта:
1. Плотность сухого грунта (скелета грунта) ρd:
ρ
1.84
=
= 1.68 г/см3
Для первого слоя : ρ d =
1 + W 1 + 0.09
ρ
1.96
=
= 1.67 г/см3
Для второго слоя: ρ d =
1 + W 1 + 0.17
ρ
2.00
=
= 1.69 г/см3
Для третьего слоя: ρ d =
1 + W 1 + 0.18
где ρ - плотность грунта, г/см3;
W - природная влажность грунта в долях единицы;
2. Коэффициент пористости грунта природного сложения и влажности (е):
ρ − ρ d 2.75 − 1.68
Для первого слоя: e = s
=
= 0.63
ρd
1.68
ρ − ρ d 2.6 − 1.67
Для второго слоя: e = s
=
= 0.56
ρd
1.67
ρ − ρ d 2.76 − 1.69
Для третьего слоя: e = s
=
= 0.63
ρd
1.69
где ρs - плотность твердых частиц грунта, г/см3;
3. Степень влажности (коэффициент водонасыщенности):
W ⋅ ρ s 0.09 ⋅ 2.75
=
= 0.39
e ⋅ ρw
0.63 ⋅ 1
W ⋅ ρ s 0.17 ⋅ 2.60
Для второго слоя: S r =
=
= 0.79
e ⋅ ρw
0.56 ⋅ 1
W ⋅ ρ s 0.18 ⋅ 2.76
Для третьего слоя: S r =
=
= 0.79
e ⋅ ρw
0.63 ⋅ 1
где ρw – плотность воды, принимаемая 1 г/см3.
Для пылевато-глинистых грунтов дополнительно определяем число пластичности и показатель текучести (для второго и третьего слоя):
4. Число пластичности:
Для второго слоя: I p = WL − WP = 0.27 − 0.14 = 0.13 = 13%
Для первого слоя: S r =
Для третьего слоя: I p = WL − WP = 0.25 − 0.13 = 0.12 = 12%
где WL - влажность на границе текучести;
WP – влажность на границе раскатывания,
5. Показатель текучести:
W − WP 0.17 − 0.14
Для второго слоя: I L =
=
= 0.23
IP
0.13
W − WP 0.18 − 0.13
Для третьего слоя: I L =
=
= 0.42
IP
0.12
Результаты расчета сводим в таблицу 4.
Задача №2. Анализ грансостава грунта
Предварительно изучить раздел 1.1.3. учебника /1/.
В задании к практическим занятиям (табл.П.1.1) один из слоев грунта песчаный (отсутствуют
значения WL , W p ). Для данного слоя проводят анализ гранулометрического состава грунта. Исходные
данные принимаются по табл.П.1.2 в соответствие с заданием.
В данной задаче необходимо определить вид обломочно-песчаных грунтов по СТБ 943-2007:
• по грансоставу;
• по показателю максимальной неоднородности U max :
d 95
U max = d 50
d5
d50 – диаметр частиц меньше которых в грунте 50%;
d95 - диаметр частиц меньше которых в грунте 95%;
d5 - диаметр частиц меньше которых в грунте 5%.
Величины d50, d95, d5 – находятся по кривой неоднородности грунта, построенной в полулогарифметических координатах, рис.1.
Пример № 2.
Даны результаты ситового анализа гранулометрического состава песка:
Таблица 2
>10
10-5
2,8
3,9
Содержание фракций (%), диаметром d. Мм
5-2
2-1
1-0,5
0.5-0,25
9,1
16,4
14,7
29,5
0.25-0,1
<0,1
14,4
9,2
Необходимо по СТБ943- 93 определить вид песка по гранулометрическому составу и по показателю максимальной неоднородности Umax.
Анализ гранулометрического состава песка удобнее проводить в табличной форме:
Таблица 3
N Содержание
п/п
Фракций
1
1
2
2
Содержание
фракций, %
Сумма >d, %
Диаметр фракций d. Мм
2.0
1.0
0,50
Сумма
20,0
10.0
5.0
0,25
0,10
0.05
1,30
1,00
Логарифм диаметра фракций log(d)
0,70
0,30
0,00
-0,30
-0,60
-1,00
-1,30
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
0
2,8
3,9
9,1
16,4
14,7
29,5
14,4
9,2
100
0
2,8
6,7
15,8
32,2
47,0
76,5
90,8
100,0
3 Сумма <d, %
100
97,2
93,3
84,2
67,8
53,0
23,5
9,2
0,0
Примечание: в графе 20 указано содержание частиц >10мм, в графе 0,05мм указано содержание частиц <0.1мм
Анализ проводим по строке 2 таблицы 3 начиная с фракций, имеющих наибольший диаметр.
Так как масса частиц крупнее 0,25мм более 50% (76.5%) данный песок по разновидности относится
к пескам средним (табл.5.2. СТБ 943-2007) .
Для определения максимальной неоднородности по данным строки 3 строится кривая однородности грунта, рис.1.
logd
Рис.1. Кривая однородности грунта
Графически определяются значения:
log(d95)= 0,96
log(d50)= -0,35
log(d5)=
-1,2
Определяем характерные диаметры:
d95=100,96=9,12; d50=10-0.35 = 0,447;
d5=10-1.2=0,063
Umax=d50*d95/d5=64,7 >40 – песок повышенной неоднородности.
Вывод: данный грунт – песок средний повышенной неоднородности.
Задача №3. Определение типа и разновидности грунтов по СТБ 943-2007 «Классификация грунтов»
Классификация обломочных пылевато-глинистых грунтов (в задание это те грунты у которых
приведены значения WL , W p ) производится по типу и разновидности:
•
•
тип грунта определяется по числу пластичности Ip.;
разновидность: по прочности (сопротивлению грунта при зондировании) и по показателю текучести IL.
Для песчаных грунтов проводят анализ гранулометрического состава и определяют тип, вид и
разновидность:
• тип – песок, если масса частиц крупнее 2мм <50%
• вид обломочных -песчаных грунтов определяется по гранулометрическому составу и
по показателю максимальной неоднородности Umax;
• разновидность – по прочности (сопротивлению грунта при зондировании) и по степени влажности Sr.
Полное наименование грунтов заносится в графу 13 таблицы 4.
Пример № 3
Определить полное наименование грунта по данным, полученным в задачах 1 и 2.
Слой №1.
Данный слой обломочно-песчаный (отсутствуют значения WL и WP):
1.
Тип: песок, масса частиц крупнее 2мм = 15.8%<50% (см. Пример2)
2.
Вид: по гранулометрическому составу и по показателю Umax – песок средней крупности,
повышенной неоднородности(см. Пример2) .
3.
Разновидность:
• По прочности при зондировании:
так как для первого слоя Pd=5.7МПа, по табл. 5.2 ТКП 45-5.01-17-2006 определяем – данный
грунт средней прочности (3.0≤ 5.7 ≤ 14).
• По степени влажности:
Sr=0.39 – песок маловлажный.
Вывод: Слой №1 – песок средней крупности, средней прочности, маловлажный.
Слой №2.
Данный слой обломочно-пылеватый глинистый (WL=0.27, WP=0.14):
1. Тип: по числу пластичности IP=0.13 (13%) – суглинок (см. табл. 4.2 СТБ 943-2007)
2. Разновидность:
• по прочности при зондировании
так как для второго слоя Pd=2.4МПа, по табл. 5.6 ТКП 45-5.01-17-2006 определяем –данный
грунт средней прочности (1,2≤ 2,4 ≤ 2,8).
• по показателю текучести
IL=0.23 – суглинок полутвёрдый.
Вывод: Слой №2 – суглинок полутвёрдый средней прочности.
Слой №3.
Данный слой обломочно-пылеватый глинистый (WL=0.25, WP=0.13):
1. Тип: по числу пластичности IP=0.12 (12%) – суглинок (см. табл. 4.2 СТБ 943-2007)
2. Разновидность:
• по прочности при зондировании
так как для третьего слоя Pd=2.0МПа, по табл. 5.6 ТКП 45-5.01-17-2006 определяем –данный
грунт средней прочности (1,2≤ 2,0 ≤ 2,8).
• по показателю текучести
IL=0.42 – суглинок тугопластичный.
Вывод: Слой №3 – суглинок тугопластичный средней прочности.
Данные, полученные по результатам расчётов (Пример 1 - Пример 3), заносим в таблицу 4.
Обратите внимание, что глины озерно-ледникового происхождения по прочности по данным динамического зондирования не подразделяются.
Таблица 4
Физико-механические характеристики грунтов основания
Показатель текучести (IL)
Число пластичности (IP)
Степень влажности (Sr)
Коэффициент пористости (е)
Плотность скелета
грунта (ρd)
Условное дин. сопротивление (РД),
МПа
Вычисляемые характеристики
Влажность раскатывания (WP)
Влажность текучести (WL)
Влажность (W)
Плотность грунта
(ρ), г/см3
№
ИГ
Э
Плотность частиц
(ρs), г/см3
Данные задания
1
2.75
1.84
0.09
-
-
5.7
1.68
0.63
0.39
-
-
2
2.6
1.96
0.17
0.27
0.14
2.4
1.67
0.56
0.79
0.13
0.23
3
2.76
2.00
0.18
0.25
0.13
2.0
1.69
0.63
0.79
0.12
0.42
Наименование
грунта
по СТБ 943-2007
песок средней
крупности, средней
прочности, маловлажный
суглинок полутвёрдый средней прочности
суглинок тугопластичный средней
прочности
Задача №4. Определение нормативных и расчетных значений физикомеханических характеристик грунтов по данным динамического зондирования.
Предварительно ознакомится с разделом 2 (кроме 2.3) учебника /1/.
В данной работе необходимо для каждого слоя первоначально необходимого определить нормативные значения следующих характеристик грунтов:
• удельного веса γ n , γ I , γ II
γn = ρ ⋅ g
где g – ускорение свободного падения. Единицы измерения удельного веса кН/м3;
ρ - плотность грунта в естественном состоянии (г/см3).
• для водонасыщенных песков дополнительно определяется удельный вес грунта в водонасыщенном состоянии γ nw , γ IIw
γ nw = (γ s − γ w ) (1 + e )
где γw - удельный вес воды равный 10 кН/м3 ;
γs - удельный вес твердых частиц грунта (определяется аналогично как и γn ).
Далее определяются нормативные значения прочностных и деформационных характеристик
грунтов ( ϕ n , cn , E ). На практике данные величины определяются в ходе проведения комплекса полевых и лабораторных исследований. На практическом занятии допускается определять прочностные и
деформационные характеристики грунтов по данным динамического зондирования в зависимости от
величины Рд (дано в задании, таблица П1.1 графа 9). Для этого понадобится ТКП 45-5.01-17-2006
(табл. 5.4, 5.6, 5.7, 5.8). В рамках данной работы считать суглинки и супеси моренного, глины – озёрно-ледникового происхождения.
