Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента

Расчёт осадок фундамента

Осадка фундамента в сооружении – это вертикальное смещение осадки, в следствии деформации их основания под действием нагрузки от фундамента.

Осадка оснований S, с использованием расчетной схемы линейно – деформируемой среды определяется методом послойного суммирования:

где: в – безразмерный коэффициент = 0,8

уzpi – среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения на верхней и нижней границах слоя по вертикали проведенной через центр подошвы фундамента.

hi и Еi – соответственно толщина и модуль деформации i-го слоя грунта.

n – число слоев, на которые разбита сжимаемая толщина основания.

Суть метода послойного суммирования.

Осадка грунта под действием нагрузки от сооружения определяют как сумму осадок элементарных слоев грунта, такой толщины, для которой можно без большой погрешности принимать при расчетах средние значения, характеризующих грунты показателей.

Толщу грунта под фундаментом разбиваем на полоски толщиной hi = 0,4b, на глубину 5b.

Дополнительные вертикальные напряжения на глубине z от подошвы фундамента: zp – по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента, определяются по формуле:

где – коэффициент, принимаемый по табл.1 в зависимости от формы подошвы фундамента, соотношения сторон прямоугольного фундамента и относительной глубины, равной: о = 2z/b при определении zp и о = z/b при определении zp,c;

p0 = p – zg,0 – дополнительное вертикальное давление на основание; (15)

р – среднее давление под подошвой фундамента;

zg,0 – вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента (при планировке срезкой принимается zg,0 = d, при отсутствии планировки и планировке подсыпкой zg,0 = dn, где / – удельный вес грунта, расположенного выше подошвы, d и dn – обозначены на рис.1).

Рис.1. Схема распределения вертикальных напряжений в линейно-деформируемом полупространстве DL – отметка планировки; NL – отметка поверхности природного рельефа; FL – отметка подошвы фундамента; WL – уровень подземных вод; В,С – нижняя граница сжимаемой толщи; d и dn глубина заложения фундамента соответственно от уровня планировки и поверхности природного рельефа; b ширина фундамента; р – среднее давление под подошвой фундамента; р0 – дополнительное давление на основание; zg и zg,0 – дополнительное вертикальное напряжение от внешней нагрузки на глубине z от подошвы фундамента и на уровне подошвы; zp и zр,0 – дополнительное вертикальное напряжение от внешней нагрузки на глубине z от подошвы фундамента и на уровне подошвы; Нс – глубина сжимаемой толщи.

Вертикальное напряжение от собственного веса грунта zg на границе слоя, расположенного на глубине z от подошвы фундамента, определяется по формуле:

гi и hi – соответственно удельный вес и толщина i-го слоя грунта.

Удельный вес грунтов, залегающих ниже уровня подземных вод, но выше водоупора, должен приниматься с учетом взвешивающего действия воды. Определили, что для данного случая водоупором является 4 слой – глина полутвердая с I = 0,19. Нижняя граница сжимаемой толщи основания принимается на глубине z = Нс, где выполняется условие уzр = 0,2уzg ( здесь уzр – дополнительное вертикальное напряжение на глубине по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента, определяемое в соответствии с указаниями). Проверяем сечения: 1-1 с шириной подушки фундамента 1,6м, с подвалом; 2-2 с подушкой фундамента 2,4х2,4м, без подвала.

Строим эпюру напряжений от собственного веса грунта.

гsb = 9 ? 11(кН/м?) (16)

гw = сw*q = 10 кН/м?

q = 9,81м/с? ? 10 м/с?

1 слой: с1 = 1,6(г/см?)

г1 = с1*q = 1,6*10 = 16 (кН/м?)

2 слой: г2 = с2*q = 1,89*10 = 18,9 (кН/м?)

г2s = с2s*q = 2,66*10 = 26,6 (кН/м?)

3 слой: г3s = с3s*q = 2,75*10 = 27,5(кН/м?)

4 слой: г4s = с4s*q = 1,84*10 = 18,4(кН/м?)

