Для проверки слабого подстилающего слоя грунта под подошвой фундамента необходимо провести геотехнические исследования, которые включают определение его несущей способности, плотности и водонасыщенности. Особое внимание следует уделить состоянию грунта, его однородности и наличию возможных дефектов, таких как трещины или слоистость, которые могут негативно сказаться на надежности фундамента.
Также важно оценить воздействие внешних факторов, таких как уровень грунтовых вод и возможные динамические нагрузки. Исходя из полученных данных, следует принять необходимые меры для укрепления слабого слоя, например, использовать методы инъекционного цементирования или заменить его на более твердые грунты, чтобы обеспечить стабильность и долговечность строительных конструкций.
Проверка давления на подстилающий слой слабого грунта При
Проверка давления на подстилающий слой слабого грунта При наличии в пределах сжимаемой толщи основания на глубине z от подошвы фундамента слоя грунта меньшей прочности, чем прочность грунта вышележащих слоев, размеры фундамента должны назначаться такими, чтобы обеспечивалось условие где здесь N — вертикальная нагрузка на основание от фундамента; I и b — соответственно длина и ширина фундамента.
В случае если проверка по подстилающему слою грунта относится к ленточному фундаменту, когда нагрузка N дается на 1 м, то условный фундамент можно считать той же длины, что и длина проектируемого фундамента. Вследствие этого ширину условного фундамента b. Z допускается определять по формуле Для квадратного фундамента
Пример. Проверить прочность подстилающего слоя и в случае необходимости уточнить размеры фундамента. Глубина заложения фундамента 2, 2 м. С поверхности до глубины 3, 6 м залегают суглинки, имеющими характеристики: IL = 0, 3; е = 0, 7; γ = 18 к. Н/м 3; СII = 35 к. Па; R 0 = 230 к. Па; ϕII = 16°. Суглинки подстилаются глиной текучепластичной с характеристиками IL = 0, 8; γ = 18, 7 к. Н/м 3; СII = 28 к. Па; R 0 = 220 к. Па; ϕII = 16°.
Нагрузка на уровне верха фундамента NII = 320 к. Н/м. Решение. Напряжение в грунте от собственного веса на глубине 3, 6 м составит Дополнительное давление на основание подошвой фундамента Находим коэффициент α = 0, 727 (по табл. 1, приложения 2 СНи. П 2. 01), при ξ = 2 z/b = =2*1, 3/1, 8 = 1, 44 и η > 10(ленточный).
Рисунок 1 – Расчетная схема для проверки подстилающего слоя
Дополнительное напряжение на кровлю подстилающего слоя на глубине z = 1, 3 м равно Для вычисления расчетного сопротивления подстилающего слоя грунта RZ необходимо определить размеры подошвы условного фундамента.
Проверяем условие Условие выполняется, принимаем ширину фундамента без изменений.
Расчет оснований фундаментов по деформациям Расчет по деформациям сводится к проверке условия где s — осадка основания фундамента (совместная деформация основания и сооружения); su — предельное значение осадки основания фундамента (совместной деформации основания и сооружения), устанавливаемое в соответствии с приложением 4 СНи. П 2. 01. Для расчета конечных осадок фундаментов мелкого заложения наибольшее распространение получили метод эквивалентного слоя. послойного суммирования и метод
Пример. Определить методом послойного суммирования осадку фундамента. Глубина заложения фундамента 2, 2 м. С поверхности до глубины 3, 6 м залегают суглинки, имеющими характеристики: IL = 0, 3; е = 0, 7; γ = 18 к. Н/м 3; Е = 16 МПа; СII = 35 к. Па; R 0 = 230 к. Па; ϕII = 16°. Суглинки подстилаются глиной текучепластичной с характеристиками IL = 0, 8; γ = 18, 7 к. Н/м 3; СII = 28 к. Па; R 0 = 220 к. Па; ϕII = 16°; Е = 7 МПа.
Нагрузка на уровне верха фундамента NII = 320 к. Н/м. Решение. На геологический разрез наносим контуры фундамента (рис. 2). Разделим сжимаемую толщу основания на элементарные слои толщиной hi = 0, 4 b = 0, 4· 1, 2=0, 48 м
Суглинок IL = 0, 3; е = 0, 7; γ = 18 к. Н/м 3; Е = 16 МПа; СII = 35 к. Па; R 0 = 230 к. Па; ϕII = 16°. σzg σzp Глина IL = 0, 8; γ = 18, 7 к. Н/м 3; СII = 28 к. Па; R 0 = 220 к. Па; ϕII = 16°; Е = 7 МПа. Рисунок 2 – Расчетная схема к определению осадки фундамента методом послойного суммирования
Определяем напряжение от собственного веса грунта σzg, 0 и дополнительное напряжение от внешней нагрузки p 0 в уровне подошвы фундамента.