Расчетные значения характеристик грунтов для первой и второй группы предельных состояний:
• удельного веса γ I , γ II ;
• угла внутреннего трения ϕ I , ϕ II ;
• удельного сцепления c I , c II
определяются путем деления нормативных значений ( γ n , ϕ n , cn ) на коэффициент надежности по
грунту γg. Коэффициенты надежности по грунту γg при определении расчетных значений свойств
грунтов определяются согласно ГОСТ 20522-96 Грунты. Методы статистической обработки результатов испытаний. На практическом занятии допускается коэффициенты надежности по грунту γg
принять равными:
при определении расчетных значений удельного веса γI и γII :
γg = 1;
при определении расчетных значений ϕ II , c II :
γg = 1;
при определении расчетных значений c I :
• для удельного сцепления γg(с) = 1,5;
при определении расчетных значений ϕ I :
• для песчаных грунтов γg(с) = 1,1;
• для пылевато-глинистых γg(с) = 1,15.
Результаты определения физико-механических характеристик грунтов сводятся в таблицу,
форма которой приведена в примере 4.
Пример №4:
Определить нормативные и расчетные значения физико-механических характеристик грунтов по результатам задач 1-3.
ИГЭ 1
Первый инженерно-геологический элемент (см. пример №3)- песок средней крупности, средней прочности, с условным динамическим сопротивлением Рд=5.7МПа ( гр.9, табл.1 пример 1).
1. Определяем удельный вес грунта γ n :
γ n = ρ ⋅ g = 1.84 ⋅10 = 18.4 кН
м3
При наличие грунтовых вод в песчаных грунтах дополнительно определяем удельный вес
грунта в водонасыщенном состоянии γ nw :
γ nw = (γ s − γ w ) (1 + e ) =
27.5 − 10
= 10.74 кН 3
м
1 + 0.63
где g – ускорение свободного падения ≈10 м/сек2
γw - удельный вес воды равный 10 кН/м3
2. Определяем угол внутреннего трения ϕ n и удельное сцепление Cn :
По таблице 5.4 ТКП 45-5.01-17-2006 находим, что для песков средних средней прочности при
pd = 5.7 МПа угол внутреннего трения ϕ n = 35 , Cn = 1.18кПа
3. Определяем модуль деформации грунта E :
По таблице 5.8 ТКП 45-5.01-17-2006 находим, что для песков аллювиальных средних средней
прочности при pd = 5.7 МПа модуль деформации E = 24.5МПа .
4. Определяем расчетные значения физико-механических характеристик грунтов для I и II
группы предельных состояний:
Расчетные значения удельного веса принимает равными:
γ I = γ II = γ n =18.4 кН/м3
Значение удельного сцепления по I группе предельных состояний:
C
1.18
cI = n =
= 0.8кПа
γ g ( c ) 1.5
Значение удельного сцепления по II группе предельных состояний:
Cn
1.18
= 1.18кПа
γ g ( c ) 1.0
Значение угла внутреннего трения по I группе предельных состояний:
ϕ
35
ϕI = n =
= 32
γ g (ϕ ) 1.1
Значение угла внутреннего трения по II группе предельных состояний:
c II =
ϕ II =
=
ϕn
35
=
= 35
γ g (ϕ ) 1.0
Аналогично получаем значения для 2 и 3-го инженерно-геологического элемента. Полученные
данные заносим в таблицу 8:
Таблица 5
Нормативные и расчетные значения физико-механических характеристик
№ ИГЭ, название
грунта
Удельный вес,
кН/м3
Y
песок средней крупности, средней прочности, маловлажный
суглинок полутвёрдый
суглинок тугопластичный
Y
Удельное сцепление,
кПа
Угол внутреннего
трения,
градус
Модуль деформации
МПа
Y
γn
γnw
γI
γIw
γII
γIIw
сn
18,4
10,74
18,4
10,74
18,4
10,74
1,18
19,6
19,6
19,6
20
20
20
сII
ϕn
ϕI
ϕII
E
0,8
1.18
35
32
35
24.5
37
24,67
37
20
17,39
20
27
28
18,67
28
22
19,13
22
19
сI
Примечание: Для песчаных грунтов над чертой приведены значения удельного веса без учета взвешивающего действия воды, под
чертой с учетом взвешивающего действия воды
Задача №5. Построение инженерно -геологического разреза
Оформление инженерно-геологического разреза выполняется согласно требованиям СТБ
21.302-99 (прил. 9.6, прил. 10).
Инженерно-геологический разрез представляет собой схему напластования грунтов, полученную по данным проходки инженерно-геологических выработок (скважин).
В таблице П.1.3. в соответствии с заданием приведены значения толщины (мощности) каждого слоя по скважинам. Расстояние между скважинами принимается по таблице П.1.4. Отметки устья
скважины принимаются по таблице П.1.5.
Разрезы строятся строго в масштабе (вертикальный М1:100, горизонтальный М1:100, М1:200)
на миллиметровой бумаге или в электронном виде при помощи программы ACAD или аналогичной.
Тип, вид и разновидность грунтов принимается по результатам задачи 3.
На разрезе необходимо нанести:
• штриховое обозначение каждого слоя с учетом условных обозначений (см. Приложение 2);
• относительные отметки границ между слоями (в том числе и на уровне грунтовых вод);
• графики динамического зондирования, РД;
• номера ИГЭ (инженерно-геологических элементов);
• уровень грунтовых вод (отметка WL);
• уровень планировки (отметка DL) – принимается с учетом баланса земляных работ как
средняя отметка устья скважин;
• условные обозначения на отдельном листе.
Образец оформления условных обозначений приведен в Приложении 2.
При построении графика динамического зондирования необходимо учитывать, что толщина
слоёв ИГЭ берётся по центру скважины и граница между двумя разными ИГЭ на графике проводится в виде горизонтальной линии.
Пример №5.
Для исходных данных таблиц 6 – 8 по результатам задач 1-3 построить инженерно-геологический разрез по скважинам 1 – 3. Пример построения разреза приведен на рисунке 2.
Таблица 6
Вариант
-
№
слоя
Мощность слоя по скважинам,
м
1
2
3
1
2
3
Таблица 7
Расстояние между скаважинами
№ варианта
-
Расстояние между
скважинами, м
20
2,0
4,3
3,7
2,8
2,7
4,5
2,3
2,4
1,3
Таблица 8
Отметки устья скважин
№ варианта
-
Скв.1
Скв.2
Скв.3
135.10
135.5
134.70
Рис.2. Инженерно-геологический разрез
Задача №6. Назначение глубины заложения и подбор размеров подошвы фундаментов по расчетному сопротивлению.
Предварительно изучить раздел 9.5 и 10.2 учебника /1/.
6.1. Назначение глубины заложения фундамента
Глубина заложения фундаментов (расстояние от уровня планировки до уровня подошвы фундамента) назначается в зависимости от:
1. конструктивных особенностей проектируемого сооружения (нагрузок, воздействий), сопряжения
фундамента с надземными конструкциями и его расположения по отношению к существующим
фундаментам, коммуникациям и рельефу территории;
2. инженерно-геологических условий площадки;
3. гидрогеологических условий площадки и возможных их изменений в процессе строительства и
эксплуатации сооружения;
4. глубины промерзания грунтов.
Глубину заложения фундамента назначают по наибольшему значению, полученному при рассмотрении вышеперечисленных факторов.
Глубина заложения фундаментов в зависимости от конструктивных особенностей проектируемого сооружения
На глубину заложения фундаментов влияют следующие конструктивные особенности зданий
или сооружений:
• наличие и глубина заложения подвалов;
• тепловой режим здания, подвалов или техподпольев;
• минимальная глубина заделки колонны в стакан фундамента и конструктивные требования к
элементам фундамента;
Для зданий с отапливаемым подвалом глубина заложения назначается не зависимо от глубины
промерзания, но не менее чем на 0.5м ниже пола подвала. Глубина заложения фундаментов зданий с
холодными подвалами и техническими подпольями назначается в зависимости от глубины сезонного
промерзания, согласно ТКП 45-5.01-67-2007 /3/.
При этом расчетная температура воздуха внутри помещений и в подвалах принимается согласно
заданию на курсовую работу.
Минимальная глубина заделки колонны в фундамент определяется типом и размерами колонны.
При этом учитывается, что:
• по конструктивным требованиям расстояние от уровня пола до обреза фундамента в без подвальных зданиях принимается равным 0.15м;
• между нижней гранью колонны и фундаментом предусматривается зазор 50мм;
• толщина плитной части фундамента должна быть не менее 200мм.
• размеры подколонника (стакана) в плане назначаются исходя из размеров колонны с учетом
конструктивных зазоров -75мм; минимальной толщины стенок стакана 0.2⋅lк, но не менее
175мм., рис.2.1 (lк -наибольший размер сечения колонны);
• глубина стакана подколонника назначается исходя из глубины заделки колонны: 1⋅lк – для
двухветвевых колонн, 1.5⋅lк – для колонн сплошного сечения, а также конструктивных зазоров 50мм;
• плитная часть фундамента может быть одно-, двух-, трехступенчатой. Высота ступеней принимается равной 300мм. Минимальный вылет ступени – 150мм, максимальный – 600мм.
• все размеры фундамента должны соответствовать минимальному строительному модулю
50мм, а размеры плитной части в плане – 100мм для монолитного варианта. В курсовой работе проектируется монолитный фундамент.
Рис.3 Схема к определению величины глубины заложения фундамента
Глубина заложения фундаментов в зависимости от инженерно-геологических условий площадки
Данный фактор оказывает влияние на выбор глубины заложения фундаментов, в случае если
верхние слои грунта являются слабыми и не могут служить надежным основанием фундаментов без
проведения специальных мероприятий по их упрочнению. Если при этом толщина слабого слоя не
превышает 3м., целесообразнее глубину заложения фундамента назначить в зависимости от глубины
залегания более прочных слоев грунта.
При толщине слабого слоя более 3м применение ленточных фундаментов на естественном основании будет не целесообразным и в этом случае предусматривают какой-либо из методов упрочнения
грунтов. При этом глубина заложения фундаментов назначается не зависимо от инженерногеологических условий.
Глубина заложения фундаментов в зависимости от глубины сезонного промерзания
Глубина заложения наружных стен и колонн с учетом глубины промерзания назначается в соответствии с указаниями ТКП 45-5.01-67-2007 /3/.
Нормативное значение глубины заложения фундаментов dfn допускается определять по схематическим картам глубин промерзания суглинков и глин на территории СНГ, рис.1.11 [11]. Для песков и
супесей полученное по картам значение df необходимо умножить на коэффициент d0/0.23, где d0 =
0.28 для супесей песков мелких и пылеватых; 0.30 для песков гравелистых, крупных и средней крупности.
Расчетная глубина сезонного промерзания грунта для крайних рядов фундаментов d1 определяется по формуле:
d1 = kh . df ,
где kn – коэффициент, учитывающий влияние теплового режима здания на глубину промерзания грунта у фундамента, принимается по табл. 5.1 ТКП 45-5.01-67-2007 [3] (в данном пособии
– таблица 9).
