Прогноз фильтрационной консолидации водонасыщенных оснований фундаментов

Расчет осадки ведется в табличной форме.

Задаемся степенью консолидации

, (34)

где S_n – полная величина осадки, полученная по методу суммирования или по методу эквивалентного слоя;

S_t - осадка фундамента за любой промежуток времени.

Зная заданные величины U (от 0 до 10), определяем значение N по

табл. 9.

Таблица 9

Значение коэффициента N

U	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	0,95
Для слу-чаев		0,02 0,12 0,005	0,08 0,25 0,02	0,17 0,39 0,06	0,31 0,55 0,13	0,49 0,73 0,24	0,71 0,95 0,42	1,00 1,24 0,69	1,40 1,64 1,08	2,09 2,35 1,77	2,80 3,17 2,54

Зная для каждого значения N и соответствующего U определяем

время Т:

, (35)

где Н – мощность сжимаемого слоя грунта (высота треугольной эпюры), м;

с_v – коэффициент консолидации

, (36)

где m_vt - средний относительный коэффициент сжимаемости грунтов в пределах всей толщи, определяемый по формуле (35);

γ_w – удельный вес воды;

k_ф – коэффициент фильтрации, принимаемый по табл. 10.

Таблица 10

Значение коэффициента фильтрации k_ф

Вид грунта	Песок	Супесь	Суглинок	Глина
kф, см/с

Примечание. любое число от 1 до 9.

Учитывая, что водопроницаемость грунтов с глубиной уменьшается, расчет ведем по схеме с направлением фильтрации вверх.

Средний коэффициент фильтрации для всей сжимаемой толщи:

. (37)

4 .Курсовое проектирование включает следующие этапы:

1. Оценка инженерно - геологических условий и свойств грунтов с определением расчетного сопротивления грунтов основания.

2. Оценка характера нагрузок и конструктивных особенностей здания, сооружения.

3. Разработка вариантов для наиболее нагруженного и чаще встречаемого фундамента. При разработке:

а) предложить и обосновать не менее трёх вариантов устройства оснований и фундаментов;

б) рассчитать один наиболее нагруженный и типичный фундамент здания в двух вариантах (фундамент на естественном основании и свайный фундамент).

4. Расчет по выбранному варианту фундаментов, помеченных номерами на плане здания. На данной стадии проектирования расчёты фундаментов производятся на все виды действующих нагрузок (см. рис. 2.1.).

5. Расчет относительных осадок и сравнение их с предельными величинами осадок по СНиП.

6. Разработка гидроизоляции.

7. Краткие указания по производству работ и рекомендуемые меры по сохранению грунта в основании. Выполнение пояснительной записки и чертежа фундаментов здания.

Пример расчета центрально-сжатого фундамента

Оценить инженерно-геологические условия строительной площадки, данные о грунтах приведены в табл.11:

№	Пределы пластичности, ٪	При род ная влаж-ность, ٪	Плотность грунта, г/см3	Удельное сцеп- ление, расчетное,   С (а=0,85) кПа	Угол внут рен-него тре ния, φ º	Коэф-фициент фильтра- ции, м/сут	Сте пень сжи мае мос ти, МПа-1	Отметка подошвы слоя, м	Геологи-ческий индекс
WL Верх ний	Wp Ниж ний	W	ρs	ρ	ρd
	насыпной	-	1,5	-	-	-	-	-	-0,380
	27,9	14,3	15,2	2,71	2,07	1,79				0,12	-1,480
	47,1	31,4	28,7	2,73	1,73	1,34				0,095	-5,280
	28,3	15,4	23,3	2,68	1,81	1,46				0,085	-5,880WL -6,480
	47,8	39,8	38,4	2,68	1,79	1,30				0,14

Таблица 11

Для заданного варианта грунтовых условий производим оценку характеристик слоев грунта с целью использования его в качестве естественного основания.

Определение типа и наименования пылевато-глинистых грунтов производим по числу пластичности и показателю (индексу) текучести :

; .

Коэффициент пористости определяется по формуле: .

Степень влажности определяется: ,

где плотность воды, .

После оценки свойств грунтов основания определяем значение условного расчетного сопротивления грунта методом интерполяции.

Второй слой.

суглинок

полутвердый

е
0,5
0,51	297,5	293,93	246,5
0,7

Третий слой.

суглинок

твердый

Четвертый слой.