уzg1 = г1*h1 = 16*0,4 = 6,4(кПа)

уzg2 = уzg1 + г2*h2 = 6,4 + 18,9*3,7 = 76,33(кПа)

уzg3 = уzg2 + г2sb*h3 = 76,33 + 10,06*1,1 = 87,4(кПа)

уzg4 = уzg3 + г3sb*h4 = 87,4 + 9,62*5,2 = 137,42(кПа)

уzg4’= уzg4 + гw *hw = 137,42+ 10*6,3 = 200,42(кПа)

уzg5 = уzg4 + г4*h5 = 137,42+ 18,4*7,9 = 282,78(кПа)

уzр1 = 6,4*0,2 = 1,28(кПа)

уzр2 = 76,33*0,2 = 15,27(кПа)

уzр3 = 87,4*0,2 = 17,48(кПа)

уzр4 = 137,42*0,2 = 27,48(кПа)

уzр4’= 200,42*0,2 = 40,08(кПа)

уzр5 = 282,78*0,2 = 56,56(кПа)

Строим эпюру напряжений от ленточного фундамента с подвалом.

Расчет произвели по формулам (14), (15), где p0 = p – zg,0 = 329,5- 18,9 = 310,6(кПа)

Определение объема и веса грунта, лежащего на уступах фундамента

Вес грунта определяют по формуле

где Vrp — объем грунта, лежащего на ступенях фундамента, м 3 ;

yip — удельный вес грунта, расположенного выше подошвы фундамента, кН/м 3 ; если фундамент заложен в нескольких грунтах, то принимается средний вес грунта;

уу= 1,2 — коэффициент надежности по нагрузке. iVrp.ii— собственный вес фундамента.

Объем грунта равен

где bn, ln, df— соответственно ширина, длина подошвы фундамента и глубина заложения подошвы фундамента, м;

Уф — объем фундамента, м 3 ;

Аоп — площадь опоры, расположенной ниже поверхности земли, м 2 ; кф — высота фундамента, м.

Читать еще:  Как покрасить цсп плиту на фасаде?

Если обрез фундамента расположен выше поверхности земли, то последнее слагаемое в формуле (6.27) не учитывают, а принимают в расчет объем фундамента, расположенный ниже поверхности грунта.

Проверка несущей способности основания под подошвой центрально и внецентренно нагруженного фундамента

После определения веса фундамента и грунта на его уступах проверяют условие

где Аф — площадь подошвы фундамента, м 2 .

Значение расчетного сопротивления грунтов основания осевому сжатию R, кПа, определяют исходя из окончательно назначенных размеров подошвы фундамента и глубины его заложения.

При проектировании внецентренно нагруженных фундаментов принимают, что реактивное давление распределяется по подошве жестких фундаментов по линейному закону, а его максимальное и минимальное значение определяют по формуле

где Аф — площадь подошвы фундамента, м 2 ;

Мх, Му — моменты относительно главных центральных осей подошвы фундамента, кН м;

Wx, Wy — моменты сопротивления подошвы фундамента относительно главных осей, м 3 ;

ус — коэффициент условий работы, принимаемый равным 1,0, кроме следующих случаев, при которых следует принимать ус = 1,2: фундамент опирается на скальный грунт; фундамент опирается на нескальный грунт и его расчет производится с учетом одной или нескольких нагрузок и воздействий от торможения, горизонтальных ударов подвижного состава, давлений ветра и льда, навала судов, изменения температуры;

уп = 1,4 — коэффициент надежности по назначению сооружения;

R — расчетное сопротивление основания из нескальных или скальных грунтов осевому сжатию, кПа, определяемое по формуле (6.15). Допускаемые предельные смещения не должны превышать, см:

полная равномерная осадка опоры — ,5л[ь ; разность полных осадок

смежных опор — 0,75I

L ; горизонтальное смещение верха опоры —

0,5a/Z , где L — длина меньшего из примыкающих к опоре пролетов (м), но не менее 25 м.

Осадку фундамента S определяют от действия нормативных нагрузок. Конечная осадка основания S, м, с использованием расчетной схемы линейно-деформируемого полупространства, определяется и вычисляется по формуле

где (3 — безразмерный коэффициент, равный 0,8;

10 м принимается Pq = Р);

Р — среднее давление под подошвой фундамента, кПа;

Gzg,o = ydf— вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента; у—удельный вес грунта, кН/м 3 ; df— глубина заложения подошвы фундамента, м.

Вертикальное напряжение от собственного веса грунта ozg на границе слоя, расположенного на глубине z от подошвы фундамента, определяется по формуле:

где у и hi — соответственно удельный вес и толщина /-го слоя грунта.

