Каков удельный вес грунта над подошвой фундамента

Удельный вес грунта, залегающего выше подошвы фундамента, играет ключевую роль в проектировании и строительстве зданий. Он определяет нагрузку, которую будет испытывать фундамент, и влияет на стабильность конструкции. Правильное определение удельного веса грунта позволяет провести качественный расчет фундамента и избежать его деформаций или разрушений в будущем.

Факторы, влияющие на удельный вес грунта, включают его состав, влажность и степень уплотнения. Чем больше значение удельного веса, тем выше нагрузка на основание, что требует тщательного выбора типа и размеров фундамента. Обеспечение баланса между удельным весом грунта и характеристиками фундамента является основой для устойчивости и долговечности строений.

Определение расчетного сопротивления грунта

Настоящий расчет выполняется строго в соответствии с СП 22.13330.2011 "Основания зданий и сооружений".

Определение понятия и механизм сопротивления грунта — ЧИТАТЬ ЗДЕСЬ.

Характеристики грунтов над подошвой фундамента:

Характеристики грунтов под подошвой фундамента:

Добавить
убрать
слой

Отметьте если прочностные характеристики (φ, c) определены непосредственными испытаниями:

Наличие грунтовых вод:

Глубина поверхности грунтовых вод от планировочной отметки, hWL, м:

Жесткость конструктивной системы здания:

К сооружениям с жесткой конструктивной системой относят сооружения, конструкции которых специально приспособлены к восприятию усилий от деформаций основания, в том числе за счет мероприятий по усилению оснований и использовании эффективных фундаментов, к таким зданиям относятся: здания панельные, блочные и кирпичные, сооружения типа башен, силосных корпусов, дымовых труб и др.;

Глубина расположения фундамента, d,м:

Ширина подошвы фундамента, b,м:

Площадь фундамента, м 2

Длина сооружения или его отсека, L,м

Высота сооружения (отсека), H,м

Толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, hs,м

Глубина подвала, расстояние от уровня планировки до пола подвала d b , м.

Толщина конструкции пола подвала, hcf,м

Расчетное значение удельного веса конструкции пола подвала, γcf, кН/м 3

РАССЧИТАТЬ

Для принятых условий расчетное сопротивление грунта составит:

Расчетное сопротивление грунта R, должно быть больше среднего давления под подошвой фундамента, p.

Это условие является важной предпосылкой применения методов расчета осадок, основанных на использовании положений теории линейного деформирования грунта. Рекомендуется подбирать такие параметры конструктивной системы здания и фундаментов, чтобы расчетное сопротивление R было не менее 150кПа и не более 500 кПа.

Данный расчет по определению расчетного сопротивления грунта основания является одним из ключевых при расчете зданий и сооружений по второму предельному состоянию. Условие соблюдения этого расчета (p

Расчетное сопротивление грунтов основания при устройстве грунтовых подушек или преобразования свойств грунтового массива определяется исходя из задаваемых проектом физико-механических характеристик проектируемого основания.

Определение расчетного сопротивления грунта основания

Размеры фундамента bxl=20х30м; глубина заложения фундамента d=2м; здание с гибкой конструктивной схемой; подвал отсутствует; характеристики грунтов определены по таблицам. Нагрузка на основание N=120000кН; среднее давление по подошве фундамента p=200кН/м 2

Характеристики грунтов основания:

Важно! Вид грунта, указанный в конце таблицы, влияет на результат определения расчётного сопротивления грунта, а также на другие расчёты

Напластование грунтов:

Параметры нагрузки:

Параметры расчета:

Результаты расчета в модуле ГРУНТ

Rz=392.085кН/м 2 по подошве фундамента (отметка +98.000). Rz=570.161кН/м 2 на глубине 3.5м от подошвы фундамента (отметка +94.500).

Определение расчетного сопротивления грунта основания под подошвой фундамента R (отметка +98.000)

Расчетное сопротивление грунта основания определяется по формуле 5.7 (п. 5.6.7 СП 22.13330.2016):

γС1 и γС2 – коэффициенты условий работы по табл. 5.4 СП 22.13330; k – коэффициент, принимаемый равным 1, если характеристики определены непосредственными испытаниями и 1.1, если по таблицам; Mγ, Mq и Mc – коэффициенты, принимаемые по таблице 5.5; kz – коэффициент, принимаемый равным 1 при b10, здесь Z0=8м; b – ширина подошвы фундамента; γII – осреднённое расчётное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента; γ’II – осреднённое расчётное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента; cII – расчётное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента; d1 – глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки или приведённая глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала;

d1=hs+hcf*γcf/γ’II

hs – толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м; hcf – толщина конструкции пола подвала; γcf – расчётное значение удельного веса конструкции пола подвала; db – глубина подвала.