Окончательно глубину заложения фундаментов неотапливаемых и крайних рядов фундаментов отапливаемых зданий следует принимать:
— независимо от глубины промерзания грунта d1 — в случае залегания ниже подошвы фундамента скальных крупнообломочных грунтов (в том числе с песчаным заполнителем), песков (кроме
мелких и пылеватых) или супесей с IL ≤ 0 при уровне расположения подземных вод dw ≤ d1 + 2,
а также мелких и пылеватых песков при dw ≥ d1 + 2;
— не менее d1 — в случае залегания ниже подошвы фундамента песков и глинистых грунтов
с показателем текучести IL ≥ 0,25 и супеси с IL > 0, а также крупнообломочных грунтов с глинистым
заполнителем с IL ≥ 0,25 независимо от уровня расположения подземных вод dw;
— не менее 0,5d1 — в случае залегания ниже подошвы фундамента суглинков и глин, в том числе в качестве заполнителя с IL ≤ 0,25.
Таблица 9 — Рекомендуемые значения коэффициента kh для наружных фундаментов отапливаемых зданий
Коэффициент kh при расчетной среднесуточной
температуре воздуха в помещении, примыкающем
к наружным фундаментам, °С
Особенности сооружения
Без подвала с полами, устраиваемыми
по грунту
на лагах по грунту
по утепленному цокольному перекрытию
С подвалом или техническим подпольем
0
5
10
15
20 и более
1,30
1,00
1,10
0,80
0,90
0,70
0,80
0,60
0,80
0,60
1,10
0,90
1,00
0,80
1,00
0,70
0,90
0,70
0,90
0,70
1,05
0,80
1,00
0,80
1,00
0,80
1,00
0,70
0,90
0,70
0,80
0,70
0,60
0,50
0,40
Примечания
1 Приведенные в таблице значения коэффициента kh относятся: в числителе — к сечениям ленточных фундаментов
под наружные стены, расположенным у углов сооружения на расстоянии не более 5,0 м от них, в знаменателе — к
сечениям оставшейся средней части длины наружных стен.
2 Для столбчатых и свайных фундаментов коэффициент kh принимается: при расчетной температуре воздуха в помещении, примыкающем к фундаментам, не более 10 °С — по таблице 5.1; при температуре воздуха выше 10 °С —
по таблице 5.1 с увеличением соответствующих значений в 1,15 раза, но не более чем kh = 1,00.
3 Приведенные значения kh относятся к фундаментам, у которых расстояние от внешней грани стены
до края подошвы фундамента af менее или равно 0,5 м; при значении af более 0,5 м значения kh увеличиваются на
0,10, но не более чем kh = 1,00.
4 К помещениям, примыкающим к наружным фундаментам, относятся подвалы и технические подполья,
а при их отсутствии — помещения первого этажа сооружений.
5 При промежуточных значениях температуры воздуха помещений значения kh принимаются с округлением до ближайшего большего значения, указанного в таблице 5.1.
6.2 Подбор размеров подошвы фундамента по расчетному сопротивлению
В данном разделе необходимо:
• определить предварительные размеры подошвы фундамента;
• определить величину расчетного сопротивления грунтов R;
• определить значение среднего, максимального и минимального давления под подошвой
фундамента и добиться соблюдения условий ТКП 45-5.01-67-2007 [3];
Назначение предварительных размеров подошвы фундамента
Размеры подошвы фундамента определяют путем последовательных приближений или используя аналитический или графический метод. В порядке первого приближения площадь подошвы
фундамента определяется по формуле:
No11
А = 
Ro - γm d
где No11 - расчетная нагрузка в плоскости обреза фундамента для расчета основания по предельному состоянию второй группы, кН; Ro - расчетное сопротивление грунта, залегающего под по-
дошвой фундамента (определяется по табл. 5.10 ТКП 45-5.01-17-2006); γm - осредненное значение
удельного веса материала фундамента и грунта на его уступах, принимается равным 20 кН/м3; d глубина заложения фундамента от уровня планировки.
При расчетной длине ленточного фундамента 1 м по формуле непосредственно определяется
ширина подошвы фундамента. Форму монолитных столбчатых фундаментов в плане при центральной нагрузке рекомендуется принимать квадратную, а при внецентренной нагрузке — прямоугольную с соотношением сторон подошвы n = b/l в пределах 0,6–0,85 (где b, l — меньшая и большая стороны подошвы фундамента). Размеры подошвы фундамента назначаются кратными 100 мм.
Определение расчетного сопротивления грунта
Расчетное сопротивление грунта (R), кПа, под подошвой фундамента определяется по формуле (5.16) 45-5.01-67-2007 [3]:
R=
γ 1γ 2
⋅ M γ k z b γII + Mq d1γII′ + ( Mq − 1) d b γII′ + M c cII  ,
k 
где γ1 и γ2
k
— коэффициенты условий работы, принимаемые по таблице 5.2;
— коэффициент k = 1, если прочностные характеристики грунта ϕ и с определены
непосредственными испытаниями, и k = 1,1, если они приняты по таблицам, приведенным в приложении Б;
Mγ, Mq, Mc — коэффициенты, принимаемые по таблице 5.3;
kz
— коэффициент, принимаемый равным:
при b < 10 м
— kz = 1;
при b ≥ 10 м
— kz = z0 /b + 0,2 (здесь z0 = 8 м; b — ширина подошвы фундамента, м);
γII
— среднее арифметическое расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента на глубину сжимаемой толщи, но не менее 2b
при b ≤ 1 м и не менее 0,5b при b > 1 м, кН/м3:
γ′II — среднее арифметическое расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше
подошвы фундамента кН/м3;
сII — расчетное удельное сцепление грунта, залегающего непосредственно под подошвой
фундамента, кПа;
d1 — глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки, м,
или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, м, определяемая по формуле
d1 = hs +
hcf γ cf
,
γII
(5.18)
здесь hs
— толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м;
hcf
— толщина конструкции пола подвала, м;
γcf
— расчетный удельный вес конструкции пола подвала, кН/м3;
db — глубина подвала, от уровня планировки до верха пола, м (для сооружений с подвалом
шириной В ≤ 20 м и глубиной более 2 м допускается принимать db = 2 м, при ширине подвала В > 20 м или отсутствии подвала db = 0).
Таблица 5.2 — Значения коэффициентов γ1 и γ2
Коэффициент γ1
Грунты основания
Коэффициент γ2 для сооружений
с жесткой и ограниченно-жесткой
конструктивными схемами по 4.4.3
при отношении длины сооружения
или его отсека к высоте L/H, равном
4 и более
1,5 и менее
Крупнообломочные с песчаным заполнителем и песчаные, кроме мелких и
пылеватых
1,4
1,2
1,4
Пески мелкие
1,3
1,1
1,3
1,25
1,1
1,25
1,0
1,0
1,0
1,2
1,2
1,1
То же, при 0,25 < IL ≤ 0,5
1,2
1,0
1,1
То же, при IL > 0,5
1,1
1,0
1,0
Пески пылеватые:
маловлажные и влажные
насыщенные водой
Глинистые, а также крупнообломочные с
глинистым заполнителем и показателем
текучести грунта или заполнителя IL ≤
0,25
Примечания
1 К сооружениям с жесткой и ограниченно-жесткой конструктивными схемами относятся сооружения
по 4.4.3, конструкции которых специально приспособлены к восприятию усилий от деформаций оснований, в том
числе за счет применения специальных мероприятий (диски, диафрагмы жесткости, железобетонные пояса и другие
мероприятия по разделу 7).
2 Для зданий с гибкой конструктивной схемой значение коэффициента γ2 принимается равным единице.
3 Для малопрочных песков и слабых глинистых грунтов γ1 и γ2 принимаются равными единице.
Таблица 5.3 — Коэффициенты Mγ, Mq, Mc
Угол
внутреннего
трения ϕII, град
Коэффициенты
Mγ
Mq
0°
1°
2°
3°
4°
5°
6°
7°
8°
9°
10°
11°
12°
13°
0
0,01
0,03
0,04
0,06
0,08
0,10
0,12
0,14
0,16
0,18
0,21
0,23
0,26
1,00
1,06
1,12
1,18
1,25
1,32
1,39
1,47
1,55
1,64
1,73
1,83
1,94
2,05
Mc
Угол
внутреннего
трения ϕII, град
Коэффициенты
Mγ
Mq
Mc
3,14
3,23
3,32
3,41
3,51
3,61
3,71
3,82
3,93
4,05
4,17
4,29
4,42
4,55
23°
24°
25°
26°
27°
28°
29°
30°
31°
32°
33°
34°
35°
36°
0,69
0,72
0,78
0,84
0,91
0,98
1,06
1,15
1,24
1,34
1,44
1,55
1,68
1,81
3,65
3,87
4,11
4,37
4,64
4,93
5,25
5,59
5,95
6,34
6,76
7,22
7,71
8,24
6,24
6,45
6,67
6,90
7,14
7,40
7,67
7,95
8,24
8,55
8,88
9,22
9,58
9,97
14°
15°
16°
17°
18°
19°
20°
21°
22°
0,29
0,32
0,36
0,39
0,43
0,47
0,51
0,56
0,61
2,17
2,30
2,43
2,57
2,73
2,89
3,06
3,24
3,44
4,69
4,84
4,99
5,15
5,31
5,48
5,66
5,84
6,04
37°
38°
39°
40°
41°
42°
43°
44°
45°
1,95
2,11
2,28
2,46
2,66
2,88
3,12
3,38
3,66
8,81
9,44
10,11
10,85
11,64
12,51
13,46
14,50
15,64
10,37
10,80
11,25
11,73
12,24
12,79
13,37
13,98
14,64
Определение величины R необходимо начинать с разработки расчетной схемы.
Средневзвешенное значение удельного веса грунта ниже и выше подошвы фундамента определяется по формуле:
∑ γ II ,i ⋅ hi ,
γ II (γ II' ) =
∑ hi
где hi – расчетная толщина слоев ниже и выше подошвы фундаментов соответственно.
При этом обязательно должно учитываться, что:
• ниже подошвы фундамента средневзвешенное значение удельного веса определяется в пределах
глубины Zr, которая принимается равной 0.5⋅b для фундаментов шириной до 10м и 4м+0.1⋅b для
фундаментов шириной более 10м;
• для водопроницаемых грунтов, находящихся ниже уровня грунтовых вод, удельный вес грунта
принимается с учетом взвешивающего действия воды, т.е. γIIw .
При определении глубины заложения фундаментов с подвалом d1 принимаем, что пол подвала
бетонный ( γcf = 22 кН/м3) толщиной 100мм.
Рис.4. Расчетная схема к определению величины R
Проверка давления под подошвой фундамента
По предварительным размерам фундаментов определяется полная нагрузка, действующая на
основание с учетом усилий, возникающих от собственного веса фундамента, веса стеновых блоков и
панелей подвальной части здания, веса грунта на уступах фундамента, бокового давления на стены
подвала. При глубине пола подвала ниже планировочной отметки более чем на 1 метр, следует учитывать вес грунта на уступах фундамента и боковое давление грунта со стороны подвала.
Схема нагрузок действующих в уровне подошвы фундамента приведена на
Рис..
В курсовой работе допускается упростить схему приложения нагрузок и в общем случае полную нагрузку на уровне подошвы принимать равной:
NII = N0,II + GF,II ,
MII = M0,II ,
где GF,II - осредненный вес фундамента и грунта на его уступах, равный:
GF,II = γm⋅ d⋅AF ,
где AF - площадь подошвы фундамента.
