Файл: Методические указания по выполнению курсовой работы по дисциплине основания и фундаменты.pdf

19 г) для двухэтажных и более помещений, указанных в позициях 4, 11, 12, б
n
5
,
0 5
,
0 2
4
−
+
=
ϕ
ϕ
(20)
Нормативное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проек- цию покрытия следует определять по формуле
0
в
t
g
S
c
с
S
µ
= ⋅ ⋅ ⋅
, кПа (21) где
в
c
- коэффициент, учитывающий снос снега с покрытий зданий под действием ветра или иных факторов, принимаемый в соответствии с 10.5-
10.9 [7];
t
c - термический коэффициент, принимаемый в соответствии с
10.10 [7];
µ
- коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снего- вой нагрузке на покрытие;
g
S - вес снегового покрова на 1 м
2
горизонтальной поверхности зем- ли, принимается в зависимости от снегового района для территории Россий- ской Федерации по данным таблицы 1 (приложение 8)
Коэффициент
µ
учитывает, что на крутых кровлях (при
α
≥ 60°) снег практически не задерживается, и тогда
µ
=0. При уклонах кровли
α
≤ 30° ко- эффициент
µ
=1, т.е. считается, что весь снег остается на крыше. При проме- жуточных значениях наклона кровли величина коэффициента
µ
принимается по интерполяции.
Кратковременная нормативная нагрузка на обрезе фундамента от рав- номерно распределенной нагрузки на чердачное перекрытие, междуэтажное перекрытие и снеговой нагрузки на внутреннюю стену (без окон) (рис.4,а) определяется по формуле
0
(
)
t
вн
чер
эт
P
А S
q
q n
ϕ
=
+
+
⋅ ⋅
, кН/м (22)
3.5
.4. Определение общих нагрузок на обрезе фундамента.
В курсовой работе расчет оснований и фундаментов ведется на основ- ное сочетания нагрузок, состоящее из одной постоянной и кратковременных:
(
)
2 2
1 1
t
t
t
t
d
m
P
P
P
C
ψ
ψ
+
+
=
, кН/м (23) где
m
C
- нагрузка для основного сочетания;
ti
ψ
(i=1,2,…) – коэффициенты сочетаний для кратковременных нагрузок. где
1
t
ψ
- коэффициент сочетаний, соответствующий основной по степе- ни влияния кратковременной нагрузке – нормативные значения равномерно распределенных нагрузок на чердачные помещения и междуэтажные пере- крытия;
2
t
ψ
- коэффициент сочетания для нормативного значения снеговой нагрузки.

20
Для основного сочетания нагрузок коэффициенты сочетаний кратко- временных нагрузок:
1
t
ψ
=1,0;
2
t
ψ
= 0,9;
3.5.5. Определение общих нагрузок на колонну.
В зависимости от расположения колонны постоянная нормативная нагрузка на ее фундамент от веса частей здания (рис.4,б) определяется по формуле
(
(
1)
)
(
)
d
кр
чер
эт
под
кол
кол
P
А q
q
q n
q
n
V
g
=
+
+
− +
+
⋅
⋅
, кН/м (24)
где
кол
g
– вес материала колонны, кН/ м
3
;
кол
V
– объем колонны м
3
В зависимости от расположения колонны кратковременная норматив- ная нагрузка на фундамент от равномерно распределенной нагрузки на чер- дачное перекрытие, междуэтажное перекрытие и снеговой нагрузки (рис.4,б) определяется по формуле
0
(
)
t
чер
эт
P
А S
q
q n
ϕ
=
+
+
⋅ ⋅
, кН/м (25)
Общая нагрузка на фундамент колонны ведется на основное сочетания нагрузок, состоящее из одной постоянной и кратковременных:
(
)
2 2
1 1
t
t
t
t
d
m
P
P
P
C
ψ
ψ
+
+
=
, кН/м (26)
3.6. Проектирование и расчет фундаментов мелкого заложения на есте- ственном основании.
3.6.
1.Определение минимальной глубины заложения подошвы фунда- мента. Выбор интервала возможных глубин заложения подошвы фундамента производят с учетом следующих факторов:
- инженерно-геологических и гидрогеологических условий строитель- ной площадки;
- размеров и характера нагрузок и воздействий на фундамент;
- типа и особенностей конструкции фундамента.
Инженерно-геологические и гидрогеологические условия имеют ре- шающее значение при назначении глубины заложения фундамента. Опреде- ление несущего слоя грунта, который может служить естественным основа- нием для фундамента, производят на основе предварительной оценки проч- ности и сжимаемости грунтов по геологическому разрезу. Фундаменты во всех случаях закладывают на грунтах, имеющих достаточную несущую спо- собность. Подошву грунта не располагают в слое слабого грунта (пески рых- лые, супеси текучие, суглинки и глины с показателем текучести
L
I
≥ 0,6. Эти слои необходимо пройти и заглубиться в подстилающий более прочный слой грунта минимум на 0,5 ÷ 1,0 м. Наиболее приемлемыми грунтами в ка- честве естественного основания являются мало сжимаемые скальные и по-

