Расчет осадки фундамента

(по 2-й группе предельных состояний — по деформации)

Нормативная вертикальная нагрузка от собственного веса опоры по обрезу фундамента Р₀=5,6 мН. Расчетный пролет для примыкающих к опоре пролетных строений l_p =44 м, нормативная вертикальная нагрузка на опору от пролетных строений P_n=1,49 МН, глубина водотока h_w=1,8 м, возможная глубина размыва грунта h_p= 0,5 м.

Последовательность определения осадки фундамента:

1) Вычерчиванием геологический разрез в масштабе с указанием положения фундамента (рис. 1). Границы слоев грунта отмечены штриховкой.

2) Определяем полную вертикальную расчетную нагрузку N по подошве фундамента. Нагрузка по обрезу фундамента N=P_n+P₀=1,49 +5,6 = 7,09 МН.

Поскольку фундамент врезан в водопроницаемый грунт, учитывается взвешивающее действие воды на фундамент. Тогда при удельном весе материала фундамента (бетон) во взвешенном состоянии γ_sbф= γ_b - γ_w =24-10=14 кН/м³ , то

Р_ф =14(1×3,8×10,4×1,5×5,4×10,4 + 2×7×10,4)= 4440,8 кН.

Так как фундамент в водопроницаемом и водонасыщенном грунте, то вода не будет оказывать давление на уступы фундамента Р_в=0.

Давление суглинка на нижние уступы фундамента определяется с учетом взвешивающего действия воды:

γ_sb=(27-10)/(1+0,74) = 9,77 кН/м³

Р_СГ = 1,1×10,0×0,8×10,4×1,6 = 146,43 кН.

Давление глины на нижние уступы фундамента определяется с учетом взвешивающего действия воды:

γ_sb=(27-10)/(1+0,71) = 10 кН/м3

Р_Г = 10×0,8×10,4×1,4 = 116,48 кН.

Полная вертикальная расчетная нагрузка по подошве фундамента:

N_II = N + Р_ср + Р_СГ + Р_Г

N_II = 7000 + 4440,8+ 146,43+ 116,48 = 11703,71 кН = 11,7МН.

Среднее давление под подошвой фундамента:

Р =N_II/A= 11,7/73,63= 0,15 М Па.

3) Слева от оси фундамента строится в масштабе эпюра вертикального напряжения от собственного веса грунта σ_zq. Она начинается на уровне дна водотока

(без учета размыва). Таким образом напряжение на кровле слоя суглинка равна нулю, а на уровне ее подошвы:

суглинок σ’_zсq =1,6× 20,1=32,16кПа = 0,032 МПа.

глина σ’_zгq =1,4 ×20,8=29,12 кПа = 0,029 МПа.

σ_zq = σ’_zсq + σ’_zгq = 61,26 кПа = 0,061 МПа.

Напряжение на уровне подошвы фундамента:

σ_Zq0 = σ + γ×d-M (3-20)

Где σ_Zq вертикальное положение от собственного веса грунта на уровне i - l

σ_Zq0 =32,16+20,8×2,1 =75,84 кПа = 0,075 МПа.

σ_Zq= .

Эпюра σ_zq имеет вид ломанной прямой с точками перегиба в местах изменения

удельного веса, следует строить до глубины (3-4) b от подошвы фундамента (где b - ширина фундамента).

4) Строится вспомогательная эпюра 0,2 σ_zq. Эпюра 0,2 σ_zq подобна эпюре σ_zq но ординаты ее в 5 раз меньше. Построение данной эпюры необходимо для определения размеров сжимаемой толщи Нc.

5) Строится эпюра σ_Р дополнительных вертикальных напряжений в основании под подошвой фундамента. Для этого основание ниже подошвы фундамента разбивается на элементарные слои толщиной не более 0,4b (в нашем случае 0,4 × 7 ≈ 2,8 м). Слои могут быть различны по толщине, но их границы не должны выходить за пределы геологического слоя, то есть в пределах элементарного слоя грунт должен быть однородным.

Дополнительное вертикальное давление на основание в уровне подошвы фундамента:

σ_ZР0 =P- σ_Zq0 = 0,32 – 0,075 = 0,25МПа (3.21)

` Дополнительные вертикальные напряжения на границах элементарных слоев находящихся на некоторых глубинах z от подошвы фундамента, определяется по формуле: σ_ZР = α× σ_ZР0 (3.22),

где,

α - коэффициент, принимаемый по табл. 3-4 в зависимости от формы подошвы соотношение сторон прямоугольного фундамента η =1/b и относительной глубины, равной ξ =2 z/b.

η =10,4/7=1,48; значения η и ξ. приведены в табл. 3-1

6) Определяется нижняя граница сжимаемой толщи (В. С). Она принимается на уровне подошвы слоя, в котором произошло пересечение эпюры 0,2σ_zq с эпюрой σ_zq. По масштабу принимаем сжимаемую точку Нс (расстояние от подошвы фундамента до В. С). Нс =

7) Находим средние значение дополнительных вертикальных нормальных напряжений в элементарных слоях. Они определяются как средние арифметическое значение дополнительных напряжений на кровле элементарных слоев.

1 слой.

2 слой.

3 слой.

4 слой.

5 слой.

8) Осадку каждого слоя основания определяем по формуле:

(3,23), где

β - безразмерный коэффициент грунта равный 0,8

σ_zpi - среднее дополнительное вертикальное напряжение i - ом слое грунта, равное полу сумме указанных напряжений на верхней и нижней границах слоя толщиной h_i.

Ei - модуль деформации i-ro слоя грунта, МПа.

Таким образом, подставляя необходимые данные в формулу (3.23) каждого слоя осн S₁ =0,8×0,24×2/28 = 0,013 м;

ования определим его осадку по слоям.

S₃ =0,8×0,15×2/ 28 = 0,008 м;

S₂ = 0,8 ×0,20× 2/28=0,011 м;

S4 =0,8× 0,10×2/28 = 0,005 м;

S5 =0,8× 0,07× 2/28 = 0,004 м;

S6=0,8×0,05×2/28=0,002

9 Осадку основания фундамента получим путем суммирования величин осадки каждого слоя.

Предельно допустимые осадки сооружения выполняются по формуле:

S_u=1.5√l_p=1.5×√44 = 9,95 (3.24), где;

l_p - длина меньшего прилегающего около строения пролета l_p = 44 м

Найденная осадка фундамента не должна превышать предельно допустимые

осадки. В данном случае:

4,3 < 9,95 см, т.е. условие выполнено.

Таблица № 2

Номер Расчетного слоя
Глубина подошвы расчетного слоя от подошвы фундамента zi, m
Толщина cлоя hi, m
Коэффициент ξ = 2z/b	0,56	1,1	1,7	2,25	2,8	3,38
Коэффициент αi	0,94	0,723	0,503	0,37	0,26	0,19
Дополнительное давление σzp на глубине zi, kПa	0,23	0,18	0,12	0,09	0,06	0,04
Среднее дополнительное давление в слое σzp iср, кПа	0,24	0,20	0,15	0,10	0,07	0,05
Модуль деформации грунта Еi, МПа