Рис.5 Схема нагрузок, действующих в уровне подошвы фундамента –(а), эпюры контактных давлений под подошве фундамента – (б)
Согласно действующим нормативным документам (ТКП 45-5.01-67-2007 /3/) давление под
подошвой фундамента ограничивается следующими условиями:
р≤ R;
pmax ≤ 1.2R ; pmin > 0 ,.
где р – среднее давление под подошвой фундамента;
рmax, рmin – максимальное и минимальное давление под подошвой фундамента соответственно.
p = N11 / АF ;
pmax = N11 / АF + М11 / W ;
pmin = N11 / АF - М11 / W ,
2
W = bl /6 - момент сопротивления площади подошвы фундамента.
Если среднее давление р отличается от расчетного сопротивления более чем на 10%, то это
будет указывать на то, что площадь подошвы фундамента взята с большим запасом и необходимо
уменьшить размеры фундамента и выполнить перерасчет.
Путем последовательных приближений производится уточнение размеров подошвы фундамента.
Задача №7. Определение осадки фундамента методом послойного суммирования.
Предварительно изучить раздел 7.2.1. учебника /1/.
Осадку основания методом послойного суммирования определяют как сумму осадок элементарных слоев грунта в пределах сжимаемой толщи в следующей последовательности:
• основание под фундаментом разбивается на 8-10 элементарных слоев;
• под центром подошвы фундамента строится эпюра природного (бытового) давления σzg;
• под центром подошвы фундамента строится эпюра дополнительного давления σzp;
• находится граница сжимаемой толщи BC;
• определяются средние значения дополнительного давления в пределах каждого элементарного
слоя σzp,i;
• определяется величина средней осадки фундамента S.
Разбивка основания на элементарные слои грунта
Разбивку основания на элементарные слои необходимо выполнять с учетом следующих требований:
• hi - толщина i-го слоя, на которые разбивается сжимаемая толща грунта, м, принимается не более 0,4b (b — ширина фундамента), м;
• физико-механические свойства грунта в пределах элементарного слоя не должны изменятся, т.е.
границы элементарных слоев должны совпадать с границами инженерно-геологических элементов и уровнем подземных вод;
Эпюра природного давления под центром подошвы фундамента
Величина природного давления в общем случае определяется по формуле:
σ zg ,i =
∑γ
II , i
⋅ hi
Значения эпюры природного давления необходимо вычислять на уровне подошвы фундамента
FL, на границах инженерно-геологических элементов и на уровне грунтовых вод WL.
При этом необходимо учитывать, что:
• эпюра природного давления σzg находится от уровня отметки планировки DL;
• для водопроницаемых грунтов, находящихся ниже уровня грунтовых вод, удельный вес грунта
принимается с учетом взвешивающего действия воды, т.е. γIIw ;
• на границе водопроницаемых грунтов с водоупором (глины и суглинки (кроме лессовых)) значение σzg изменяется скачкообразно.
•
Найденные значения эпюры природного давления наносятся на расчетную схему, см. пример 7.
Эпюра дополнительного давления под центром подошвы фундамента
Значения эпюры дополнительного давления под центром подошвы фундамента определяется
по формуле:
σzp = α⋅po ,
где α - коэффициент затухания напряжений, принимаемый по табл.5.10 ТКП 45-5.01-67-2007
/3/. В данном Пособии табл.10;
po = p - σzg,F ,
где σzg,F – природное давление грунта на уровне подошвы фундамента.
Вычисление значений дополнительного давления σzp рекомендуется производить в табличной
форме. Эпюра дополнительного давления показывается на расчетной схеме, см. пример 7.
Определение границы сжимаемой толщи
Границу сжимаемой толщи BC при расчете осадки методом послойного суммирования ограничивают глубиной, на которой дополнительное напряжение σzp составляет:
• не более 20 % от природного (σzp ≤ 0,2 σzg);
• не более 10% если Е ≤ 5 МПа (σzp ≤ 0,1 σzg.)
Расположение границы BC определяется графически на пересечении эпюры 0.2(0.1)⋅σzg и
эпюры σzp.
Вычисление осадки фундамента
Осадка основания в пределах сжимаемой толщи определяется по формуле:
hi . σzpi
S = β Σ
Ei
Значение полученной абсолютной, конечной осадки сравнивают с величиной предельной допустимой средней осадки Su. В курсовой работе выполнение условия:
S ≤ Su . ,
будет считаться достаточным для выполнения требований II группы предельных состояний.
Таблица 10 — Коэффициент затухания напряжений α
Коэффициент α для фундаментов
Относительная
глубина
ξ = 2z /b
круглых
1, 0
1,4
1,8
2,4
3,2
5,0
0
0,4
0,8
1,2
1,6
2,0
2,4
2,8
3,2
3,6
1,000
0,949
0,756
0,547
0,390
0,285
0,214
0,165
0,130
0,106
1,000
0,960
0,800
0,606
0,449
0,336
0,257
0,201
0,160
0,131
1,000
0,972
0,848
0,682
0,532
0,414
0,325
0,260
0,210
0,173
1,000
0,975
0,866
0,717
0,578
0,463
0,374
0,304
0,251
0,209
1,000
0,976
0,876
0,739
0,612
0,505
0,419
0,349
0,294
0,250
1,000
0,977
0,879
0,749
0,629
0,530
0,449
0,383
0,329
0,285
1,000
0,977
0,881
0,754
0,639
0,545
0,470
0,410
0,360
0,319
1,000
0,977
0,881
0,755
0,642
0,550
0,477
0,420
0,374
0,337
4,0
4,4
4,8
5,2
5,6
6,0
6,4
6,8
7,2
7,6
8,0
8,4
8,8
9,2
0,087
0,073
0,062
0,053
0,046
0,040
0,036
0,031
0,028
0,024
0,022
0,021
0,019
0,017
0,108
0,091
0,077
0,067
0,058
0,051
0,045
0,040
0,036
0,032
0,029
0,026
0,024
0,022
0,145
0,123
0,105
0,091
0,079
0,070
0,062
0,055
0,049
0,044
0,040
0,037
0,033
0,031
0,176
0,150
0,130
0,113
0,099
0,087
0,077
0,064
0,062
0,056
0,051
0,046
0,042
0,039
0,214
0,185
0,161
0,141
0,124
0,110
0,099
0,088
0,080
0,072
0,066
0,060
0,055
0,051
0,248
0,218
0,192
0,170
0,152
0,136
0,122
0,110
0,100
0,091
0,084
0,077
0,071
0,065
0,285
0,255
0,230
0,208
0,189
0,173
0,158
0,145
0,133
0,123
0,113
0,105
0,098
0,091
0,306
0,280
0,258
0,239
0,223
0,208
0,196
0,185
0,175
0,166
0,158
0,150
0,143
0,137
9,6
10,0
10,4
10,8
11,2
11,6
12,0
0,016
0,015
0,014
0,013
0,012
0,011
0,010
0,020
0,019
0,017
0,016
0,015
0,014
0,013
0,028
0,026
0,024
0,022
0,021
0,020
0,018
0,036
0,033
0,031
0,029
0,027
0,025
0,023
0,047
0,043
0,040
0,037
0,035
0,033
0,031
0,060
0,056
0,052
0,049
0,045
0,042
0,040
0,085
0,079
0,074
0,069
0,065
0,061
0,058
0,132
0,126
0,122
0,117
0,113
0,109
0,106
прямоугольных с соотношением сторон η = l/b, равным
ленточных
(η ≥ 10)
Примечания
1 Обозначения: b — ширина или диаметр фундамента, l — длина фундамента.
2 Для фундаментов, имеющих подошву в форме правильного многоугольника с площадью А, значения α
принимаются как для круглых фундаментов радиусом r = A / π.
3 Для промежуточных значений ξ и η коэффициент α определяется линейной интерполяцией.
Пример№6
Определить величину осадки основания для условий расчетной схемы Рис. 6. Фундамент ленточный
шириной b=1.8м. Давление под подошвой фундамента составляет 250 кПа, что меньше расчетного
сопротивления несущего слоя грунта.
Рис.6 Расчетная схема определения осадки основания
Вычисляем ординаты эпюры природного давления и вспомогательной эпюры 0,2σzg, необходимой для определения глубины расположения нижней границы сжимаемой толщи грунта:
- на поверхности земли (отметка природного рельефа NL):
σzg = 0 ; 0.2σzg =0;
- на уровне подошвы фундамента:
σzg,F = 17⋅0,2+19,1⋅1,3 = 28,23 кПа; 0.2⋅σzg,F = 5,65 кПа;
- на границе 2 и 3 слоев
σzg,(2-3) =28.23+19.1⋅1.2 = 51,15 кПа; 0.2⋅σzg,(2-3) = 10.23 кПа;
- на уровне грунтовых вод:
σzg,wl = 51,15+19.1 0,5= 60,7 кПа; 0.2⋅σzg, wl = 12.14 кПа;
- на границе 3 и 4 слоев с учетом взвешивающего действия воды::
σzg,(3-4) =60,7+11.2⋅2.1 = 84,22 кПа; 0.2⋅σzg,(3-4) = 16,84 кПа;
- на границе 3 и 4 слоев без учета взвешивающего действия воды:
σzg,(3-4) = 60,7+ 19.1⋅2.1 = 100,81кПа; 0.2σzg,(3-4) = 20.16 кПа;
- на границе 4 и 5 слоев:
σzg,(4-5) = 100,81 + 20.1⋅4.8 = 197,29 кПа; 0.2σzg,(4-5) = 39,46 кПа;
- на нижней границе разреза:
σzg,(5) = 197,29 + 21.2⋅2.0 = 239,69 кПа; 0.2σzg,(5) = 47,94 кПа;
Полученные значения ординат эпюры природного давления σzg и вспомогательной эпюры 0,2σzg вынесены на расчетной схеме, Рис.6..
Определяем дополнительное давление под подошвой фундамента:
р0 = р - σzg,F = 250 – 28.23= 221.77 кПа.
Разбиваем основание под подошвой фундамента на элементарные слои. Для удобства вычисления
0,4 ⋅ b
толщину элементарного слоя принимаем равной z =
, т.е:
2
z=0.4⋅1.8/2 = 0.36 м
Результаты разбиения основания на элементарные приведены в табл. 11.
Ординаты эпюры дополнительного давления σzp определяем по формуле σzo= α⋅p; Значения α находим по таблице 1 приложения 2 [6]. Результаты расчета приведены в табл.2.1.
