Инженерно-геологические  условия строительства

Построение  инженерно-геологического разреза  

 
 
 

    Оценка грунтов основания

     Исходными данными для оценки грунтов основания  служат материалы инженерно-геологических изысканий: геолого-литологическая колонка выработок; геологические характеристики грунтов, залегающих в основании сооружения, результаты полевых и лабораторных определений физических и механических характеристик грунтов. Сведения о подземных водах (их уровнях, режиме, степени агрессивности по отношению к материалу фундамента и др.).

    Оценка грунтов основания выполнена  послойно сверху вниз с использованием схемы грунтов основания, построенной по оси проектируемого фундамента (рис.2).

                  
 
 

      
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                 

   Рис. 2. Схема грунтов основания: h_i — мощность i-го слоя грунта; d_{1 i} – глубина заложения фундамента в i -ом слое грунта; R_i – расчетное сопротивление i- го слоя грунта; E_i – модуль деформации i-го грунта; WL – уровень подземных вод

   Для каждого слоя грунта его расчетное сопротивление R определяется по формуле, следующей из формулы (7) [1]:

      ,

где g_с1 и g_с2  – коэффициенты условий работы, принимаемые по табл. 3 [1];

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

         М_g, М_q, М_с – коэффициенты, принимаемые по табл. 4[1];

         k_z –  коэффициент, принимаемый равным  1 при b<10 м;

         b – ширина подошвы фундамента, м; (для предварительной оценки грунтов основания принимается b = 1 м);

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

         γ_II – осредненное (в пределах b/2) расчетное значение удельного веса грунта, залегающего ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), кН/м³;

         γ_ІІ' – осредненное расчетное значение удельного веса грунта выше подошвы фундамента, кН/м3, определяется, как средневзвешенная величина в пределах от DL до FL. 
 
 
 
 

      Слой  № 1 (J_L = 0,60)

g_с1 = 1,00;  g_с2 = 1,00

j_II = 22°, М_g = 0,61; М_q = 3,44; М_с = 6,04;

с_II = 20 кПа; d₁₍₁₎ = 1,5 м;

;  

. 

     Слой  № 2 (J_L = 0,1) - водоупор

g_с1 = 1,25  g_с2 = 1,00

j_II = 18°, М_g = 0,43; М_q = 2,73; М_с = 5,31;

с_II = 25 кПа; d₁₍₂₎ = 1,90 м;

.

За несущий  слой принят слой №2 с расчетным сопротивлением R = 291,18 кПа – суглинок полутвёрдый.

Сбор  действующих нагрузок

 

   Таблица 1

Постоянная нагрузка:

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Временная нагрузка:

1) Снеговая: 

   Усилие  от снеговой нагрузки определяют по формуле [2]:

   

,

    где  А_гр – грузовая площадь А_гр2=57,39 м²;

         S - полное расчетное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия,                        

   

,

   где S_g =1,8 кН/м² – расчетное значение веса снегового покрова на 1м² горизонтальной поверхности земли [2, табл.4], Омск - снеговой район III;

          μ = 2,12 – коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие [прил.3 п.8];

   S = 1,8*2,12 = 3,82 кН/м²;

   N_сн = 3,82 * 57,39 = 219,23 кН; 

   2) Нагрузка от людей и оборудования: N= 200 кг/м² *57,39*1,3=149,21 кН 

   Итого S = 2473,33 кН 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Определение глубины заложения  ростверка

 

   Для фундаментов наружного ряда колонн глубина заложения ростверка Н_р  [1, пп. 2.25.–2.28.] зависит от 2-х факторов: глубины сезонного промерзания грунтов d_f и конструктивных требований Н_кон. Из этих двух значений выбирается  наибольшее.

Учет  глубины сезонного  промерзания грунтов

 

   Подошва ростверка должна располагаться  ниже расчетной глубины сезонного промерзания грунтов:

   H_p > d_f ,

   где d_f – расчетная глубина сезонного промерзания грунта [1]:

   d_f  = k_hd_fn,

     здесь k_h – коэффициент, учитывающий влияние теплового режима здания, для сооружений с подвалом или техническим подпольем, при t = 20 °С и более k_h = 0,4; [2, таб.1]

     k_h =0,4+0,1=0,5 - т.к. фундамент находится внутри здания

          d_fn – нормативная глубина сезонного промерзания

    ,

   где d₀ = 0,23 – величина, принимаемая равной для суглинков и глин;

         M_t – безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе строительства [3], для Омска

   M_t = 19,0+17,6+10,1+8,5+16,0 = 71,2 °С;

    ;

   d_f = 0,5 * 1,94 = 0,97 м.

Учет  конструктивных требований

   Для обеспечения конструктивных требований необходимо, чтобы глубина заложения ростверка Н_р принималась не менее конструктивных требований Н _кон:

   Н_Р ≥ Н_кон .

   Верх  монолитного стакана фундамента должен находиться ниже отметки пола как минимум на 0,15 м. Тогда (см. рис.4): H_кон = 0,15 + h_cm + h_dн' ,

       

   Рис. 4. Схема к определению глубины заложения ростверка 
 
 

   высота  стакана для колонны:

   h_cm = 0,33h_k + 0,5 = 0,33*0,5 + 0,5 = 0,665 м;

   толщина днища стакана

   h_дн = (0,6…0,8) м = 0,6 м;

   h_дн^' = h_дн + 0,05 = 0,6 + 0,05 = 0,65 м;

   H_кон = 0,15 + 0,665 + 0,65 = 1,465 м;

       Принято H_р  наибольшее и кратное 150 мм, тогда

   H_р = 1,5 м.

Выбор длины сваи

 

   Минимальная длина сваи 1_св должна быть достаточной для того, чтобы прорезать слабые грунты основания и заглубиться на минимальную величину ∆h в несущий слой, где ∆h зависит от показателя текучести грунта I_L = 0,1 (слой № 2) ∆h_min=1,0 м;

   1_св = d – H_р + 0,05 + ∆h

   1_св = 1,9 – 1,5 + 0,05 + 1,0=1,45м

   0,05 м – учет шарнирного сопряжения  сваи с ростверком;

     Принято 1_св = 5 м, тогда ∆h_min=4,55 м

Определение несущей способности  висячей сваи по сопротивлению  грунта

 

         Вертикальная привязка сваи к грунтовым условиям (см. рис.6).

                         

                 

   Рис.6. Схема к определению несущей способности сваи:

   d_ij – расстояние от поверхности земли до середины участка сваи h_ij 

   Согласно  п. 4.2 [4] имеем:

    ,

   где g_с = 1 – коэффициент условий работы сваи в грунте;

         А – площадь опирания сваи на грунт, м²; А = 0,30*0,30 = 0,09 м²;

        и – периметр поперечного сечения сваи, u = 0,30*4 = 1,20 м;

        – коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления грунта и принимаемые по табл.3 [4] (при погружении молотом);

      R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи [4, табл. 1]: при d_R = 6,45 м, I_L = 0,1, R = 7218 кПа;

          f_i – расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа, принимаемое по табл.2 [4];

         h_i – толщина i-го слоя грунта (мощностью не более 2-х м), соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м;

        Расчет силы трения по боковой  поверхности сваи (второе слагаемое  формулы) приведен в табличной форме (см. табл. 2). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Таблица 2 

Расчет  силы трения по боковой  поверхности сваи