Далее определяем напряжения на границах последующих элементарных слоев и результаты сводим в таблицу 1.
Таблица 1. № п. п. Глубина от Толщина подошвы элементарн фундамента до сжимаемой ого слоя i, м толщи , м h ξ=2 z/b z α Напряжение от Дополнитель Удельный собственного ное вес грунта веса грунта на напряжение , к. Н/м 3 глубине z zg, zp, к. Па σ γ σ 0, 2σ Среднее дополнител Модуль Осадка ьное деформации zg напряжение , м , к. Па срzp, к. Па S Е σ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 0, 00 0, 45 0 0 271, 30 18 41, 40 8, 28 2 0, 45 0, 75 0, 893 242, 27 18 49, 50 9, 90 256, 79 16000 0, 007 3 0, 90 0, 40 1, 50 0, 670 181, 84 18 57, 60 11, 52 212, 05 16000 0, 005 4 1, 30 0, 45 2, 17 0, 520 140, 96 18, 7 65, 08 13, 02 161, 40 16000 0, 005 5 1, 75 0, 45 2, 92 0, 407 110, 31 18, 7 73, 50 14, 70 125, 63 7000 0, 008 6 2, 20 0, 45 3, 67 0, 332 90, 03 18, 7 81, 91 16, 38 100, 17 7000 0, 006 7 2, 65 0, 45 4, 42 0, 279 75, 72 18, 7 90, 33 18, 07 82, 87 7000 0, 005 8 3, 10 0, 45 5, 17 0, 241 65, 27 18, 7 98, 74 19, 75 70, 49 7000 0, 005 9 3, 55 0, 45 5, 92 0, 211 57, 28 18, 7 107, 16 21, 43 61, 27 7000 0, 004 10 4, 00 0, 45 6, 67 0, 189 51, 19 18, 7 115, 57 23, 11 54, 23 7000 0, 003 11 4, 45 0, 45 7, 42 0, 170 46, 15 18, 7 123, 99 24, 80 48, 67 7000 0, 003 12 4, 90 0, 45 8, 17 0, 155 41, 96 18, 7 132, 40 26, 48 44, 06 7000 0, 003 13 5, 35 0, 45 8, 92 0, 141 38, 32 18, 7 140, 82 28, 16 40, 14 7000 0, 003 14 5, 80 0, 45 9, 67 0, 131 35, 54 18, 7 149, 23 29, 85 36, 93 7000 0, 002 15 6, 25 0, 45 10, 42 0, 122 33, 04 18, 7 157, 65 31, 53 34, 29 7000 0, 002 16 6, 70 0, 45 11, 17 0, 113 30, 75 18, 7 166, 06 33, 21 31, 89 7000 0, 002 Σ 0, 065 Осадка фундамента (S = β*Σ) 0, 051
Строим эпюры σzg и σzp и определяем нижнюю границу сжимаемой толщи основания. Нижняя граница сжимаемой толщи основания принимается на глубине z = Hc , где выполняется условие σzp = 0, 2 σzg (при Е ≥ 5 МПа). Данное условие выполняется на глубине z = 6, 7 м. Для определения осадки вычисляем среднее дополнительное напряжение в каждом элементарном слое.
Выберите условия проверки слабого подстилающего слоя грунта под подошвой фундамента
Проверка подстилающего слоя
Наличие в пределах сжимаемой толщи слоя грунта менее прочного, чем грунт под подошвой фундамента, требует проверки условия:
где Zp и Zq — вертикальные нормальные напряжения в грунте на глубине z от подошвы фундамента соответственно дополнительные от нагрузки на фундамент и от собственного веса грунта, кПа;
Rz — расчетное сопротивление грунта на кровле слабого слоя для условного фундамента шириной bz.
Проверяем прочность подстилающего слоя грунта — суглинка мягкопластичного, расположенного под подошвой фундамента на глубине z = 2,05 м.
Напряжение на уровне подошвы фундамента от собственного веса грунта:
На глубине z = 2,05 м:
Дополнительное давление под подошвой фундамента:
Дополнительное вертикальное напряжение, действующее на кровлю слабого грунта от нагрузки на фундамент на глубине z =2,05м, определим по формуле:
Для определения найдем и , тогда = 0,2714, откуда
Zp = 0,2714 • 208,535 = 56,6 кПа.
Определяем расчетное сопротивление Rz суглинка текучего на глубине 2,05 м от подошвы фундамента по формуле 4.2.
Для этого по значению цn = 12 0 находим M = 0,23, Mq = 1,94, Mc = 4,42, CII = 12 кПа, C1=1,1 и C2=1 , кН/м 3 .
