Проектирование оснований и фундаментов мелкого заложения для зданий

Выходные данные

Проектирование оснований и фундаментов мелкого заложения для зданий: методические указания / сост. А.И. Полищук, В.С. Угринский. – Томск: Изд-во Том. гос. архит.-строит. ун-та, 2010. – 36 с.

Рецензент: ст. преп. Е.Ю. Пчелинцева. Редактор: Е.Ю. Глотова.

Методические указания разработаны к курсовому проекту по дисциплине «Основания и фундаменты» для студентов специальности 270102 «Промышленное и гражданское строительство» и курсовой работе специальности 270115 «Экспертиза и управление недвижимостью» очной и заочной форм обучения.

Печатаются по решению методического семинара кафедры оснований, фундаментов и испытаний сооружений № 2 от 15.11.2009. Утверждены и введены в действие проректором по учебной работе В.В. Дзюбо с 11.01.10 по 11.01.15.

Оглавление

1. Оценка инженерно-геологических условий строительной площадки — 4
2. Проектирование фундаментов мелкого заложения для зданий (расчет оснований по деформациям) — 13
   • 2.1. Назначение глубины заложения фундаментов — 13
   • 2.2. Определение размеров подошвы фундаментов — 17
   • 2.3. Проверка прочности подстилающего слоя — 25
   • 2.4. Определение конечных осадок фундаментов — 29
   • 2.5. Расчет фундаментов по первой группе предельных состояний — 34
3. Список рекомендуемой литературы — 34
   • 2.6. Основная литература — 34
   • 2.7. Дополнительная литература — 35

Введение

В настоящих указаниях на примерах показаны основные этапы проектирования фундаментов мелкого заложения для промышленных и гражданских зданий. Основное внимание уделено расчетам оснований фундаментов по деформациям (назначение глубины заложения, определение размеров подошвы фундаментов, конечных осадок и др.). Вопросы расчета устойчивости оснований и прочности конструкций фундаментов не рассматриваются. Для лучшего усвоения материала перед каждым примером даны краткие пояснения к расчетам, а также указаны источники, где можно более подробно с ними ознакомиться.

При подготовке указаний использована Международная система единиц (СИ). В скобках указаны расчетные величины в единицах технической системы (СГС). Основные соотношения между некоторыми единицами физических величин и единицами СИ приведены в приложении.

Задания к курсовому проекту для студентов специальности 270102 «Промышленное и гражданское строительство» всех форм обучения выполнены в методическом указании «Фундаменты промышленного здания» / Составители А.А. Лобанов, С.В. Батищева. Задания для студентов специальности 270115 «Экспертиза и управление недвижимостью» всех форм обучения к курсовому проекту выдаются преподавателем. Порядок выполнения и защиты проекта указан в задании, которое выдается преподавателем.

1. Оценка инженерно-геологических условий строительной площадки

Оценка инженерно-геологических условий производится с целью выяснения возможности использования грунтов предполагаемой площадки строительства в качестве основания проектируемого здания или сооружения. Для этого необходимо иметь материалы инженерных изысканий, в которых должны быть указаны формы рельефа, особенности напластования, мощность отдельных пластов грунта, положение уровня грунтовых вод. Должны быть также приведены данные о физико-механических свойствах грунтов, глубине сезонного промерзания, геологические разрезы и др. [1,18].

В курсовом проекте на основе данных о площадке строительства и физико-механических свойств грунтов (см. задание) необходимо построить геологический профиль строительной площадки, рассмотреть ее строение, определить наименование и состояние отдельных слоев (для глинистых грунтов), степень влажности (коэффициент водонасыщения) и другие показатели.

Для предварительной оценки загружения отдельных слоев основания определяется табличное значение расчетного сопротивления грунта основания R0, используя для этого таблицы 1…5, приложения 3 СНиП 2.02.01–83* [1,18,19]. Сжимаемость основания в пределах площади проектируемого сооружения оценивается по результатам анализа и сопоставления модулей общей деформации грунтов Е0 (или коэффициентов сжимаемости т0) всех слоев по глубине залегания [7,9,10]. В заключении рассматриваемого раздела курсового проекта дается общая оценка грунтовых условий площадки строительства.