γС1=1.25 и γС2=1, т.к. непосредственно под фундаментом залегает грунт ИГЭ-2 песок пылеватый. k=1.1 т.к. характеристики грунтов определены по таблицам. Коэффициенты Mγ, Mq и Mc определяются по таблице 5.5 СП 22.13330 в зависимости от угла внутреннего трения φ. Данная таблица составлена на основании формул:

Mγ=ψ/4;, Mq=1+ψ; Mc=ψ*ctgφ,

Т.к. основание под фундаментом неоднородное, то, в соответствии с пунктом 5.6.10 СП 22.13330, для определения R следует принимать средневзвешенные значения характеристики грунтов по глубине ZR=0.5b при b

При ширине фундамента b=20м → ZR=4+0.1*20=6м.

Таблица 1
Определение средневзвешенных значений характеристик грунтов ниже подошвы фундамента

Таблица 2
Определение средневзвешенного веса грунтов выше подошвы фундамента

Осредненные характеристики определяются по формуле:

Хср=∑Xi*hi/∑hi.

ψ=π/(ctgφ+φ-π/2)= 3.142/(ctg24.333+24.333/(180/3.142)- 3.142/2)= 2.949 Mγ=ψ/4=0.74;, Mq=1+ψ=3.95; Mc=ψ*ctgφ=6.52

Коэффициент, зависящий от ширины фундамента: kz=Z0/b+0.2=8/20+0.2=0.6

Определение расчетного сопротивления грунта основания на глубине 3.5м от подошвы фундамента (отметка +94.500)

Распределение напряжений по глубине сжимаемой толщи:

По глубине сжимаемой толщи должно выполняться условие (условие 5.9 СП 22.13330):

σz=(σzp-σzγ)+σzg≤Rz,

где σzp, σzγ и σzg – вертикальные напряжения на глубине Z от подошвы фундамента.

Определим σz и Rz на глубине Z=3.5м от подошвы фундамента.

σz=(196.224-34.192)+96.025=258.057кН/м 2

Rz определяется для условного фундамента шириной:

bz=(Az-a 2 )-a=(615.55-5 2 )-5=20.23м

где Az=N/σzp=120000/196.224=615.55м2; σzp=196.244кН/м2 – дополнительное давление на глубине Z=3.5м от подошвы фундамента (определено при помощи модуля ГРУНТ); a=(l-b)/2=(30-20)/2=5м.

Средневзвешенные значения характеристики грунтов определяются по глубине ZR=4+0.1*20.23=6.23м.

Таблица 3
Определение средневзвешенных значений характеристик грунтов ниже подошвы фундамента

Таблица 4
Определение средневзвешенного веса грунтов выше подошвы фундамента

ψ=π/(ctgφ+φ-π/2)= 3.142/(ctg18.49+18.49/(180/3.142)- 3.142/2)= 1.803 Mγ=ψ/4=0.451;, Mq=1+ψ=2.803; Mc=ψ*ctgφ=5.392

Коэффициент, зависящий от ширины фундамента: kz=Z0/b+0.2=8/20.23+0.2=0.595

Сравнение результатов расчета

Влияние размеров подошвы фундамента на расчётное сопротивление грунта

Следует помнить, что значение R грунта зависит от многих параметров, один из которых – размер фундамента в плане. Рассмотрим пример определения R грунта под подошвой фундамента квадратной формы в плане, при разных размерах подошвы: 5х5 м, 10х10 м, 15х15 м, 20х20 м, при этом смоделируем две ситуации:

• размер фундамента, принятый в расчёте, совпадает с фактическим;
• размер фундамента, принятый в расчёте постоянен (10х10 м), вне зависимости от фактического размера;

План расположения фундаментов с различными размерами подошвы

Выполним расчёт и проанализируем результаты. На иллюстрации приведён пример изменения R грунта в зависимости от размеров фундамента.