Таблица 11
ζ=2⋅z/b
ИГЭ
z
hi
α
σzp
σzp,i
2
2
2
2
3
3
3
3
3
3
3
3
4
4
4
4
4
4
4
4
4
м
0.00
0.36
0.72
1.08
1.2
1.56
1.7
2.06
2.42
2.78
3.14
3.5
3.8
4.16
4.52
4.88
5.24
5.6
5.96
6.32
6.68
7.04
м
0.36
0.36
0.36
0.12
0.36
0.14
0.36
0.36
0.36
0.36
0.36
0.3
0.36
0.36
0.36
0.36
0.36
0.36
0.36
0.36
0.36
0
0.4
0.8
1.2
1.33
1.73
1.89
2.29
2.69
3.09
3.49
3.89
4.22
4.62
5.02
5.42
5.82
6.22
6.62
7.02
7.42
7.82
1
0.977
0.881
0.755
0.714
0.606
0.57
0.491
0.428
0.377
0.334
0.299
0.274
0.247
0.224
0.204
0.187
0.171
0.157
0.145
0.134
0.124
кПа
221.8
216.7
195.4
167.4
158.3
134.4
126.4
108.9
94.9
83.6
74.1
66.3
60.8
54.8
49.7
45.2
41.5
37.9
34.8
32.2
29.7
27.5
кПа
219.2
206.1
181.4
162.9
146.4
130.4
117.7
101.9
89.3
78.9
70.2
63.6
57.8
52.3
47.5
43.4
39.7
36.4
33.5
31
28.6
Полученные значения ординат эпюры наносим на расчетную схему. В точке пересечения эпюры дополнительных давлений со вспомогательной эпюрой находим нижнюю границу сжимаемой толщи:
Н = 6.5 м.
Определяем осадку каждого слоя грунта основания, что удобнее делать для каждого ИГЭ в отдельности.
Осадка ИГЭ №2:
0.8
s2 = ⋅(219,2⋅0.36+206,1⋅0.36+181,4⋅0.36+162,9⋅0.12) = 0.0076м.
25000
Осадка ИГЭ №3:
0.8
s3= ⋅ (146,4⋅0.36+130,4⋅0.14+117,7⋅0.36+101,9⋅0.36+83,3⋅0.36+78,9⋅0.36+70,2⋅0.36+63,6⋅0.3)=
14500
=0.014м.
Осадка ИГЭ №4 до границы сжимаемой толщи:
0.8
s4 = ⋅(57,8⋅0.36+52,3⋅0.36+47,5⋅0.36+43,4⋅0.36+39,7⋅0.36+36,4⋅0.36+33,5⋅0.36+31,0⋅0.36)=
22000
=0.004м.
Полная осадка фундамента.
S= 0.0076+0.014+0.004=0.0256 м
S=0.0256м<Su=0.08м
Условие выполняется.
Задача №8. Определение несущей способности сваи табличным методом.
Несущая способность сваи по материалу
Несущая способность свай по материалу определяется как сжатой или сжато-изгибаемой стоики защемленной на 1/3 в нижних слоях грунта. В курсовой работе расчет сваи по материалу допускается не производить принимая несущую способность железобетонной сваи Fd, равной:
сечением 0.25х0.25
-650 кН;
сечением 0.3х0.3
-1000 кН;
сечением 0.35х0.35
-1850 кН;
сечением 0.4х0.4
-2000 кН.
Сечение сваи выбирается, исходя из нагрузки по заданию. Несущая способность сваи не
должна быть меньше действующей нагрузки (в случае, если нагрузка по заданию больше 2000 кН,
принимается сечение 0.4х0.4м).
Определение длины сваи
Нижний конец свай, как правило, следует заглублять в прочные грунты, прорезая более слабые напластования грунтов. При этом заглубление нижнего конца забивных свай в прочные грунты
основания должно быть не менее, м:
— 0,5 — в крупнообломочных, гравелистых, крупных и средней крупности песчаных, пылеватоглинистых грунтах с показателем текучести IL ≤ 0,1;
— 1,0 — в прочих нескальных грунтах.
Рациональная глубина погружения нижнего конца забивных свай в моренные грунты, в зависимости от величины коэффициента пористости (е), принимается при:
— е < 0,35 — не менее 0,5 м;
— е = 0,35—0,45 — не менее 1,0 м;
— е > 0,45—0,55 — не менее, чем 5 больших поперечных размеров сваи.
Сваи сечением 250×250 мм принимаются длиной 3…6 м, сечением 300×300 мм – длиной
6…12 м, сечениями 350×350 и 400×400 мм – длиной 4…16 м с изменением длины через один метр.
Сваи длиной до 6 м по требованию заказчика допускается изготавливать с интервалом 0,5 м
по длине.
Несущим необходимо выбирать слой, имеющий наибольшее условное динамическое сопротивление грунта.
Несущая способность сваи по грунту
При опирании свай на малосжимаемые грунты, т. е. крупнообломочные грунты с песчаным
заполнителем средней прочности или прочным, а также глины твердой консистенции с модулем деформации Е ≥ 50 МПа и скальные и полускальные грунты забивные сваи рассчитываются как сваистойки по п.6.1 ТКП 45-5.01-256-2012. В остальных случаях несущая способность свай определяется
как для защемленных в грунте свай одним из перечисленных ниже методов:
• ТКП 45-5.01-256-2012 Основания и фундаменты зданий и сооружений. Сваи забивные. Правила
проектирования и устройства;
• по результатам статического или динамического зондирования;
• в ходе динамических испытаний натурных или инвентарных свай;
• по результатам статического испытания свай.
В курсовой работе предлагается определить несущую способность сваи по грунту используя
табличные данные согласно п.6.2 ТКП 45-5.01-256-2012. В этом случае несущая способность определяется по формуле:
Fd = γc(γcrRA + ΣUiγcfhiRfi),
где γc
R
A
Ui
Rfi
hi
γcr, γcf
— коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый γc = 1, а для
грунтов I типа по просадочности и для биогенных грунтов γc = 0,8;
— расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, принимаемое по таблице 12, а для моренных и биогенных грунтов – по таблице 14;
— площадь опирания на грунт сваи, м2, принимаемая по площади поперечного сечения сваи брутто;
— усредненный периметр поперечного сечения ствола сваи в i-ом слое грунта, м;
— расчетное сопротивление (прочность) i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа, принимаемое по таблице 10, а для моренных и
биогенных грунтов, согласно требованиям главы 10;
— толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью
сваи, м;
— коэффициенты условий работы грунта, соответственно, под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления грунта и принимаемые по таблице
6.3.
Суммировать сопротивления грунта следует по всем слоям грунта, пройденным сваей, за исключением случаев, когда проектом предусматривается планировка территории срезкой или возможен размыв грунта. В этих случаях следует суммировать сопротивления всех слоев грунта, расположенных, соответственно, ниже уровня планировки (срезки) и дна водоема после его местного размыва при расчетном паводке.
Таблица 12
Расчетные сопротивления под нижним концом забивных свай и свай-оболочек,
погружаемых без выемки грунта (R), кПа
Глубина
погружения
нижнего конца сваи,
гравелистых
м
2
3
4
5
6
7
8
9
песчаных грунтов средней плотности
крупных
0,0
0,1
7100
6000
7500
6500
8300
7000
8900
7500
9400
8100
9700
8500
9900
8700
6000
3200
6600
4000
6800
4800
7000
6000
7200
6500
7300
6900
7550
7100
10200
8900
7800
7200
—
средней
крупности
мелких
пылеватых
—
—
пылевато-глинистых грунтов при показателе текучести (IL), равном
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
2500
3500
4000
4400
4500
4600
4800
4900
3400
1800
3800
2200
4400
2600
4600
2800
4700
3000
4800
3200
4900
3300
1800
1300
2100
1600
2300
1700
2400
2000
2450
2100
2500
2200
2600
2300
1200
1000
1300
1200
1350
1300
1400
1350
1450
1400
1500
1450
1550
1500
5000
3400
2560
2350
1600
1550
—
—
—
0,8
0,9
1,0
900 800 600 400 300
1000 900 700 500 400
1100 1000 750 550 450
1150 1050 800 600 500
1200 1100 850 650 550
1250 1150 900 700 600
1280 1170 920 720 610
1300 1200 940 740 620
10500
9100
11000
9300
11700
9500
12600
10000
13400
10500
10
12
15
20
25
7900
7350
8200
7500
8500
7700
8800
7800
9000
7900
5000
5200
5600
6200
6800
5100
3500
5200
3700
5400
4000
5600
4500
5800
4800
2700
2400
2800
2500
3000
2600
3200
2700
3500
2800
1650
1600
1750
1650
1900
1700
1950
1750
2000
1800
1320 1220 960 760 630
1350 1250 980 780 640
1380 1280 1000 800 650
1400 1300 1020 820 680
1450 1320 1040 840 700
Окончание таблицы 12
Примечания
1 В числителе приведены значения R для песчаных грунтов, в знаменателе — для пылевато-глинистых.
2 Глубину погружения нижнего конца сваи и среднюю глубину расположения слоя грунта в водоеме следует принимать от уровня дна после общего размыва расчетным паводком, на болотах — от уровня дна
болота.
При проектировании путепроводов через выемки глубиной до 6 м для свай, забиваемых молотами без
подмыва или устройства лидерных скважин, глубину погружения в грунт нижнего конца сваи следует принимать от уровня природного рельефа в месте сооружения фундамента. Для выемок глубиной более 6 м
глубину погружения свай следует принимать как для выемок глубиной 6 м.
3 Для промежуточных глубин погружения свай и промежуточных значений показателя текучести IL пылевато-глинистых грунтов значения R и Rfi в таблицах 6.1 и 6.2 определяются интерполяцией.
4 Значения расчетных сопротивлений R допускается использовать при условии, если заглубления свай
в неразмываемый и несрезаемый грунт составляют не менее, м:
4,0 — для мостов и гидротехнических сооружений;
2,0 — для зданий и прочих сооружений.
5 Для супесей при числе пластичности Ip < 4 и коэффициенте пористости е < 0,8 расчетные сопротивления грунтов R и Rfi следует определять как для пылеватых песков средней плотности.
6 Для песчаных грунтов по СТБ 943 значения R приведены с учетом средних значений коэффициента пористости е:
е = 0,63 — для гравелистых, крупных и средней крупности песков;
е = 0,68 — для мелких песков;
е = 0,70 — для пылеватых песков.
7 Для песчаных грунтов средней прочности с другими значениями коэффициента пористости е значения R
следует определять интерполяцией.
8 Для прочных песчаных грунтов по СТБ 943, прочность которых определена по данным статического
зондирования, значения R для свай, погруженных без использования подмыва или лидерных скважин,
следует увеличить на 80 %. При определении прочности грунта по данным других видов инженерных изысканий и отсутствии данных статического зондирования для прочных песков значения R следует увеличить на 50 %, но не более чем до 20 000 кПа.
9 Для забивных свай, опирающихся нижним концом на малопрочные песчаные грунты, несущую способность следует определять по результатам статических испытаний свай.