Удельный вес грунтов, залегающих ниже уровня подземных вод, но выше водоупорного слоя грунта, должен приниматься с учетом взвешивающего действия воды. При определении azg в водоупорном слое грунта следует учитывать давление воды, расположенной выше рассматриваемой глубины слоя.

Нижняя граница сжимаемой толщи основания принимается равной на глубине z = Нс, где выполняется условие:

где azp — дополнительное вертикальное напряжение на глубине z = Нс по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента;

azg — вертикальные напряжения от собственного веса грунта на глубине z=Нс по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента.

Если найденная по указанному выше условию нижняя граница сжимаемой толщи находится в слое грунта с модулем деформации Е 3 ;

df— заглубление подошвы фундамента мелкого заложения от расчетной поверхности грунта, м;

z, — расстояние от подошвы фундамента до поверхности проверяемого подстилающего слоя грунта, м;

ос — коэффициент для фундаментов (табл. 6.6);

R — расчетное сопротивление подстилающего грунта, кПа, определяем по формуле (6.15) для глубины расположения кровли проверяемого слоя грунта;

yn = 1,4 — коэффициент надежности по назначению сооружения.

При расчете фундаментов опор мостов на устойчивость против сдвига по основанию сила Qr стремится сдвинуть фундамент, а сила его трения о грунт Qz (по подошве фундамента) сопротивляется сдвигу. Сила Qz = p-ZNoj, где 2jV0>[ — суммарная внешняя нагрузка от веса пролетных строений, опоры, фундамента и грунта, лежащего на его уступах; (I — коэффициент фундамента по грунту.

Значения коэффициента а для фундаментов

Коэффициент а для фундаментов

прямоугольных с соотн сторон л = 1,/Ь

от собственного веса грунта

Характер эпюры природного давления зависит от грунтовых условий массива. Если грунт однородный, эпюра имеет вид треугольника. При слоистом залегании эпюра изображается ломаной линией. Причем у более легкого слоя грунта график круче, а у более тяжелого – положе. Для нахождения вертикальных напряжений от действия веса грунта на глубине Z мысленно вырежем столб грунта до этой глубины с единичной площадью основания и найдем ее суммарное напряжение σzg от веса столба.

где: n – число слоев в пределах глубины Z;

γi – удельный вес грунта i-го слоя;

hi – толщина i-го слоя.

Читать еще:  На каком расстоянии от угла делать продухи в фундаменте

Удельный вес водопроницаемых грунтов, залегающих ниже уровня грунтовых вод, принимается с учетом взвешивающего действия воды. Необходимо найти напряжение σzg во всех слоях массива грунта до глубины 17,0 м. Исследуемый массив

состоит из пяти слоев грунта: 1) песок пылеватый; 2) песок пылеватый до уровня грунтовых вод; 3) Ил; 4) песок мелкий; 5)и песок гравелистый.

Для того, чтобы определить σzg в массиве грунта, требуется установить удельный вес каждого слоя по формуле:

ρ – плотность грунта;

g≈10 м/с 2 – ускорение силы тяжести.

В первом слое неизвестна плотность пылеватого песка. Она

определяется из преобразований формулы ρ=ρd·(1+w)

ρd= Ps/1+e=2,66/1+0,72=1,54 т/ м3

Определяем плотность грунта: p=1,54*(1+0.15)=1.771т/м3

Находим удельный вес первого слоя:

Затем рассчитываем напряжение σzg на глубине 3м.

Второй слой – песок пылеватый водонасыщенный. Так как грунт водопроницаем, его удельный вес определяем с учетом взвешивающего действия воды.

γs = ρs ⋅ g- удельный вес частиц грунта (2,6 ⋅10=26,6);

γw = 10 кН/м3- удельный вес воды.

Напряжение σzg на глубине 6 м составляет:

Третий слой ил. Этот грунт является водоупором, поэтому на

Границе2-го и 3-го слоя возникает скачок напряжения, равный давлению

столба воды 10*3=30кПа (hw- толщина слоя воды над

Находим удельный вес ила:

Напряжение σzg на глубине 8 м составляет:

Четвертый слой – песок мелкий водонасыщенный. Так как грунт водопроницаем, его удельный вес определяем с учетом взвешивающего действия воды.