Находим ширину квадратного фундамента:
Zp + Zq = 56,6 + 57,46 = 114,06 кПа < RZ = 120,3 кПа,
следовательно, размеры фундамента подобраны удовлетворительно.
Рисунок 3 — К расчету подстилающего слоя
Расчет оснований по деформациям
Задача расчета по деформациям состоит в том, чтобы не допустить такие деформации основания, при которых нарушается нормальная эксплуатация надземных конструкций. Основное условие расчета определяется выражением:
где S — совместная деформация основания и сооружения, определяемая расчетом;
Su — предельное допустимое значение деформации основания.
Если условие (4.13) не удовлетворяется, то возможно применение следующих мероприятий: изменение размеров фундамента, переход к другому типу фундаментов, улучшение деформативно-прочностных показателей грунта основания, изменение верхнего строения.
Осадка основания S с использованием расчетной схемы в виде линейно-деформируемого полупространства определяется методом послойного суммирования по формуле (4.14):
где в = 0,8 — безразмерный коэффициент, корректирующий упрощенную схему расчета;
hi — толщина i-го слоя грунта, м;
Еi — модуль деформации i-го слоя грунта, кПа;
— среднее дополнительное напряжение в i-ом слое грунта, равное полусумме дополнительных напряжений на верхней и нижней границах i-го слоя, кПа:
Размеры фундамента в плане: b Ч l = 1,5 Ч 2,1 м, среднее давление под подошвой условного свайного фундамента — Рm = 231,35 кПа.
Построим эпюру распределения вертикальных напряжений от собственного веса грунта в пределах глубины 6 · b = 6 · 1,5 = 9 м ниже подошвы фундамента.
Нижняя граница сжимаемой толщи основания принимается на глубине Z = Hc от подошвы фундамента, где выполняется условие:
Вертикальные природные напряжения zq на некоторой глубине Z от поверхности грунта определяют по формуле:
где i — удельный вес грунта i-го слоя;
hi — толщина i-го грунта;
n — число слоев грунта в пределах глубины Z.
Удельный вес грунтов залегающих ниже уровня подземных вод, но выше водоупора, должен приниматься с учетом взвешивающего действия воды, т.е:
где si , ei — соответственно удельный вес частиц грунта и коэффициент пористости i-го слоя грунта;
w = 10 кН/м 3 — удельный вес воды.
— по подошве фундамента:
уzq0 = г1 · h1 = 16.9 · 1,35 = 22,815 кПа 0,2·уzq0 = 0,2·22,815 = 4,563 кПа.
— на подошве первого слоя:
0,2·уzq1 = 0,2·57,46 = 11,492 кПа.
— по подошве суглинка текучего без учета взвешивающего действия воды:
0,2·уzq2 = 0,2 · 72,94 = 14,588 кПа.
— по подошве суглинка текучего с учетом взвешивающего действия воды:
уzq3 = уzq2 + · h4 = 72,94 + · 10,25 = 154,73 кПа
0,2·уzq3 = 0,2·154,73 = 30,95 кПа
— по подошве песка средней крупности с учетом взвешивающего действия воды:
0,2·уzq4 = 0,2 · 166,03 = 33,26 кПа
— по подошве суглинка тугопластичного с учетом взвешивающего действия воды:
0,2·уzq5 = 0,2 · 202,66 = 40,53 кПа
Определяем дополнительное давление на основание под подошвой фундамента:
P0 = Рm — уzq0 = 231,35 — 22,815 = 208,535 кПа. (4.19)
Толщу грунта ниже подошвы фундамента разбиваем на слои:
Полученные значения ординат напряжений отложим на геологическом разрезе (см. графическую часть) и построим эпюры от собственного веса грунта и вспомогательную.
Дополнительные вертикальные напряжения от внешней нагрузки определяют по формуле:
где Р0 = Рm — zg,0 — дополнительное вертикальное давление на основание;
Рср — среднее давление под подошвой фундамента;
zg,0 — вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента;
— коэффициент, учитывающий уменьшение дополнительных напряжений по глубине.
Вычисления произведем в табличной форме. Нижнюю границу сжимаемой толщи находим по точке пересечения вспомогательной эпюры и эпюры дополнительных вертикальных напряжений. Эта точка соответствует мощности сжимаемой толщи Нc = 4,2 м.
Осадку вычисляем с помощью послойного суммирования. Суммарная осадка не должна превышать предельно допустимых деформаций основания, которые составляют для данного вида сооружения 8 см.
Кроме того, глубина сжимаемой толщи не должна превышать значения, равного 6 · b = 6 · 1,5 = 9,0 м. Это условие выполняется:
Нс = 4,2 м ? 6·b = 9,0 м.
Таблица 6 — К расчету осадки фундамента мелкого заложения
Толщина пласта грунта, м