15
Таблица 13
Расчетные сопротивления i-го слоя грунтов на боковой поверхности забивных свай и свай-оболочек (Rfi), кПа
Средняя
глубина
расположения
слоя грунта, м
песчаных грунтов средней плотности
гравелистых
крупных
средней
крупности
мелких
пылеватых
—
—
—
—
—
—
пылевато-глинистых грунтов при показателе текучести (IL) равном
1
2
3
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
60
45
70
55
80
60
55
38
60
45
65
52
45
35
55
42
60
48
40
25
50
32
55
38
30
15
35
22
40
28
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
12,0
9,0
6,0
5,0
4,0
3,0
17,0
13,0
9,0
7,5
7,0
5,0
21,0
17,0
11,0
9,0
7,5
6,0
85
65
90
70
95
72
100
75
102
76
104
72
106
78
110
80
114
82
117
85
120
90
4
5
6
7
8
9
10
12
15
20
25
70
55
75
60
80
65
85
70
90
73
92
74
93
75
95
77
97
80
99
81
100
82
63
53
68
56
72
60
75
63
77
65
78
66
79
67
80
68
82
70
85
75
90
80
58
40
61
43
63
45
65
47
66
48
67
49
68
50
69
51
70
52
72
53
74
54
44
32
47
34
48
35
49
36
50
37
51
38
52
39
54
40
56
41
58
42
60
44
24,0
19,0
13,0
10,0
8,0
6,5
26,0
21,0
15,0
11,0
8,5
7,0
29,0
23,0
16,0
12,0
9,0
7,5
32,0
25,0
17,0
13,0
9,5
8,0
33,0
26,0
17,5
13,5
10,0
8,0
34,0
27,0
18,0
14,0
10,5
8,0
35,0
28,0
18,5
14,5
11,0
8,0
36,0
29,0
19,0
15,0
11,0
8,0
37,0
30,0
20,5
15,0
11,0
8,0
38,0
31,0
21,0
15,0
11,0
8,0
39,0
32,0
22,0
15,0
11,0
8,0
Примечания
1 При определении расчетного сопротивления грунта на боковой поверхности сваи Rfi следует учитывать
требования, изложенные в примечаниях 1, 2 и 3 к таблице 6.1.
2 При определении расчетных сопротивлений грунтов на боковой поверхности свай Rfi пласты грунтов
следует расчленять на однородные слои толщиной не более 2 м.
3 Значения расчетного сопротивления прочных песчаных грунтов на боковой поверхности свай Rfi следует
увеличивать на 30 % по сравнению со значениями, приведенными в данной таблице.
Таблица 14
Расчетные сопротивления под нижним концом забивных свай и свай-оболочек,
погружаемых без выемки грунта (R), кПа
Глубина
погружения
нижнего
конца сваи, м
2
3
4
5
6
Коэффициент
пористости (е)
<0,35
0,35—0,45
>0,45—
0,55
<0,35
0,35—0,45
>0,45—
0,55
<0,35
0,35—0,45
>0,45—
0,55
<0,35
0,35—0,45
>0,45—
0,55
<0,35
моренных грунтов при показателе текучести (IL)
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
12000
7800
6600
6400
4160
3520
5000
3250
2750
3600
2340
1980
2600
1690
1430
2000
1300
1100
1800
1170
990
13000
8450
7150
8000
5200
4400
7000
4550
3850
4400
2860
2420
3200
2080
1760
2400
1560
1320
2000
1300
1100
14000
9100
7700
9600
6240
5280
8000
5200
4400
5200
3380
2860
3400
2210
1870
2600
1690
1430
2200
1430
1210
15000
9750
8250
12000
7800
6600
8800
5720
4840
5600
3640
3080
4000
2600
2200
2700
1760
1490
2300
1490
1260
16200
13000
9000
6000
4200
2800
2400
7
8
9
10
12
0,35—
0,45
>0,45—
0,55
<0,35
0,35—0,45
>0,45—
0,55
<0,35
0,35—0,45
>0,45—
0,55
<0,35
0,35—0,45
>0,45—
0,55
<0,35
0,35—0,45
>0,45—
0,55
<0,35
0,35—0,45
>0,45—
0,55
10530
8910
8450
7150
5850
4950
3900
3300
2730
2310
1820
1540
1560
1320
17000
11050
9350
13800
8970
7590
9200
5980
5060
6400
4160
3520
4400
2860
2420
2900
1880
1590
2500
1620
1370
17400
11310
9570
14200
9230
7810
9600
6240
5280
6600
4290
3630
4600
2990
2530
3000
1950
1650
2560
1660
1410
17800
11570
9790
14400
9360
7920
9800
6370
5390
6800
4420
3740
4700
3050
2580
3100
2010
1700
2600
1690
1430
18200
11830
10010
14700
9550
8080
10000
6500
5500
7000
4550
3850
4800
3120
2640
3200
2080
1760
2640
1720
1450
18600
12090
10230
15000
9750
8250
10400
6760
5720
7400
4810
4070
5000
3250
2750
3300
2140
1810
2700
1760
1490
Примечание — Таблицу читать с учетом примечаний 2, 3, 5 и 6 к таблице 12.
Таблица 15
Расчетные сопротивления грунтов на боковой поверхности забивных свай (Rfi), кПа
Средняя
глубина
расположения слоя, м
1
2
3
4
5
6
моренных грунтов при показателе текучести (IL)
Коэффициент
пористости (е)
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
<0,35
0,35—0,45
>0,45—0,55
<0,35
0,35—0,45
>0,45—0,55
<0,35
0,35—0,45
>0,45—0,55
<0,35
0,35—0,45
>0,45—0,55
<0,35
0,35—0,45
>0,45—0,55
<0,35
0,35—0,45
>0,45—0,55
72
59
50
88
72
61
96
78
66
104
85
72
112
91
77
115
94
79
61
69
42
72
59
50
83
68
57
88
72
61
96
78
66
104
85
72
56
45
38
67
55
46
77
62
53
85
69
58
90
73
62
96
78
66
40
32
27
51
42
35
61
49
42
64
52
44
69
56
47
72
59
50
24
19
16
35
29
24
45
36
31
51
42
35
54
44
37
56
45
38
19
16
13
27
22
19
34
27
23
38
31
26
42
34
29
46
38
32
14
12
10
21
17
14
27
22
19
30
25
21
34
27
23
37
30
25
<0,35
0,35—0,45
>0,45—0,55
<0,35
0,35—0,45
>0,45—0,55
7
8
120
98
83
122
99
84
112
91
77
117
95
80
101
82
69
104
85
72
75
61
52
77
62
53
58
47
40
59
48
41
51
42
35
53
43
36
40
32
27
42
34
29
45
Окончание таблицы 15
Расчетные сопротивления грунтов на боковой поверхности забивных свай (Rfi), кПа
Средняя глубина расположения слоя,
м
9
10
12
Коэффициент
пористости (е)
<0,35
0,35—0,45
>0,45—
0,55
<0,35
0,35—0,45
>0,45—
0,55
<0,35
0,35—0,45
>0,45—
0,55
моренных грунтов при показателе текучести (IL)
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
123
100
85
118
96
81
106
86
73
78
64
54
61
49
42
54
44
37
43
35
30
125
101
86
120
98
83
107
87
74
80
65
55
62
51
43
56
45
38
45
36
31
128
104
88
123
100
85
109
88
75
82
66
56
64
52
44
58
47
40
46
38
32
Примечание — Таблицу читать с учетом примечаний 1 и 2 к таблице 13.
Таблица 16
Способы погружения забивных свай и свай-оболочек,
погружаемых без выемки грунта, и виды грунтов
1 Погружение сплошных и полых с закрытым нижним концом
свай механическими (подвесными), паровоздушными и дизельными молотами
2 Погружение забивкой и вдавливанием в предварительно пробуренные лидерные скважины с заглублением концов свай не менее, чем на 1 м ниже забоя скважины при ее диаметре:
а) равном стороне квадратной сваи
б) на 0,05 м менее стороны квадратной сваи
в) на 0,15 м менее стороны квадратной или диаметра сваи
круглого сечения (для опор линий электропередач)
3 Погружение с подмывом в песчаные грунты при условии до-
Коэффициенты условий работы грунта при расчете несущей способности
свай
под нижним
концом (γcr)
на боковой
поверхности (γcf)
1,0
1,0
1,0
1,0
0,5
0,6
1,0
1,0
бивки свай на последнем этапе погружения без применения под1,0
0,9
мыва на 1 м и более
4 Вибропогружение свай-оболочек, вибропогружение и вибровдавливание свай в грунты:
а) песчаные средней плотности:
крупные и средней крупности
1,2
1,0
мелкие
1,1
1,0
пылеватые
1,0
1,0
б) пылевато-глинистые с показателем текучести IL = 0,5:
супеси
0,9
0,9
суглинки
0,8
0,9
глины
0,7
0,9
в) пылевато-глинистые с показателем текучести IL ≤ 0
1,0
1,0
5 Погружение молотами любой конструкции полых железобетонных свай с открытым нижним концом:
а) при диаметре полости сваи 0,4 м и менее
1,0
1,0
б) то же, от 0,4 до 0,8 м
6 Погружение любым способом полых свай круглого сечения с
0,7
1,0
закрытым нижним концом на глубину 10 м и более с последующим устройством в нижнем конце свай камуфлетного уширения в
песчаных грунтах средней плотности и в пылевато-глинистых
грунтах с показателем текучести IL ≤ 0,5 при диаметре уширения,
равном:
а) 1,0 м в независимости от указанных видов грунтов
0,9
1,0
б) 1,5 м в песках и супесях
0,8
1,0
в) 1,5 м в суглинках и глинах
0,7
1,0
7 Погружение вдавливанием свай:
а) в пески средней плотности крупные, средней крупности и
1,1
1,0
мелкие
1,1
0,8
б) в пески пылеватые
1,1
1,0
в) в пылевато-глинистые грунты с показателем текучести IL ≤ 0,5
1,0
1,0
г) то же, IL ≥ 0,5
Примечание — Коэффициенты (γcr) и (γcf) по позиции 4 для пылевато-глинистых грунтов с показателем текучести 0 < IL < 0,5 определяются интерполяцией.
Расчетная схема к определению несущей способности сваи по грунту показана на рис.7
Окончательно, за несущую способность сваи Fd принимается наименьшее значение, полученное при расчете сваи по материалу и по грунту.
Рис. 7 Расчетная схема определения несущей способности сваи по грунту
Определение количества свай в ростверке, конструирование ростверка
Определение количества свай в ростверке для отдельно стоящих фундаментов
Количество сваи в ростверке отдельно стоящего фундамента под колонны определяется по
формуле:
n = NIF/(Fd/γk)
где NIF - расчетная нагрузка на уровне подошвы ростверка, которую на начальном этапе расчета допускается принимать без учета веса фундамента, ростверка и грунта на его уступах, т.е. NIF = N0I
где γk - коэффициент надежности принимаемый по п. 5.9 [ТКП 256].
Полученное значение n округляется до целого. При назначении количества свай в ростверке
необходимо добиться выполнение следующих рекомендаций:
• наиболее оптимальное число свай в кусте для фундаментов промзданий - 2, 4, 5, 6;
• 8, 9 свай допускается применять лишь для высоконагруженных фундаментов
(N >2000kN)
• 10 и более свай в свайном кусте для фундаментов промзданий применять не рекомендуется;
• 1, 3 сваи под столбчатым фундаментом рекомендуется применять лишь для центрально загруженных фундаментов (MIF =0);
При невыполнении перечисленных условий рекомендуется изменить размеры свай и выполнить перерасчет.
