Определение глубины заложения подошвы фундамента

Глубина заложения подошвы фундамента (рис. 3.1, 3.2) должна приниматься с учетом следующих факторов:

– назначения и конструктивных особенностей проектируемого сооружения, нагрузок и воздействий на его фундаменты;

– глубины заложения фундаментов примыкающих сооружений, а также глубины прокладки инженерных коммуникаций;

– существующего и проектируемого рельефа застраиваемой территории;

– инженерно-геологических условий площадки строительства (физико-меха­ни­ческих свойств грунтов, характера напластований, наличия слоев, склонных к скольжению, карманов выветривания, карстовых полостей и др.);

– гидрогеологических условий площадки и возможных их изменений в процессе строительства и эксплуатации;

– возможного размыва грунта у опор сооружений, возводимых в руслах рек (мостов, переходов, трубопроводов и др.);

– глубины сезонного промерзания грунта.

Конструктивными особенностями возводимых сооружений являются:

· величина и характер нагрузок, передаваемых на фундаменты;

· наличие подземных этажей, подвалов, подполий, приямков и других устройств, заглубленных в грунт;

· характер конструкций, через которые нагрузка передается на фундаменты (колонна каркаса, инженерные болты, несущие стены, распорные конструкции);

· чувствительность надземных конструкций к возможному развитию неравномерных осадок.

Нагрузки, передаваемые надземными конструкциями на фундаменты, определяют их размеры в плане и ожидаемые осадки фундаментов при данном напластовании грунтов [14].

ПЗ 08.03.01 4С2

11

Лист

Дата

Подп.

№ докум.

Лист

Изм

По инженерно-геологическим условиям глубина заложения фундаментов назначается в зависимости от строения толщи основания. В многослойной толще при согласном напластовании грунтов фундамент закладывается на опорный слой, имеющий высокие прочностные (c, φ) и деформационные (Е) характеристики. В однородной толще оснований глубина заложения фундаментов назначается конструктивно, но не более 5–6 м и не менее 0,5 м. Кроме напластования грунтов, учитывают и режим подземных вод – гидрогеологические условия площадки строительства. Заглубление подошвы ниже уровня подземных вод (У.П.В.) вызывает удорожание строительства и нарушение природной структуры грунта несущего слоя гидростатическим и гидродинамическим давлением подземной воды. Поэтому желательно располагать подошву фундаментов выше уровня подземных вод во время закладки фундаментов или принимать минимальное их заглубление ниже указанного уровня.

Положение уровня подземных вод существенно сказывается также на пучении грунтов при их промерзании, что учитывается нормами [16].

При закладке фундаментов в обводненных грунтах необходимо заранее разработать проект водопонижения на период строительства [13].

ПЗ 08.03.01 4С2

12

Лист

Дата

Подп.

№ докум.

Лист

Изм

Основными климатическими факторами, влияющими на глубину заложения фундаментов, являются промерзание-оттаивание грунтов и высыхание – увлажнение верхних слоев грунта. Известно, что при промерзании некоторых грунтов наблюдается их морозное пучение – увеличение в объеме, поэтому в таких грунтах нельзя закладывать фундаменты выше глубины промерзания.

Нормы проектирования [16] рекомендуют расчетную глубину заложения фундаментов наружных стен и колонн принимать в зависимости от положения У.П.В. и показателя текучести пылевато-глинистых грунтов.

Определим глубину заложения фундамента для двух сечений:

· по условиям промерзания:

где – нормативная глубина промерзания; – коэффициент, учитывающий влияние теплового режима здания на глубину промерзания грунта у фундаментов стен, принимается по [16, табл. 1] или по табл. 3.2.

=1,60 м

=0,6

=0,96 м

· по инженерно-геологическим условиям: d₂=h₁+0,5

d₂=0,4+0,5=0,9 м

· по конструктивным особенностям:

d₃=h_p+h_pp+h_pod

где - это высота подвала,

h_pp – это высота пола подвала,

h_pod – высота подушки

d₃=2,8+0,1,+0,3=3,2 м

Рисунок 3.1. Глубина заложения фундамента

Предварительно за минимальную глубину заложения фундамента принимаем максимальное значение d=3,2 м

ПЗ 08.03.01 4С2

13

Лист

Дата

Подп.

№ докум.

Лист

Изм

3.2. Определение размеров подошвы фундамента

В большинстве случаев расчет фундаментов мелкого заложения выполняется по второй группе предельных состояний. При этом используется расчетная схема основания в виде линейно-деформируемой среды. Ее применение считается допустимым при развитии зон пластических деформаций грунтов в основании на глубину не более b/4, где b – ширина подошвы фундамента. Для выполнения этого условия среднее давление под подошвой P не должно превышать расчетного сопротивления грунта основания R, определяемого по СНиП [16, формула (3.7)] или по формуле (3.7) данного пособия.

Форма и размеры фундамента в плоскости обреза определяются размерами толщины стены. Форма подошвы ленточных и столбчатых фундаментов, как правило, прямоугольная в плане. Вычерчивается расчетная схема действия нагрузок на фундамент.

Площадь подошвы нагруженного фундамента в первом приближении определяется из по формуле

,

где N_0II – расчетная нагрузка, приложенная к обрезу фундамента, кН;

ПЗ 08.03.01 4С2

14

Лист

Дата

Подп.

№ докум.