Напряжение σzg на глубине 12 м составляет:

Пятый слой- песок гравелистый водонасыщенный. Так как грунт водопроницаем, его удельный вес определяем с учетом взвешивающего действия воды.

Напряжение σzg на глубине 17 м составляет:

+

Построение эпюры контактного давления

По приведенным в табл.5 данным о нагрузках и размерах фундаментов построить эпюру контактного давления.

При проектировании оснований и фундаментов с достаточной для практических расчетов точностью принимают, что контактное давление распределяется по подошве жестких фундаментов по линейному закону. Тогда эпюра этого давления может иметь один из четырех видов: прямоугольник – при симметричном загружении, трапецию, треугольник с минимальной величиной давления под краем фундамента Pmin=0 и укороченный треугольник с величиной Pmin 2 ;

L – длина фундамента, м;

e – эксцентриситет равнодействующей относительно центра тяжести

подошвы фундамента, м, который определяем по формуле:

M11 – сумма действующих моментов, приведенных к подошве фундамента,кН·м;

M – момент, действующий на обрезе фундамента, кН·м;

N1 – нагрузка от стены, кН;

N2 – нагрузка, передаваемая через колонну здания, кН;

G – вес фундамента, кН;

a – расстояние от оси колонны до оси стены, м.

Затем определяем Pmax и Pmin:

Определение средней осадки основания методом послойного суммирования

В табл. 5 даны размеры фундаментов и величины нагрузок, приложенных к ним. Используя данные грунтовых условий задачи 2.1 (табл.4), определить среднюю осадку основания методом послойного суммирования.

Расчет осадки методом послойного суммирования выполняем, используя специальный бланк (табл. 6) в такой последовательности:

1. Контур фундамента наносим на бланк, слева даем инженерно-геологическую колонку с указанием отметок кровли слоев от отм. 0,000, совмещаемой с планировочной.

2. Основание разбиваем на элементарные слои толщиной не более 0,4b до глубины 4b так, чтобы в пределах каждого слоя грунт был однородным. Для этого совмещаем границы слоев с кровлей пластов и горизонтом подземных вод. В данной задаче элементарный слой должен быть не более 1.2 м. Например, первый слой основания – мелкий песок, расположенный выше уровня подземных вод, имеет мощность 2,75 м. Его разбиваем на три элементарных слоя толщинами 0,75м, 1м и 1 м.

Заполняем графы табл.6 (h, z, α и т.д.).

3. Значения распределения напряжений от собственного веса грунта σzg используем из решенной задачи 2.1.

4. Находим дополнительное давление на подошву фундамента по формуле:

где P11 – среднее давление под подошвой фундамента (Р11=N/A=1150/3,78=304,2 кПа)

σzgo – напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента

5. По данным 2z/b и соотношению сторон подошвы η=l/b устанавливаем по табл.7 значение коэффициента рассеивания напряжений α. Для промежуточных значений 2z/b и η значения α определяются интерполяцией.

6. По данным σzg и σzp строим эпюры напряжений в грунте соответственно от собственного веса, используя ее из задачи 2.1, (слева от оси z) и напряжений от дополнительного давления σzp=αPo (справа от оси z).

7. Определяем нижнюю границу сжимаемого слоя по соотношению 0,2σzg=σzp. Если эта граница находится в слое грунта с E≤5МПа или такой слой залегает ниже нее, то нижнюю границу сжимаемой толщи определяют из условия 0,1σzg=σzp. В данном случае используем первую формулу.

Читать еще:  Как обшить свайный фундамент своими руками?

8. Для каждого из слоев в пределах сжимаемой толщи определяем среднее дополнительное вертикальное напряжение в слое по формуле (σzpi+σ zpi+1)/2. Полученные значения вносим в соответствующий столбец табл.6.

9. Используя данные соответственно табл.7 и 8 прил.2, определяем модуль деформации Е для песков и глинистых грунтов в основании фундамента.

10. Вычислим осадку элементарных слоев по формуле Si = σzpihiβ/Ei, где Ei – модуль деформации i-го слоя, мПа; β = 0,8. Эта формула используется при глубине заложения фундамента до 5 м. Значение осадки вычисляем в метрах. Для удобства в последнюю колонку табл.6 результат заносим в сантиметрах.