суглинок

мягкопластичный

е
0,7
0,83	228,3	177,67	145,3

Пятый слой.

глина

твердая

е
0,8
1,07
1,1

Вывод:

Грунты имеют слоистое напластование с выдержанным залеганием грунтов.

В качестве основания для фундаментов мелкого заложения наиболее благоприятным является второй слой – суглинок твердый, и .

Результаты расчета сводим в таблицу

№ пп	Число пластич- ности I P	Показатель текучести   I L	Коэф-фициент пористости е	Степень влажности   Sr	Модуль деформации Е, МПа	Наименование грунта	Расчетное сопротивление Ro, кПа
	0,136	0,07	0,51	0,81	29,8	Суглинки полутвердые, пылеватые тяжелые	293,93
	0,157	≤0	1,03	0,76		Суглинки твердые, тяжелые
	0,129	0,61	0,83	0,75	8,8	Суглинки мягкопластичные, тяжелые и легкие	177,67
	0,38	≤0	1,07	0,96		Глины тяжелые, полутвердые и твердые

Определение глубины заложения фундамента

По СНиП 2.01.01-82 «Строительная Климатология и геофизика» для г.Ульяновск определяем :

.

Нормативна глубина промерзания:

.

Расчетная глубина промерзания для здания с подвалом:

.

Расчетная глубина промерзания для здания без подвала:

.

Определение размеров фундамента в плане

Определить необходимые размеры подошвы отдельно стоящего фундамента под колонну 0,4х0,4м при условии, что расчетная нагрузка по II группе предельных состояний, приложенная к обрезу фундамента, .

В первом приближении находим предварительную площадь подошвы:

,

предварительная ширина подошвы .

Найдем расчетное сопротивление грунтов основания по формуле:

,

где и коэффициенты условий работы, , при отношении ;

коэффициент, принимаемый , т.к. в характеристики прочности грунта определены опытным путем;

- угол внутреннего трения;

коэффициенты, принимаемые в зависимости от угла внутреннего трения;

коэффициент, принимаемый равным 1;

;

то же для грунтов, залегающих выше подошвы.

Насыпной грунт не учитываем, т.к. его срезаем, а на его место насыпаем песок.

.

глубина заложения фундамента.

глубина пола подвала, принимаемая в зависимости от ширины подвала, ;

расчетная величина удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента.

.

При новом расчетном сопротивлении грунтов основания найдем площадь подошвы:

,

, тогда .

Подбираем монолитный железобетонный фундамент под сборные колонны: ФА 43-48, объем со сторонами .

Для b=1,8м определим:

.

Находим вес фундамента согласно принятым размерам:

- удельный вес бетона.

.

Определяем расчетный вес грунта над уступами фундамента:

.

Сравним среднее давление по подошве фундамента с расчетным сопротивлением грунта:

,

проверяем полученную площадь подошвы фундамента: ;

.

Определяем разницу между значениями :

, следовательно, размеры подошвы подобраны правильно, окончательно принимаем фундамент ФА 43-48 двухступенчатый высотой с размерами подошвы в плане и размерами второй ступени в плане .

Расчет осадки фундамента методом послойного суммирования

Определяем природное и дополнительное напряжения в основании под подошвой фундамента:

,

.

Удельный вес взвешенного в воде грунта:

Четвертый слой – это глина, она служит водоупором, воспринимающим давление воды сверху, равным: на отметке -5,880.

Коэффициент определяем при значении параметра .

Основание разбиваем на элементарные слои .

№	h, м	z, м			, кПа	, кПа	, кПа
	1.93	0.00	0.0	1.000	238.21	30,99	6.20
	2.29	0.36	0.4	0.974	232.02	30,99+0,36·17,3=37,22	7.44
	2.65	0.72	0.8	0.859	204.62	37,22+0,36·17,3=43,45	8.69
	3.01	1.08	1.2	0.703	167.46	43,45+0,36·17,3=49,67	9.93
	3.37	1.44	1.6	0.558	132.92	49,67+0,36·17,3=55,9	11.18
	3.73	1.80	2.0	0.441	105.05	55,9+0,36·17,3=62,13	12.43
	4.09	2.16	2.4	0.352	83.85	62,13+0,36·17,3=68,36	13.67
	4.45	2.52	2.8	0.284	67.65	68,36+0,36·17,3=74,59	14.92
	4.81	2.88	3.2	0.232	55.26	74,59+0,36·17,3=80,81	16.16
	5.17	3.24	3.6	0.192	45.74	80,81+0,36·17,3=87,04	17.41
	5.53	3.60	4.0	0.161	38.35	87,04+0,11·17,3+0,25·18,1=93,47	18.69
	5.89	3.96	4.4	0.137	32.63	93,47+0,35·18,1+0,01·9,18=99,9	19.98
	6.25	4.32	4.8	0.118	28.11	99,9+0,36·9,18=103,2	20.64
	6.61	4.68	5.2	0.102	24.30	103,2+0,23·9,18=105,31 105,31+6=111,31 111,31+0,13·17,9=113,64	22.73
	6.97	5.04	5.6	0.089	21.20	113,64+0,36·17,9=120,08	24.02