Конструирование ростверка
При проектировании окончательных размеров ростверка необходимо выполнение следующих
конструктивных требований:
• сваи равномерно распределяются по длине и ширине ростверка. Рекомендуется симметричное расположение свай для отдельно стоящих фундаментов, одно-, двухрядное расположение свай для ленточных фундаментов;
• расстояние между осями свай принимается не менее 3d и не более 6d (где d - сторона поперечного сечения сваи);
• размеры ростверка в плане принимаются кратными 300 мм;
• расстояние от наружной грани сваи до грани ростверка принимается не менее 100мм;
• размеры ростверка в плане рекомендуется назначать на 150-200 мм больше размеров вышележащих фундаментных конструкций (для столбчатых фундаментов это размеры стакана под колонну);
• высота ростверка принимается по расчету на продавливание но не менее 400мм;
• класс бетона принимается не менее С12/15.
Армирование ростверка и подколонника выполняется с учетом рекомендаций / 12 /. При этом
рабочая арматура устанавливается:
• по подошве ростверка в виде сварных сеток из арматуры класса S 400. Диаметр стержней и шаг
определяется расчетом на продавливание, но не менее 12мм;
• у наружных граней стакана в виде арматурных каркасов. Диаметр продольных (вертикальных)
стержней принимается не менее -12 мм, горизонтальных -8мм.
Косвенное армирование выполняется в виде горизонтальных сеток из арматуры ∅ не менее
8мм, устанавливаемых в стенках стакана и по дну стакана.
Конструктивные требования для ростверков приведены на рис.8
Рис. 8 Конструктивные требования при проектировании ростверков: а) -для фундаментов по колонны; б) –для ленточных фундаментов.
Таблица 17 Значения коэффициента надежности метода испытаний (γk)
Метод определения несущей способности сваи, вид ростверка,
количество свай в кусте, нагрузка на сваю
Несущая способность сваи определена расчетом по результатам испытаний
статической нагрузкой
Несущая способность определена по результатам статического зондирования
грунтов, по результатам динамических испытаний сваи, выполненных с учетом упругих деформаций грунта, по результатам полевых испытаний эталонной сваей или сваей-зондом, а также свай, работающих на выдергивающие нагрузки при глубине их погружения l ≤ 4 м
Несущая способность определена расчетом по результатам динамических испытаний свай, выполненных без учета упругих деформаций грунта или по результатам статических испытаний односвайных фундаментов при нагрузке на
них более 100 кПа
При высоком или низком ростверке, подошва которого опирается на сильносжимаемые грунты, и сваях, защемленных в грунте, воспринимающих сжимающую нагрузку; при любом виде ростверка и сваях длиной l > 4 м, воспринимающих выдергивающие нагрузки, при числе свай в фундаменте
21 и более
от 11 до 20
" 6 " 10
" 1 " 5
Фундамент из одиночной сваи под колонну при нагрузке на забивную сваю
квадратного сечения более 600 кН и набивную сваю более 2500 кН:
— несущая способность определена расчетом по результатам испытаний статической нагрузкой
— несущая способность определена другими способами
Значение γk
1,20
1,25
1,40
1,40(1,25)
1,55(1,40)
1,65(1,50)
1,75(1,60)
1,40
1,60
Примечание — В скобках приведены значения γk в случаях, когда несущая способность сваи
определена расчетом по результатам испытаний статической нагрузкой или по результатам статического зондирования грунтов.
Пример №7
Определить несущую способность одной сваи для грунтовых условий расчетной схемы рис.9. Свая
железобетонная, призматическая квадратного сечения 300х300мм. Глубина заложения ростверка
принята равной 1.75м. Свая заделывается в ростверк по жесткой схеме.
Рис.9 Расчетная схема определения несущей способности сваи по грунту.
Задаемся длиной сваи. Глубина заделки сваи в ростверке lз =0.5м. Глубина погружения сваи в суглинок полутвердый lh не менее 1.0. Расстояние от подошвы ростверка до кровли несущего слоя
h=3.85м
L = 0.5+1.0+3.85=5.35м.
Принимаем сваю длиной 5.5м. Марка сваи по ГОСТ 19804.1-79 С5.5-30
Несущая способность сваи по материалу Fd1 = 1000 кН
Несущую способность сваи по грунту определим с использованием табличных значений характеристик грунта п.6.2 [7].
При zR = 6.78м, IL=0.2, R= 4267 кПа;
при z1 = 2.75м, IL=0.5, f1= 19 кПа;
при z2 = 4.68м, IL=0.5, f2 = 23 кПа;
при z3 = 6.18м, IL=0.2, f3= 57 кПа;
Коэффициенты условия работы для забивных свай γс = 1.0, γсR = 1.0, γcf = 1.0.
Площадь поперечного сечения А=0,09м2 , периметр U=1.2м.
Несущая способность сваи по грунту будет равна:
Fd2 = 1.0⋅(1.0⋅0.09⋅4267 + 1.2⋅(1.0⋅19⋅2.0 + 1.0⋅23⋅1.85 + 1.0⋅57⋅1.15)=559 кН.
Таким образом, несущая способность сваи принимается равной:
Fd = 559 кН.
Задача №9. Определение несущей способности забивных свай по результатам динамического зондирования
Расчетную несущую способность забивной защемленной в грунте сваи, работающей на сжимающую нагрузку, по результатам ударного динамического зондирования (Fd), кН. следует определять по формуле
Fd =
Fu
γg
,
(9.1)
где Fu — среднее значение предельного сопротивления сваи в точке ударного динамическою зондирования, кН, определяемое по формуле 9.2;
γg — коэффициент безопасности по грунту, устанавливаемый в зависимое от изменчивости полученных частных значений предельного сопротивления сваи (Fu),определяемый по ГОСТ 20522
при значении доверительной вероятности α = 0,95. Так как в курсовой работе динамическое зондирование произведено для одной точки, γg принимаем равным 1.
Значение предельного сопротивления забивной сваи квадратного сечения со стороной (d) от 0,15
до 0,40 м в точке ударного динамическою зондирования (Fu), кН. следует определять по формуле
Fu = Rd A + R fd hU ,
(9.2)
где
Rd — среднее значение предельного сопротивления грунта под нижним концом сваи по
данным ударного динамического зондирования в рассматриваемой точке, МПа,
определяемое по формуле 9.3;
А — площадь поперечного сечения забивной сваи, м2;
R fd — среднее значение предельного сопротивления грунта на боковой поверхности
сваи по данным ударного динамического зондирования в рассматриваемой точке,
МПа, определяемое по формуле 9.4;
h — глубина погружения сваи в грунт, м;
U — периметр поперечного сечения ствола сваи, м.
Среднее значение предельного сопротивления грунта под нижним концом сваи по данным
ударного динамического зондирования в рассматриваемой точке ( Rd ), МПа, следует определять по
формуле
n
Rd =
где qdi
zi
z
∑q
di
1
z
zi
,
(9.3)
— удельное сопротивление i-го слоя грунта в пределах участка (z) под нижним концом забивной сваи, МПа, определяемое в зависимости от полученного из опыта
условного динамического сопротивления грунта (pd) по таблице 9.1 настоящего
Пособия;
— толщина i-го слоя грунта в пределах участка (г), м;
— участок, расположенный в пределах одного диаметра (d) выше и четырех диаметров (4d) ниже отметки нижнего конца проектируемой сваи, м.
Среднее значение предельного сопротивления грунта на боковой поверхности сваи по данным
ударного динамического зондирования в рассматриваемой точке ( R fd ), МПа, следует определять по
формуле
n
R fd =
где
f di
hi
h
∑f
di
hi
1
,
(9.4)
h
— среднее значение удельного сопротивления грунта i-го слоя в пределах участка
(h) на боковой поверхности сваи, МПа, определяемое в зависимости от полученного из опыта условного динамического сопротивления грунта (рd) по таблице 9.1 настоящего Пособия;
— толщина i-го слоя грунта в пределах глубины погружения на боковой поверхности сваи, м;
— глубина погружения сваи, м
Таблица 18
Удельное сопротивление грунта i-го слоя Среднее значение удельного сопротивления
под нижним концом забивной сваи (qdi), грунта i-го слоя на боковой поверхности забивной сваи ( f di ), 10-2 МПа
МПа
(рd)
МПа
для песчаных
грунтов естестдля мовенного сложения ренных
и намывных с
глинидавностью
стых
намыва более 0,5 грунтов
года
для пылевато- для песчаных грунглинистых
тов естественного
грунтов (кроме сложения и намывморенных) неных с давностью
водонасыщеннамыва более 0,5
ных
года
для моренных
глинистых
грунтов
для пылеватоглинистых
грунтов (кроме
моренных) неводонасыщенных
0,95
0,65
0,59
0,58
2,82
2,34
≤1
2
1,70
1,15
1,04
1,11
4,75
3,80
3
2,40
1,60
1,44
1,60
5,00
3,95
5
3,55
2,25
2,02
2,46
5,50
4,20
8
4,80
2,95
2,65
3,54
5,75
4,30
10
5,42
3,20
2,90
4,13
6,00
4,40
12
6,10
3,40
3,06
4,64
6,20
4,50
15
6,25
3,50
3,15
5,27
6,30
4,55
6,40
4,00
3,60
5,63
6,50
4,60
≥ 17,5
Примечания
1 Значения (qdi) и ( f di ) по таблице 9.1 следует определять для однородных слоев с изменениями (рd) не более, чем на 20%.
2. Пылеватые водонасыщенные пески по результатам динамического зондирования не нормируются.
Пример№8 Определить несущую способность забивной сваи по данным динамического зондирования (см. расчетную схему). Свая железобетонная квадратного сечения 300х300мм. Глубина
заложения ростверка 1,5м. Свая заделывается в ростверк по жесткой схеме.
Решение:
1. Определяем среднее значение предельного сопротивления грунта под нижним концом сваи
(на участке расположенного в пределах одного диаметра (d) выше и четырех диаметров (4d) ниже
отметки нижнего конца проектируемой сваи):
Под нижним концом сваи в пределах 4d=1200мм располагается два слоя грунт (ИГЭ2, ИГЭ3) с
условным динамическим сопротивлением Рd = 2,4МПа (ИГЭ2) и Рd = 3,8МПа. По таблице 9.1 для суглинков моренных по интерполяции определяем для Рd = 2,4:
q d1 = 1,3МПа
Аналогично:
q d 2 = 1,9 МПа
Тогда:
n
∑ qdi zi
1,3 ⋅ 0,8 + 1,9 ⋅ 0,7
= 1,58МПа
z
1,5
2. Определяем среднее значение предельного сопротивления грунта на боковой поверхности
Rd =
i =1
=
сваи:
n
∑ f di hi
(0,59 ⋅ 0,5 + 4,85 ⋅ 4,0) ⋅ 10 −2
= 0,044 МПа
h
4,5
3. Определяем значение предельного сопротивления забивной сваи:
F u = R d ⋅ A + R fd ⋅ h ⋅ U = 1, 58 ⋅ 0 , 09 + 0 , 044 ⋅ 4 ,5 ⋅ 1, 2 = 0 ,38 МН
4. Определяем расчетную несущую способность забивной сваи:
F
0,38
Fd = u =
= 0,38МН = 380кН
γg
1
R fd =
i =1
=
.
Рис. 10 Расчетная схема к определению несущей способности сваи
Задача №10. Расчет осадки свайного фундамента
Определение размеров условного фундамента
Расчет свайного фундамента по деформациям основания производится аналогичным образом,
как и фундамента на естественном основании с использованием метода послойного суммирования,
согласно ТКП 45-5.01-256-2007.
При этом рассматривается условный фундамент, границы которого в соответствии с рисунком 11 определяются следующими плоскостями:
а) снизу — плоскостью ВГ, проходящей через нижние концы свай;
б) с боковых сторон — вертикальными плоскостями АГ и БВ, отстоящими от наружных граней
крайних рядов вертикальных свай на h·ϕII,mt/4, но не более двух диаметров или двух меньших сторон
поперечного сечения сваи (2d), в случаях, когда под нижними концами свай залегают пылеватоглинистые грунты с показателем текучести IL > 0,6, а при наличии наклонных свай — вертикальными плоскостями, проходящими через нижние концы этих свай;
в) сверху — поверхностью планировки грунта АБ.
Угол ϕII,mt представляет собой осредненное расчетное значение угла внутреннего трения грунта, определяемое по формуле:
ϕII,mt = (∑ϕII,i hi)/∑ hi
где ϕII,i - расчетное значение угла внутреннего трения i -го слоя, прорезаемого сваей;
hi - толщина прорезаемого сваей i-го слоя.
В случае, если какой-либо из прорезаемых сваей слоев грунта является слабым границы
условного фундамента определяются в прочном слое грунта.
Рис.11 Определение размеров условного фундамента: а) – если все слои грунта прочные (ϕ≠0); б)если второй или первый и второй слабые. На схеме α=ϕ II,mt/4.
Размеры условного фундамента в плане будут равны:
lу = lр + 2⋅h tg(ϕII,mt/4)
bу = bр + 2⋅h tg(ϕII,mt/4)
где lу, bу - длина и ширина подошвы условного фундамента;
h -расчетная длина сваи.
Проверка давления под подошвой условного фундамента
Давление под подошвой условного фундамента при определении осадки методом послойного
суммирования не должно превышать расчетного сопротивления основания R, определяемого по
формуле (5.16) 45-5.01-67-2007.
При этом необходимо учитывать, что b= by, d -глубина заложения условного фундамента
(глубина погружения свай) от планировочной отметки.
Полная нагрузка на основание условного фундамента будет равна:
NII,y = NII + GII,p + GII,св + GII,гр
где NII - расчетная нагрузка по II группе предельных состояний на уровне образе фундамента.
GII,p - вес конструкции фундамента и ростверка;
GII,св - вес свай;
GII,гр - вес грунта в объеме условного фундамента.
Выполняем проверку давления под подошвой условного фундамента:
NII,y/Ay < Rу
где Ау - площадь подошвы условного фундамента;
Rу – расчетное сопротивление грунта основания по подошве условного фундамента.
Определение осадки свайного фундамента
Определение осадки свайного фундамента производится в той же последовательности, что и
фундамента на естественном основании. Расчетная схема определения осадки свайного фундамента
приведена на рис.12
Рис.12 Расчетная схема определения осадки основания под свайным фундаментом.
Если ниже подошвы условного фундамента на глубину более 4⋅bу залегают однородные грунты осадку фундамента допускается определять методом эквивалентного слоя.
В этом случае осадка определятся по формуле:
S = Avω ⋅ by ⋅ mv ⋅ po ,
где
Аvω -коэффициент эквивалентного слоя, принимаемый в зависимости от типа грунта размеров
и формы подошвы условного фундамента по табл.17 [1];
by – ширина условного фундамента;
mv –относительный коэффициент сжимаемости;
po – дополнительное давление на уровне подошвы условного фундамента.
Относительный коэффициент сжимаемости в рамках курсового проекта допускается принимать равным:
mv =
где Е – модуль общей деформации грунта,
β
E
,
1 − 2 ⋅υ 2
1−υ
ν - коэффициент бокового расширения грунта, принимаемый по табл. 17 [1].
При выполнении условия
S ≤ Su
требования II группы предельных состояний в рамках курсовой работы будут считаться выполненными.
β=
Таблица 17. Значения коэффициента эквивалентного слоя Аνω для
жестких фундаментов (по Н. А Цытовичу)
Пески
Гравий
и галька
η = l /b
Глины твердые
Суглинки пластичные
мелкие,
крупные,
пылевасредние
тые
Cуглинки
твердые
IL<0.5
Супеси
IL<0.5
IL≥0.5
IL≥0.5
Глины
пластичные
Глины
текучепластичные
При значении v
0,1
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
1
0,89
0,94
0,99
1,08
1,24
1,58
1,5
2
3
4
5
1,09
1,23
1,46
1,63
1,74
1,15
1,30
1,54
1,72
1,84
1.21
1.37
1,62
1,81
1,94
1,32
1,49
1,76
1,97
2,11
1,52
1,72
2,01
2,26
2,42
1,94
2,20
2,59
2,90
3,10
≥10
2,15
2,26
2,38
2,60
2,98
3,82
Приложение 1. Таблицы для подбора исходных данных
Таблица 1
Основные характеристики физического состояния грунта
Вариант
№
ρs
Грунтов.
ρ
3
W
Wp
Рд
WL
3
сло
воды
г/см
г/см
%
%
МПа
я
1
2
3
4
5
6
7
8
9
2,90
2,70
1,94
0,18
0,12
0,31
1
0,5
0
4,40
2,65
1,88
0,23
2
7,50
2,71
2,17
0,17
0,20
0,35
3
2,40
2,70
1,99
0,24
0,13
0,38
1
1
4,10
2,62
1,89
0,21
2
0,5
8,90
2,61
2,15
0,15
0,18
0,27
3
5,70
2,82
1,89
0,17
0,16
0,37
1
2
6,80
2,61
2,02
0,22
2
5,50
2,80
2,16
0,18
0,17
0,27
3
0,5
3,80
2,62
1,94
0,20
1
0,5
3
3,20
2,68
2,12
0,15
0,13
0,19
2
4,80
2,70
2,17
0,13
0,12
0,25
3
3,20
2,83
1,98
0,29
0,21
0,48
1
4
8,30
2,61
2,00
0,23
2
0,5
4,70
2,69
2,15
0,15
0,12
0,24
3
3,90
2,63
1,96
0,24
1
0,5
5
2,10
2,82
2,05
0,21
0,18
0,28
2
7,80
2,81
1,98
0,14
0,15
0,22
3
6,50
2,62
1,92
0,29
1
0,5
6
2,40
2,83
1,95
0,24
0,15
0,35
2
4,20
2,70
2,14
0,18
0,18
0,30
3
3,10
2,74
1,96
0,22
0,19
0,42
1
7
5,80
2,55
1,96
0,21
2
0,5
6,20
2,73
2,12
0,15
0,13
0,19
3
6,60
2,66
1,88
0,20
1
0,5
8
5,50
2,75
1,97
0,21
0,14
0,33
2
2,80
2,80
2,16
0,18
0,13
0,25
3
6,10
2,76
1,85
0,13
0,14
0,37
1
9
5,20
2,61
1,95
0,23
2
0,5
8,60
2,75
2,08
0,17
0,13
0,25
3
Примечание: отметка грунтовых вод показывает расстояние от уровня верхней границы проектной скважины. Уровень грунтовых вод считается постоянным.
Грансостав песчаных грунтов
Вариант
>10
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
6,0
0,00
4,40
8,60
0,0
1,00
0,00
0,00
3,20
0,30
10.05.0
7,5
0,68
2,10
7,30
0,0
4,60
1,60
0,30
5,40
0,20
Таблица 2
Содержание фракций (%), диаметром (мм).
5.0-2.0
2.0-1.0
1.0-0.5
0.50.250.25
0.10
10,0
10,5
18,5
15,0
21,0
2,36
7,92
20,22
45,70
16,22
3,30
6,00
6,80
19,60
41,60
8,50
11,00
15,60
20,40
18,40
3,5
6,0
8,3
38,3
25,6
5,80
4,20
36,23
16,80
21,07
3,80
4,40
4,60
19,23
53,57
2,30
4,40
18,30
42,40
20,50
14,30
19,44
23,73
13,50
10,13
0,40
0,50
0,50
19,30
68,90
<0.10
11,5
6,90
16,20
10,20
18,3
10,30
12,80
11,80
10,30
9,90
Таблица 3
Мощность слоя по скважинам
№
слоя
Мощность слоя по скважинам,
м
Вариант
№
слоя
Мощность слоя по скважинам,
м
Вариант
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
0
1
2
3
4
1
2
3
2,5
3,5
3,5
3,5
3,0
4,0
2,0
2,5
6,0
3,5
2,5
4,0
1,5
4,5
3,5
2,0
3,0
4,0
4,0
3,5
3,5
3,5
3,0
3,5
4,5
1,5
3,0
2,0
5,0
3,5
1,5
3,5
4,5
3,5
5,0
4,0
3,0
3,0
4,0
3,5
2,0
3,5
1,5
4,0
4,0
Таблица 4
Расстояние между скважинами
№ варианта
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Расстояние между скважинами,
м
12
14
17
22
18
21
14
25
24
23
5
6
7
8
9
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
2,0
4,0
3,0
4,5
3,5
2,0
4,0
2,0
3,0
1,0
5,0
4,0
3,0
4,0
2,0
2,5
5,5
2,0
5,0
3,5
2,5
3,5
1,5
4,5
1,5
4,5
4,0
3,5
3,5
3,5
3,5
5,0
2,0
4,0
4,0
3,5
4,0
2,5
4,0
4,0
3,0
3,0
5,0
4,0
3,0
Таблица 5
Отметки устья скважин
№ варианта
Скв.1
Скв.2
Скв.3
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
178.23
134.56
121.45
142.65
115.76
223.54
156.99
122.14
144.12
125.56
177.45
135.12
120.12
143.90
116.42
222.12
156.02
122.89
143.34
126.16
177.18
134.98
120.98
143.02
116.23
222.99
155.26
123.76
144.78
125.96
Таблица 6
Характеристики проектируемого здания
№ варианта
Размеры здания
(длина х ширина
х высота),м
Тип колонны
Размеры
колонны,
мм
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
66х24х18
72х36х18
72х18х12
60х12х12
60х24х14,4
54х24х16,8
48х18х12
60х18х9,6
48х24х13,2
60х36х9,6
1-ветв.
2-ветв.
1-ветв.
2-ветв.
1-ветв.
2-ветв.
1-ветв.
2-ветв.
1-ветв.
2-ветв.
500х400
1400х500
600х400
1900х500
800х400
1400х500
800х500
1900х500
900х500
1400х500
Таблица 8
Расчетные нагрузки
№ варианта
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
NI,кН
1100
2200
3300
4400
1400
2500
3600
4700
1800
3000
NII,кН
1000
2000
3000
4000
1300
2300
3300
4300
1700
2700
MI,кНм
220
330
250
170
180
370
280
190
360
200
MII,кНм
200
300
230
160
170
340
260
180
350
180
Таблица 7
Варианты районов строительства зданий
№ вариан- Район строительта
ства
0
Минск
1
Полоцк
2
Киев
3
Санкт-Петербург
4
Кострома
5
Сыктывкар
6
Уфа
7
Псков
8
Москва
9
Ульяновск
Приложение 2. Условные обозначения при оформлении инженерно-геологического разреза