Сравнение результатов определения R грунта прямо под подошвой фундамента при разных размерах квадратного фундамента

Как видно, для первой группы фундаментов (слева), результат определения R грунта зависит от размеров подошвы. Для второй группы фундаментов (справа), величина R грунта прямо под подошвой фундамента постоянна и не зависит от размера подошвы. Выясним причину такого расхождения результатов, для этого проверим величину R грунта не только под подошвой, но и на определённой глубине от отметки подошвы.

Отличие R грунта прямо под подошвой квадратного фундамента и на глубине 2 м от низа подошвы

Анализ результатов расчёта показывает, что на глубине 2 м от низа подошвы фундамента R грунта «выравнивается» и уже не зависит от размера фундамента, указанного в настройках. Так происходит, потому что габариты условного фундамента на глубине считаются от напряжений из расчёта упругого полупространства и условного размера a, равного среднему из габаритов l и b. Для того, чтобы объяснить такое явление, обратимся к п.5.6.25 СП 22.13330.2016.

Выдержка из СП 22.13330.2016 п.5.6.25

Теперь выполним сравнение результатов определения R грунта для фундаментов прямоугольной формы в плане, при разных размерах подошвы: 5х25 м, 10х50 м, 15х75 м, 20х100 м, при этом, так же, как и в предыдущей задаче, смоделируем две ситуации:

• размер фундамента, принятый в расчёте, совпадает с фактическим;
• размер фундамента, принятый в расчёте постоянен (10х50 м), вне зависимости от фактического размера;

Выполним расчёт и проанализируем результаты. Как и в предыдущем случае, для первой группы фундаментов (слева), результат определения R грунта зависит от размеров подошвы. Для второй группы фундаментов (справа), величина R грунта постоянна и не зависит от размера подошвы.

Сравнение результатов определения R грунта прямо под подошвой фундамента при разных размерах подошвы прямоугольного фундамента

Если выполнить расчёт R грунта не только под подошвой, но и на глубине 2 м от отметки подошвы, то результат уже не будет аналогичен результату в предыдущей задаче (см. на рисунке ниже), поскольку для прямоугольного фундамента величина а≠0, т.е. от введенных размеров прямоугольного фундамента расчетное сопротивление грунта R будет зависеть и по глубине тоже (хотя и немого выровняются в сравнении с неверным результатом сразу под подошвой при неверно заданных размерах), поэтому важно эти размеры для расчета приблизить к фактическим.

Отличие R грунта под подошвой прямоугольного фундамента и на глубине 2 м от низа подошвы

Где может возникнуть ошибка при определении размеров подошвы фундамента для расчёта R грунта? Такая ситуация может произойти при расчёте столбчатого фундамента, в момент назначения элементам фундамента давления под подошвой Pz, в среде Визор. В версиях ЛИРА САПР 2018 и старше, расчёт R грунта не выполнялся, поэтому, при назначении Pz, допускалось выполнять этот процесс одновременно для всех элементов, моделирующих фундамент. Если повторить те же самые действия в ЛИРА САПР 2019 и старше, то возникнет ситуация, когда программа будет считать, что все столбчатые фундаменты составляют единую группу конструкций и размеры фундамента, для вычисления R грунта, будут приняты по максимальному габариту описанного прямоугольника* вокруг этой группы фундаментов.

* В системе Грунт габариты описанного прямоугольника вокруг группы Pz строятся в главных осях фигуры, которую составляют входящие в группу нагрузки. Т.е. для групп Pz, состоящих из одного правильного прямоугольника, габариты автоматически определенные будут корректными (равными размерам прямоугольника), независимо от поворота этого прямоугольника в плане.

Габариты подошвы фундамента, когда все столбчатые фундаменты объединены в единую подгруппу

Размеры подошвы фундамента, автоматически определённые по габаритам подгруппы столбчатых фундаментов в системе ГРУНТ

Результат определения расчётного сопротивления грунта под подошвой фундамента при размерах подошвы Lxb 19.5х13.5 м

При этом, если назначить размеры фундамента правильно 1.5х1.5 м, то значение расчётного сопротивления получится меньше.

Эту ситуацию можно исправить следующим способом: в окне редактирования импортированной нагрузки, включить ввод размеров фундаментов вручную и ввести размер столбчатого фундамента Lxb.

В случае, когда в схеме присутствуют фундаменты разных размеров, нужно будет разбивать их на отдельные подгруппы, ещё на стадии назначения Pz. Это можно сделать на стадии задания давления Pz под подошвой фундамента, для чего нужно ввести номер подгруппы в соответствующем поле диалогового окна Задание коэффициентов С1 и С2.

Присвоение номера подгруппы фундаментов при назначении Pz под подошвой

Мозаика подгрупп нагрузок Pz

Фундаменты, разделённые на подгруппы, будут экспортированы в систему ГРУНТ, где можно будет включить расчёт R грунта с автоматическим определением размеров. В этом случае, данные для определения расчётного сопротивления грунта будут введены корректно.

В версии 2024 в момент создания или изменения модели грунта, при наличии в расчетной схеме единой назначенной группы Pz нескольким отдельным фундаментам (не имеющим общих границ), выдается предупреждение с предложением автоматически разбить такие нагрузки на отдельные подгруппы. Если нажать «Да», то программа автоматически разделит нагрузку, как в самой расчетной схеме, так и в системе Грунт.

Пример расчета ленточного и столбчатого фундаментов

Уважаемые коллеги, продолжаем рассматривать пример расчета ленточного фундамента с помощью программы ФОК Комплекс, в этот раз мы рассмотрим расчет ленточного и столбчатого фундаментов.

Перед вводом данных в программу ФОК-Комплекс я стараюсь придерживать такого порядка действия:

1. Определяюсь с отметками, прорисовываю расположения фундаментов, ниже приведен пример:

2. Вычисляю расчетное сопротивление грунта (вручную или по программе), для того что бы проверить совпадает ли данное значение с результатом в программе ФОК Комплекс, ниже приведен пример:

СП 22.13330.2011 Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*

Определение расчетного сопротивления грунта основания

5.6.7 При расчете деформаций основания фундаментов с использованием расчетных схем, указанных в 5.6.6, среднее давление под подошвой фундамента р не должно превышать расчетного сопротивления грунта основания R, определяемого по формуле

(5.7)

где gс1и gс2- коэффициенты условий работы, принимаемые по таблице 5.4;

k — коэффициент, принимаемый равным единице, если прочностные характеристики грунта (jII и сII) определены непосредственными испытаниями, и k=1,1, если они приняты по таблицам приложения Б;

b — ширина подошвы фундамента, м (при бетонной или щебеночной подготовке толщиной hnдопускается увеличивать bна 2hn);

gII — осредненное (см. 5.6.10) расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), кН/м 3 ;

g’II — то же, для грунтов, залегающих выше подошвы фундамента, кН/м 3 ;

сII — расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента (см. 5.6.10), кПа;

d1 — глубина заложения фундаментов, м, бесподвальных сооружений от уровня планировки или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле (5.8). При плитных фундаментах за d1принимают наименьшую глубину от подошвы плиты до уровня планировки;

db — глубина подвала, расстояние от уровня планировки до пола подвала, м (для сооружений с подвалом глубиной свыше 2 м принимают равным 2 м);

здесь hs — толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м;

hcf — толщина конструкции пола подвала, м;

gcf — расчетное значение удельного веса конструкции пола подвала, кН/м 3 .

При бетонной или щебеночной подготовке толщиной hn допускается увеличивать d1 на hn.

Примечания:

1. Формулу (5.7) допускается применять при любой форме фундаментов в плане. Если подошва фундамента имеет форму круга или правильного многоугольника площадью А, значение bпринимают равным .

1. Расчетные значения удельного веса грунтов и материала пола подвала, входящие в формулу (7) допускается принимать равными их нормативным значениям.

1. Расчетное сопротивление грунта при соответствующем обосновании может быть увеличено, если конструкция фундамента улучшает условия его совместной работы с основанием, например, фундаменты прерывистые, щелевые, с промежуточной подготовкой и др.
2. Для фундаментных плит с угловыми вырезами расчетное сопротивление грунта основания допускается увеличивать, применяя коэффициент kd по таблице 5.6.
3. Если d1>d (d- глубина заложения фундамента от уровня планировки), в формуле (5.7) принимают d1 = dи db = 0.
4. Расчетное сопротивления грунтов основания R, определяемое по формулам (В.1) и (В.2) с учетом значений R0 таблиц B.1-В.10 приложения В, допускается применять для предварительного назначения размеров фундаментов в соответствии с указаниями разделов 5-6.

Исходные данные

Основание фундаментом являются — Супесь лессовидная просадочная низкопористая твердая (ИГЭ 2)

сII= 0,6 т/м 2 ; d1 = 2,30 м + 0,10 м * 2,00 т/м 3 / 1,653 т/м 3 = 2,30 м + 0,121 м = 2,421 м;

R = (1,25 х 1,00) / 1,00 * [0,78 * 1,00 * 3,00 м * 1,800 т/м 3 + 4,11 * 2,421 м * 1,653 т/м 3 +

+ (4,11 – 1,00) * 1,05 м * 1,653 т/м 3 + 6,67 * 0,6 т/м 2 ] = 1,25 * (4,212 т/м 2 + 16,44786243 т/м 2 +

+ 5,3978715 т/м 2 + 4,002 т/м 2 ) =37,5746674125 т/м 2 .

Расчетное сопротивление грунта определяется согласно СНиП 2.02.01-83

‘Основания зданий и сооружений’ по формуле 7:

ВВЕДЕННЫЕ ДАННЫЕ:

Ширина подошвы фундамента b= 3 м

Глубина заложения фундамента d= 3.35 м

Гибкая конструктивная схема здания

Длина здания L= 0 м

Высота здания H= 0 м

Здание с подвалом — фундамент под наружную стену (колонну)

Толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала hs= 2.3 м

Толщина конструкции пола подвала hcf= 0.15 м

Удельный вес материала пола подвала ycf= 2.2 тс/м3

Тип грунта: пылевато-глинистые, а также крупнообломочные с пылевато-глинистым заполнителем с

показателем текучести грунта или заполнителя IL

Угол внутреннего трения Fi= 25 град.

Удельное сцепление С= 0.6 тс/м2

Fi и С определены непосредственными испытаниями

Осредненный удельный вес грунтов, залегающих

выше подошвы фундамента y21= 1.653 тс/м3

ниже подошвы фундамента y2= 1.8 тс/м3

ВЫЧИСЛЕННЫЕ ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ ДАННЫЕ:

Отношение длины к высоте здания L/H= 0.00

Коэффициент условий работы Yc1= 1.25

Коэффициент условий работы Yc2= 1

Коэффициент k= 1

Коэффициент kz= 1.00

Коэффициент My= 0.78

Коэффициент Mq= 4.11

Коэффициент Mc= 6.67

Глубина заложения фундамента, или приведенная глубина для зданий с подвалом d1= 2.50 м

Глубина подвала db= 0.90 м

R= (Yc1 * Yc2 / k) * (My * kz * b * y2 + Mq * d1 * y21 + (Mq — 1) * db * y21 + Mc * C) =

= ( 1.25 *1.00/ 1 )*( 0.78 *1.00* 3 *1.80+ 4.11 *2.50*1.65+( 4.11 -1)*0.90*1.65+ 6.67 *0.60)= 37.28 тс/м2

РАСЧЕТНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ГРУНТА R= 37.28 тс/м2

Данные предварительные вычисления позволяют по результатам программы ФОК Комплекс проверить правильно ли были введены исходные данные, проверяя совпадает ли осадка, расчетное сопротивление грунта (разброс до 15% вполне допустимо). Теперь рассмотрим небольшой многоэтажный медицинский центр, в котором необходимо сделать расчет ленточного и столбчатого фундаментов.

Исходные данные примера расчета ленточного фундамента

Площадка строительства характеризуется следующими атмосферно-климатическими воздействиями и нагрузками:

• вес снегового покрова (расчетное значение) — 240 кг/м 2 ;
• давление ветра — 38 кг/м 2 ;

основанием является грунт II категории по сейсмическим свойствам.

площадка строительства — 7 баллов.

Значение характеристик грунтов засыпки, уплотненных согласно нормативным документам с коэффициентом уплотнения не менее 0,95 от их плотности в природном сложении, допускается устанавливать по характеристикам тех же грунтов в природном залегании.

Нагрузки на столбчатые и ленточные фундаменты получены из программы ПК ЛИРА 10.4.

Ниже выдержки из некоторых таблиц исходных данных.

Производим расчет, по результатам расчета начальное просадочное давление во всех слоях просадочного грунта не превышает давления на основание, вводим характеристики грунта при полном водонасыщении в таб.2.1 и 2.3, кроме того под фундаментами выполняем песчаную подушку из песка средней крупности.