Полученные значения ординат эпюры наносим на геологический разрез. В точке пересечения эпюры дополнительных давлений со вспомогательной эпюрой находим границу сжимаемой толщи: Н_с=4,96м.

Полная осадка фундамента: ,

.

Предельное значение осадки для проектируемого здания 8 см, что удовлетворяет условию т.е. 3,6см ≤ 8 см.

Расчет осадки фундамента методом эквивалентного слоя Н.А. Цытовича

Найдем коэффициент относительной сжимаемости :

,

где - степень сжимаемости;

; ; ;

; ; .

При и по таблице найдем .

- мощность эквивалентного слоя.

- сжимаемая толща.

Строим треугольную эпюру и определяем соответствующие значения и .

;

;

.

Определяем величину среднего коэффициента относительной сжимаемости:

.

Найдем осадку:

.

Условие т.е. 3,3см ≤ 8 см соблюдается.

Расчет затухания осадки во времени

Высота треугольной эпюры . Полная величина осадки .

Средний коэффициент фильтрации для всей сжимаемой толщи:

;

;

;

.

U	N	, год	, см
0,2	0,02	0,04	0,66
0,4	0,13	0,25	1,32
0,6	0,42	0,8	1,98
0,8	1,08	2,06	2,64
0,95	2,54	4,85	3,14

Задания на курсовой поект

6.1 Расчетные характеристики физико-механических

свойств грунтов

(номера грунтов нанесены на геологических разрезах)

Таблица 12 Номер грунта Наименование грунта Для расчета по деформациям Удельный вес тв. частиц грунта ᵧs, кН/м3 Влажность, W Модуль деформации Е, мПа Влажность на границе текучести Влажность на границе раскатывания юр Коэффициент фильтрации Кф Степень сжимаемости, m0 Удельный вес грунта ᵧ, кН/м3 Угол внутреннего трения φ , град Удельное сцепление с, кПа Глина 18,2 26,9 0,39 7,5 0,50 0,28 3,1х10-8 0,13 - 18,2 27,1 0,40 3,5 0,46 0,31 2,1х10-8 0,14 - 18,1 26,9 0,39 7,4 0,46 0,20 2,2х10-8 0,07 Сугли­ нок 21,5 26,5 0,15 0,24 0,11 2,3х10-6 0,1 - 19,0 26,6 0,31 0,41 0,27 4,3х10-7 0,12 - 18,2 26,7 0,31 0,39 0,26 2,7х10-7 0,085 - 18,5 26,8 0,31 0,36 0,24 2,5х10-7 0,18 - 18,0 26,8 0,32 0,37 0,23 2,6х10-7 0,095

	-	17,8			26,9	0,41		0,45	0,27	1,0х10-7	0,07
	Супесь	20,5			26,6	0,18		0,21	0,15	2,7х10-5	0,13
	-	19,2			26,5	0,30		0,33	0,31	2,1х10-5	0,06
	-	18,3			26,4	0,35		0,37	-	1,9х10-5	0,05
	Песок средней крупное ти	19,2		-	26,5	0,18		-	-	3,5х10-2	0,03
	20,1		-	26,4	0,22		-	-	2,6х10-2	0,03
	Песок пылева тый	19,0		-	26,5	0,25		-	-	8,1х10-4	0,02
	19,0		-	26,8	0,26		-	-	2,2х10-4	0,03
	Глина	20,0			27,2	0,29		0,58	0,30	3х10-10	0,19
	-	19,5			27,1	0,30		0,56	0,28	2х10-8	0,09

6.2 Схемы зданий для расчета фундаментов