Лист

Изм

R₀ – расчетное сопротивление грунта основания, кПа (табл. 2.2);

γ_ср – средний удельный вес грунта и материала фундамента, кН/м³, принимаемый равным 20 кН/м³, а при наличии подвала – 16 кН/м³;

d_l – глубина заложения фундамента от планировочной отметки, м.

Определим размеры подошвы фундамента двух сечений.

Сечение I: N_0II =260 kH

γ_ср =17.75 кН/м

d_l =3.2 м

R₀ = 295

A1= = 1,09

b = 2800 мм

Сечение II: N_0II =330 kH

γ_ср =17.75 кН/м

d_l =3.2 м

R₀ = 295

A2= = 1,39

b = 2800 мм

3.3. Определение расчетного сопротивления грунта основания

По полученной в подразд. 3.2 величине b и глубине заложения d_l,

определяем расчетное сопротивление грунта основания R, кПа,

,

где γ_C1 и γ_C2 – коэффициенты условий работы;

ПЗ 08.03.01 4С2

15

Лист

Дата

Подп.

№ докум.

Лист

Изм

k – коэффициент, принимаемый k = 1, если прочностные характеристики грунта (φ и с) определены непосредственными испытаниями, и k = 1,1;

M, M_q, M_c – коэффициенты;

k_z – коэффициент, принимаемый k_z = 1 при b < 10 м, k_z = Z₀/b+0,2 при b ≥ 10 м (Z₀ = 8 м);

b – ширина подошвы фундамента, м;

γ_II – осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), кН/м;

– то же, залегающих выше подошвы;

с_II – расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа;

d₁ – глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки или приведенная глубина заложения наружных или внутренних фундаментов от пола подвала.

R₁=(1,25·1,1)/(1,1)[0,78·1·2,8·19,63+4,11·3,2*18,3+(4,11-1)·3,2·18,3+6,67·31,87]=847,81 кПа

R₂ = R1 = 847,81 кПа

3.4. Уточнение размеров фундамента и расчетного сопротивления грунта

Исходя из полученных сопротивлений грунта пересчитаем площадь фундамента:

А₁ = = 0,33 м²

А₂ = = 0,42 м²

3.5. Конструирование фундамента

В данном проекте рассматриваются ленточные, плитные и столбчатые фундаменты зданий и сооружений из сборного бетона и железобетона, а при проектировании фундаментов под колонны предусматривается монолитный железобетон.

При конструировании фундаментов необходимо соблюдать следующие требования: правильно подбирать блоки, без излишнего запаса площади фундамента; число бетонных блоков по высоте фундаментной стены необходимо принимать с таким расчетом, чтобы обрез фундамента был выше отметки планировки на
200–300 мм; длина консолей фундаментных плит (подушек) после монтажа фундаментной стены не должна превышать допустимую величину; толщину стен фундаментов разрешается принимать меньше (не менее 300 мм) толщины стен здания с величиной свеса не более 150 мм; при раскладке стеновых (фундаментных) блоков по длине стены необходимо следить за их перевязкой по высоте стены, по углам, в пересечениях и примыканиях стен здания (см. рис. 3.7); переходы отметки заложения одной подошвы фундамента к другой осуществляются уступами – высота ступеней 30–60 см, их длина равна длине нижнего блока; разность отметок подошв рядом расположенных фундаментов не должна превышать величину ∆h

ПЗ 08.03.01 4С2

16

Лист

Дата

Подп.

№ докум.

Лист

Изм

Конструирование фундамента производится с учета найденных размеров фундамента b и стандартных размеров типовых фундаментных блоках и подошв. Схема конструирования для первого и второго сечений представлена на рисунке 3.2

Рис. 3.2 Схема конструирования фундамента для двух сечений

ПЗ 08.03.01 4С2

17

Лист

Дата

Подп.

№ докум.

Лист

Изм

3.6. Проверка давлений под подошвой фундамента
с уточнением расчетного сопротивления грунта основания

После завершения конструирования фундамента по предварительным размерам его подошвы для определения фактического давления на основание, кроме заданных N_II и M_II, необходимо учесть: вес фундамента N_фII и грунта N_грII, лежащего на ступеньках фундамента; изгибающий момент от бокового давления грунта (для стены подвала) M_3II обратной засыпки пазух фундамента и пригрузки q₃, расположенной около стены подвала (рис. 3.13) и изгибающий момент от грунта, расположенного на консолях фундамента M_грII.

Для центрально-нагруженного фундамента должно соблюдать условие

,

где P_ср – среднее давление по подошве фундамента, кПа,

,

где ,

N_оII – внешняя расчетная нагрузка, действующая на обрез фундамента, кН; N_фII – расчетная нагрузка от веса фундамента, кН;

N_грII – расчетная нагрузка от веса грунта, пола над уступами фундамента, кН.

P_ср1 = кПа

P_ср2 = кПа

Условия выполняются, разница для I сечения 0,54 %, разница для второго сечения 0,54 %

К дальнейшему проектированию принимаем b =3,2 м с недогрузом 0.54 %

Краевое давление определяется по формуле

или

,

где M_II – суммарный момент от основного сочетания расчетных нагрузок, кНм.

ПЗ 08.03.01 4С2

18

Лист

Дата

Подп.

№ докум.

Лист

Изм

При расчете внецентренно нагруженного фундамента методом последовательного приближения добиваются удовлетворения следующих условий:

· для среднего давления по подошве P_ср < R,

· для максимального краевого давления Р_max ≤ 1,2 R,

· для минимального краевого давления P_min ≥ 0.