11. Суммируем показатели осадки слоев в пределах сжимаемой толщи и получаем осадку основания S=4,99 см

Расчет осадки свайного фундамента по II группе предельных состояний

Осадка основания определяется ниже подошвы условного фундамента (острия свай) от нормативных постоянных нагрузок. При расчете суммарной нагрузки на основание свайного фундамента должны быть учтены вес ростверка, свай и грунта в пределах массива А-Б-В-Г:

Среднее давление на грунт под подошвой фундамента

где А – площадь подошвы условного фундамента, м 2 , равное произведению длины aс на ширину bc подошвы условного фундамента, при этом входящее в формулы по их нахождению приведенное среднее значение расчетных углов внутреннего трения грунтов φmt определяется по формуле

,

φII,i – расчетные значения углов внутреннего трения отдельных слоев грунта для предельных состояний II группы.

Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы условного фундамента

где γII – расчетный удельный вес грунта для предельных состояний II группы выше подошвы условного фундамента, кН/м 3 (с учетом взвешивающего действия воды).

Дополнительное к природному вертикальное давление на основание определяется по формуле;

Для условных фундаментов шириной более 10 м принимается p = p.

Толща грунта ниже подошвы условного фундамента разбивается на элементарные слои толщиной hi, принимаемой для каждого слоя не более 0,4bс, где bс – ширина подошвы условного фундамента.

Вертикальное напряжение от собственного веса грунта szg, кПа на границе слоя, расположенного на глубине zi от подошвы условного фундамента, определяется по формуле:

где gII i и hi – удельный вес отдельных однородных слоев грунта с учетом взвешивающего действия или дополнительного давления воды, кН/м 3 ;

Удельный вес грунтов, залегающих ниже уровня подземных вод, но выше водоупорного слоя грунта, должен приниматься с учетом взвешивающего действия воды:

где γs, γw – удельный вес частиц грунта и воды соответственно, γw=10 кН/м 3 ;

е – коэффициент пористости.

К вертикальному напряжению от собственного веса грунта σzg на кровлю водоупора добавляется гидростатическое давление Pгидр столба воды, определяемое по формуле:

где hw – высота столба воды, м.

Дополнительные вертикальные напряжения на глубине zi от подошвы фундамента по вертикали, проходящей через центр подошвы условного фундамента равны:

где a – коэффициент, принимаемый по табл. 5 приложения 6 в зависимости от формы подошвы фундамента, соотношения сторон прямоугольного фундамента и относительной глубины, равной: x = 2z/bc.

Осадка основания s с использованием расчетной схемы в виде линейно-деформируемого полупространства определяется методом послойного суммирования по формуле

где β – безразмерный коэффициент, равный 0,8;

hi и Еi соответственно толщина и модуль деформации i-го слоя грунта;

n – число слоев, на которые разбита сжимаемая толща основания.

Верхней границей сжимаемой толщи основания является плоскость подошвы условного фундамента.

Нижняя граница сжимаемой толщи основания принимается равной глубине z = Hc, где выполняется условие: szp = 0,2×szg, где szp – дополнительные вертикальные напряжения на глубине z = Hc по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента; szg – вертикальные напряжения от собственного веса грунта на глубине z = Hc по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента.

Если найденная по указанному выше условию нижняя граница сжимаемой толщи находится в слое грунта с модулем деформации E £ 5 МПа или такой слой залегает непосредственно ниже глубины z = Hc, нижняя граница сжимаемой толщи определяется исходя из условия szp = 0,1×szg.

Определение нижней границы сжимаемой толщи основания удобно выполнять графически в точки пересечения эпюр напряжений szp и 0,2×szg или 0,1×szg (рис. 5.5).

Значения напряжений σzg откладывают влево от вертикальной центральной оси фундамента. Значения вспомогательной эпюры напряжений от собственного веса грунта составляющих 20% или 10% от величины σzg откладывают вправо от той же оси.

Дополнительные вертикальные напряжения σzp определяют на границах элементарных слоев. Их откладывают вправо от вертикальной центральной оси фундамента. При этом построение эпюр σzg и 0,2σzg начинается от расчетной поверхности грунта, а эпюрыszg – от подошвы условного фундамента. Все вычисления заносят в табл. 5.3.

Дата добавления: 2015-10-12 ; просмотров: 1550 . Нарушение авторских прав

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector