Розрахунок і проектування фундаментів неглибокого закладання на штучній основі. Перевірка міцності підстильного шару грунту

Якщо основою фундаментів при обґрунтованій і визначеній глибині закладання підошви фундаменту мілкого закладання служать слабкі ґрунти (пухкі за утворенням, з низькими характеристиками міцності φ,С,…) то згідно з поданою методикою розрахунку і проектування фундаменту мілкого закладання отримують великі розміри площі підошви фундаменту. Це призводить до значних витрат матеріалів для влаштування фундаментів, що значно підвищує вартість конструкції фундаменту.

В такому випадку доцільно запропонувати штучну основу, яку створює людина на основі багаторічного досвіду влаштування основ та фундаментів.

Одним із варіантів штучної основи можна вважати влаштування ґрунтових подушок шляхом пошарового ущільнення ґрунту різними механізованими методами:

- Ущільнення ґрунту важкими трамбівками (якщо дозволяють технічні умови), масою 3-5т;

- Ущільнення ґрунту кулачковими катками, масою Q>20т.

- Ущільнення ґрунту самохідними або прицепними катками на пнемо-машинах, масою 40т.

- Ущільнення ґрунту вантажним транспортом, масою в завантаженому стані Q>20т.

- Ущільнення ґрунту пневматичними трамбівками і іншими способами.

Товщина ущільненого шару ґрунту приймається за паспортними даними механізму і згідно з елементарними розрахунками:

- для випадку ущільнення важкою трамбівкою, товщиною h_у=К·d, (м); де d – діаметр трамбівки, К – технологічний коефіцієнт, який приймається в залежності від виду ущільненого ґрунту: піски – К=1,4; супіски – К=1,3; суглинки – К=1,2; глини – К=1,1.

- товщина ущільненого шару ґрунту, що ущільнюється катком на пневмокатках h_у=50см (за паспортними даними).

- товщина ущільненого шару ґрунту, що ущільнюється кулачковим катком h_у=30см.

- товщина ущільненого шару ґрунту, що ущільнюється вантажним транспортом 25<h_у≤30см.

- товщина ущільненого шару ґрунту, що ущільнюється пневматичними трамбівками h_у=20см.

- Дані товщини ущільненого шару ґрунту наведені при умовах, що грунт ущільнюється при оптимальній вологості, яка приймається: для пісків – 0,1≤W₀≤0,12; для глинистих ґрунтів - W₀≤ W_р-0,02 (супіски), W₀=W_р (суглинки), W₀≤ W_р+0,02(глини). При цьому кількість проходок механізму по одному сліду n≥6 разів. При таких параметрах насипний шар ґрунту ущільнюється до щільності сухого ґрунту 1,65<ρ_ds≤1,75т/м³. Контроль якості ущільнення – лабораторний (безпосередній відбір зразків ущільненого ґрунту і шляхом визначення оптимальної вологості і щільності вологого ґрунту, розраховують ρ_ds=ρ/1+W₀ (тут W>W₀).

Розрахунок і конструювання окремого фундаменту на штучній основі під колони або стрічковий фундамент під несучі стіни чи ряд колон пропонується виконувати в тій же послідовності, що і фундаментів на природній основі:

1) За визначеними фізико-механічними характеристиками штучної основи (див. зведена таблиця), розраховується розрахунковий опір ґрунту штучної основи в першому наближенні за формулою:

2) Розраховується необхідна площа підошви фундаменту в першому наближенні:

3) Визначається ширина підошви фундаменту в першому наближенні:

4) Визначається розрахунковий опір ґрунту штучної основи в другому наближенні:

5) Розраховується необхідна площа підошви фундаменту в другому наближенні:

6) Визначається ширина підошви фундаменту в другому наближенні:

7) Перевіряється збіжність розмірів підошви фундаменту першого і другого наближення: .

8) Якщо умова збіжності не виконується, то розрахунки повторюються.

9) Після досягнення збіжності розмірів підошви фундаменту округляють розміри підошви фундаменту до кратних 0,1м в більшу сторону і перевіряють розподіл контактних напружень під підошвою фундаменту за формулою:

10) Якщо умови розподілу контактних напружень , не задовольняються, то розмірами конструкції підошви фундаменту при постійній площі регулюють так, щоб вплив моменту на розподіл напружень був найменшим, тобто збільшують довжину підошви фундаменту при постійній площі до конструктивно можливих розмірів. Але якщо на фундамент передаються значні згинаючи моменти, то для задовільнення умови , виникає необхідність збільшення розмірів підошви фундаменту пропорціонально діючим згинаючим моментам до виконання умови.

11) Конструювання фундаменту виконується за тією ж схемою, що і для фундаментів на природній основі.

a) Тип фундаменту визначається за умови глибини закладання підошви фундаменту:

; - конструкція фундаменту без підколонника;

; - конструкція фундаменту з підколонником.

б) Розміри поперечного перерізу підколонника назначається за умови, щоб товщина стінки стакану під збірні залізобетонні колони, що розміщується в підколоннику була більше 200мм, тобто:

;

в) Оптимальна висота конструкції фундаменту (для фундаменту старанного типу без підколонника), або його плитної частини (для фундаменту з підколонником) визначається за формулами:

Для прямокутного в плані фундаменту без підколонника.

Для прямокутного в плані фундаменту з підколонником.

Для квадратного в плані фундаменту без підколонника.

Для квадратного в плані фундаменту з підколонником.

Для круглих в плані фундаментів.

Розміри отримані розрахунком оптимальної висоти конструкції фундаменту округляють до кратних модулю опалубки по висоті, який дорівнює М₀=150 мм.

г) Перевіряється попередньо прийнята конструкція фундаменту на жорсткість за умови:

b≤ b_пк+H₀ , l≤ а_пк+H₀ - фундамент жорсткий;

b≥ b_пк+H₀ , l≥ а_пк+H₀ - фундамент гнучкий;

Жорсткий фундамент не потребує перевірки його конструкції по міцності на продавлювання. Гнучкий фундамент вимагає перевірки міцності конструкції фундаменту на продавлювання.

д) Виконується перевірка гнучкого фундаменту за міцністю на продавлювання за формулою:

де: N_прод – продавлюючи навантаження на підошву фундаменту від середнього тиску ґрунту, що передається на гнучкий фундамент за межами граничних розмірів піраміди продавлювання: b_гр=b_к(пк)+2Н₀; l_гр=а_к(пк)+2Н₀.

N_прод визначається за формулою:

А – розрахункова площа підошви фундаменту: А=b·l (м²);

А_гран – гранична площа основи піраміди продавлювання: А_гран=b_гран·l_гран (м²);

k – коефіцієнт умови роботи матеріалу фундаменту на розтягування, k =0,9;

- розрахунковий опір бетону на розтягування приймається за таблицею №13 СНиП 2.03.01-84 або відповідного ДБН;

- середній периметр піраміди продавлювання: b_ср=b_к+ b_гр+ а_к+l_пр – для фундаменту без підколонника: b_ср=b_пк+ b_гр+ а_пк+l_пр – для фундаменту з підколінником.

Для випадку, коли фундамент по одній стороні жорсткий (b), а по іншій (l) гнучкий, для визначення b_ср в формулу замість b_гр підставляють b (b_гр= b), b_ср=b_пк+ b+ а_пк+l_пр.

Отримана розрахунком необхідна висота конструкції фундаменту або його плитної частини закруглюються в більшу сторону до розмірів кратних 150мм по висоті і порівнюється з визначеною оптимальною висотою Н₀, корегованою до розмірів кратних 150мм.

Якщо в порівнянні h_u>Н₀, то висота конструкції фундаменту назначається рівною h_u .

Якщо в порівнянні h_u<Н₀, то висота конструкції фундаменту назначається рівною Н₀ .

За прийнятою висотою плитної частини фундаменту з підколінником визначається висота h_пк: h_пк≤d- h_u; h_пк≤d- H₀.

Отриману розрахунком і прийняту для конструкції фундаменту висоту «Н» або висоту плитної частини фундаменту з підколонником Н_пл розділяють по висоті на окремі ступені. Висота ступені назначається кратною модулю М₀=150 мм, аналогічно як для фундаменту на природній основі.

Максимально можливий винос нижньої ступені фундаменту С₁ визначається із умови міцності ступені на зріз по грані за формулою: (м), аналогічно як для фундаменту на природній основі.

е) Виконується перевірка конструкції фундаменту на розколювання згідно з формулами №…, як для фундаменту мілкого закладання на природній основі.

Всі конструктивні сполучення колони з фундаментом виконуються такими як для фундаменту на природній основі.

Пример проверки подушки из курсового 4 курса.

Проверка условия прочности подстилающего слоя

Условие прочности подстилающего слоя не выполняется, при увеличении подушки до 3м ситуация не изменяется. Таким образом необходимо принять толщину подушки 4.05м, либо значительно увеличить размеры фундамента. В ином случае использование искусственного основания невозможно.