Пример 1. Оценка условий

Оценить инженерно-геологические условия строительной площадки. Геологический профиль площадки представлен на рис. 1.1. Данные о площадке строительства и свойствах грунтов приведены в табл. 1.1.

Решение. Анализируем грунтовые условия площадки для каждого слоя [1, 18, 19, 3, 8].

Слой 2. Число пластичности: I_P = W_L — W_P = 0,34 — 0,21 = 0,13. При 7 < I_P < 17 грунт классифицируется как суглинок [3, табл. Б.11] или [18, табл. 1.8].

Удельный вес сухого грунта (скелета грунта) [2]: ρ_d = ρ / (1 + W) = 18,5 / (1 + 0,28) = 14,5 кН/м³.

Коэффициент пористости: e = (ρ_s / ρ_d) — 1 = (27,0 / 14,5) — 1 = 0,86.

Показатель текучести: I_L = (W — W_P) / I_P = (0,28 — 0,21) / 0,13 = 0,54. Так как 0,5 < I_L < 0,75, следовательно, грунт находится в мягкопластичном состоянии [18, табл. 1.9] или [3, табл. Б.14].

Определяем степень влажности глинистого грунта: S_r = (W · ρ_s) / (e · ρ_w) = (0,28 · 27) / (0,86 · 10) = 0,88.

Определяем коэффициент просадочности: I_ss = (e — e_L) / (1 + e) = (0,86 — 0,74) / (1 + 0,74) = 0,07, где e_L = (W_L · ρ_s) / ρ_w = (0,34 · 27) / 10 = 0,918. Данный грунт является непросадочным (S_r > 0.8) и не набухающим (I_ss < 0.3).

Определяем табличное значение расчетного сопротивления грунта основания R₀ [1, табл. 3 прил. 3]; т. к. для данного грунта нет прямых значений в таблице, используем интерполяцию: R₀ = 180 + (250 — 180) · (0,54 — 0,1) / (0,9 — 0,1) = 168 кПа (1,68 кгс/см²).

Таблица 1.1. Данные о площадке строительства

Физические характеристики грунта	Скв.1 (171,2)	Скв.2 (170,7)	Скв.3 (171,2)
Вид грунта	Суглинок бурый	Суглинок бурый	Песок средней крупности
ρ, кН/м³	18,5	18,6	20,1
ρs, кН/м³	27,0	26,6	26,5
W	0,28	0,22	0,23
WL	0,34	0,24	–
WP	0,21	0,14	–
e0, p=0	0,86	0,74	0,62
e1, p=0,1	0,832	0,71	0,612
e2, p=0,2	0,798	0,65	0,607
e3, p=0,3	0,768	0,608	0,603
φ, град	10	7	36
C, кПа	10	8	1

Продолжение примера 1

По этим показателям заключаем, что данный грунт является суглинком мягкопластичным с табличным значением расчетного сопротивления грунта основания R₀ = 168 кПа. Для определения модуля общей деформации грунта E₀ строим компрессионную кривую (рис. 1.2).

В курсовом проекте допускается вычислять модуль общей деформации E₀ в интервале давления, которому соответствует табличное значение расчетного сопротивления грунта основания R₀. В рассматриваемом примере R₀ = 168 кПа, следовательно, коэффициент сжимаемости m₀ определяем в интервале давлений p = 100–200 кПа (1,0–2,0 кгс/см²) [8,11].

m₀ = (e₁ — e₂) / (p₂ — p₁) = (0,832 — 0,798) / (200 — 100) = 0,00034 кПа⁻¹ (0,034 см²/кгс).

Тогда модуль общей деформации грунта Е₀ для рассматриваемого слоя будет равен: E₀ = β(1 + e₀) / m₀ = 0,62(1 + 0,86) / 0,00034 = 3400 кПа (34 кгс/см²), где β = 0,62 – коэффициент, учитывающий отсутствие поперечного расширения грунта в компрессионном приборе [18, табл. 1.15]. Данный слой можно использовать как естественное основание для фундаментов мелкого заложения.

Анализ слоя 3 и 4

Слой 3. Число пластичности I_P = 0,24 — 0,14 = 0,10. При 7 < I_P ≤ 17 грунт классифицируется как суглинок. Удельный вес скелета γ_d = 18,6 / (1 + 0,22) = 15,3 кН/м³. Коэффициент пористости e = (26,6 / 15,3) — 1 = 0,74. Показатель текучести I_L = (0,24 — 0,14) / 0,10 = 0,8. Так как 0,75 < I_L < 1,0, грунт находится в текучепластичном состоянии. R₀ = 194 кПа. E₀ = 1798 кПа.

Слой 4. Границы текучести и пластичности отсутствуют, грунт песчаный (I_P = 0). Песок средней крупности. Плотность сложения: e = 0,62 (средней плотности). Водонасыщение: S_r = 0,99 (насыщенный водой). R₀ = 400 кПа. E₀ = 30000 кПа.

Общая оценка: Основание до глубины 7,7–8,7 м можно считать сложноглинистыми грунтами мягко- и текучепластичной консистенции. Использование верхнего слоя суглинка (слой 2) предпочтительно для зданий с небольшими нагрузками. При больших нагрузках (промышленные здания) лучше использовать песок (слой 4) как несущий слой для свайного фундамента.

2. Проектирование фундаментов мелкого заложения

2.1. Назначение глубины заложения фундаментов. Глубина заложения фундаментов d должна назначаться в зависимости от конструктивных решений подземной части здания, инженерно-геологических условий, величины нагрузок и возможного пучения грунтов. В пучинистых грунтах (мелкие и пылеватые пески, супеси, суглинки и глины с I_L > 0,25) глубина заложения d обычно назначается не менее расчетной глубины промерзания d_f.

К непучинистым грунтам относятся крупнообломочные грунты, пески гравелистые, крупные и средней крупности, а также мелкие и пылеватые пески при S_r < 0,6. Глубина заложения в таких грунтах не зависит от глубины промерзания и принимается не менее 0,5 м.

Пример 2 и 3: Назначение глубины

Пример 2. Промышленное здание, г. Новосибирск, песок мелкий. d_fn = 2,2 м. Расчетная глубина промерзания d_f = d_fn · k_h = 2,2 · 0,7 = 1,54 м. Принимаем d = 1,7 м.

Пример 3. Жилое здание с подвалом, г. Уфа, суглинок тугопластичный. Высота подвала 2,8 м, цоколя 0,8 м. Глубина заложения d = 2,8 + 0,5 — 0,8 = 2,5 м. Условие d > d_f (2,5 м > 0,9 м) выполняется.

2.2. Определение размеров подошвы фундаментов

Расчет размеров подошвы фундаментов необходимо производить на основные сочетания расчетных нагрузок с коэффициентом перегрузки n = 1. Рекомендуется использовать метод последовательных приближений.

Пример 4. Фундамент под наружную стену. Ширина b₁ в первом приближении: b = N_II,1 / (R₀ — γ_m · d) = 268 / (180 — 20 · 2,1) = 1,94 м. Принимаем b₁ = 2,1 м. Вычисляем расчетное сопротивление R по формуле СНиП. Среднее давление p = (N + G) / A. Условие p ≤ R выполняется.

Пример 5: Внецентренно нагруженный фундамент

Определить размеры подошвы фундамента под колонну промышленного здания. N = 2260 кН, M = 465 кНм, Q = 35 кН. d = 2,0 м. Грунт – тугопластичные глины. R₀ = 310 кПа.

Площадь подошвы A = N / (R₀ — γ_m · d) · 1,2 = 2260 / (310 — 20 · 2) · 1,2 = 10,0 м². Задаемся соотношением сторон b = 0,7a, тогда a ≈ 3,9 м, b = 2,7 м. Проверяем давления p_max, p_min. Условие p_max ≤ 1,2R выполняется.