21 лускальные грунты, гравелистые и крупнозернистые пески, глинистые грун- ты твердой и полутвердой консистенции.
Одним из факторов, определяющих заглубление фундамента, является глубина сезонного промерзания грунтов. При расположении подошвы фун- дамента в зоне промерзания в случае пучинистых грунтов на фундамент мо- гут действовать силы пучения. Наибольшую опасность для сооружений представляют нормальные силы пучения. Если эти силы превысят давление на грунт от сооружения, то в процессе промерзания грунтов могут возник- нуть значительные и неравномерные подъемы фундамента, а при оттаивании
- неравномерные его осадки. Для устранения влияния нормальных сил пуче- ния подошву фундамента в пучинистых грунтах следует закладывать ниже зоны промерзания. Поэтому для верхних слоев основания необходимо вы- полнить проверку: является ли грунт пучинистым или непучинистым. К пу- чинистым грунтам относятся практически все глинистые грунты, а также мелкие и пылеватые пески; пески гравелистые, крупные и средней крупности являются непучинистыми грунтами. Следует отметить, что пылевато- глинистые грунты не проявляют пучения, если они находятся в твердом со- стоянии (
L
I < 0) и уровень подземных вод залегает ниже расчетной глубины промерзания более чем на 1,5 м – для супесей, 2,5 м – для суглинков и 3 м - для глин.
Различают нормативную глубину промерзания и расчетную глубину промерзания грунтов. Нормативная глубина промерзания грунта принимает- ся равной средней из ежегодных максимальных глубин промерзания по дан- ным наблюдений за 10 лет. При отсутствии этих данных допускается опреде- лять эту глубину по эмпирической формуле:
t
fn
M
d
d
0
=
, (27) где
0
d
- величина, принимаемая равной 0.23 м – для суглинков и глин; для супесей, песков мелких и пылеватых – 0,28 м; для песков гравелистых, крупных и средней крупности – 0,30 м; для крупнообломочных грунтов – 0,34 м;
t
M
- безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных- температур за зиму в данном районе.
Расчетная глубина сезонного промерзания грунта
f
d
определяется по формуле
fn
h
f
d
K
d
=
, (28) где
h
K
- коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения, равный 1,1.

22
На суходолах в пучинистых грунтах подошву фундамента располагают ниже расчетной глубины промерзания не мене, чем на 0,25 м, т.е.
25
,
0
+
≥
fn
d
d
В непучинистых грунтах отметку подошвы фундамента назначают независимо от глубины промерзания. В пределах намеченного интервала возможных значений глубины заложения подошвы фундамента опоры следу- ет принять некоторое предварительное значение d . Для принятой глубины заложения размеры подошвы фундамента в плане определяют расчетом ос- нования по первой и второй группам предельных состояний.
Отметку плоскости обреза фундамента назначают обычно на 0,1 ÷ 0,25 м ниже отметки поверхности грунта.
В порядке первого приближения требуемая площадь подошвы фунда- мента при принятой глубине заложения может быть определена по формуле:
1 0
общ
ср
N
b
R
d
g
=
−
⋅
, м (29) где
общ
N
– нормативная нагрузка на обрезе фундамента, кН/м.п.;
0
R
– расчетное сопротивление грунта основания, кПа;
ср
g
– средний удельный вес материала фундамента и грунта на его уступах, принимается равным 20 кН/м
3
;
d – глубина заложения фундамента от уровня планировки, м.
Так как значение расчетного сопротивления R
0
относится к фундамен- там, имеющим ширину b=1 м и глубину заложения
d
=2 м и не учитываю- щим прочностные характеристики грунта, то производится уточнение значе- ния
R
с учетом конструктивных особенностей фундамента по формуле:
(
)
[
]
II
c
II
b
q
II
q
II
z
c
c
C
M
d
M
d
M
b
k
M
k
R
+
′
−
+
′
+
=
g g
g g
g g
1 1
1 2
1
, кПа (30) где
1
c
g и
2
c
g
- коэффициенты условий работы, принимаемые по табли- це СНиП. Для определения этих коэффициентов потребуется вычислить от- ношение длины здания к его высоте – L/H;
k - коэффициент , k =1, если прочностные характеристики грунтов
ϕ
и
с определены непосредственными испытаниями, и k =1.1 – если они приняты по табличным значениям; g
M ,
q
M
,
c
M
- коэффициенты, принимаемые по таблице СНиП;
z
k
- коэффициент, при b>10 м
2
,
0 0
+
=
b
z
k
z
, здесь
0
z
=8 м.
b –
ширина подошвы фундамента, м;
II
g
- осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залега- ющих ниже подошвы фундамента ( при наличии подземных вод определяет- ся с учетом взвешивающего действия воды) кН/м
3
;
II
g
′
- то же, залегающих выше подошвы, кН/м
3
;

23 1
d
- глубина заложения фундамента бесподвальных сооружений от уровня планировки или приведенная глубина заложения наружных и внут- ренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле (6.4)
II
cf
cf
s
h
h
d
g g
′
+
=
/
1
, м (31) где
s
h
- толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м;
cf
h
- толщина конструкции пола подвала, м;
cf
g
- расчетное значение удельного веса конструкции пола подвала, кН/м
3
;
b
d
- глубина подвала – расстояние от уровня планировки до пола под- вала, м.
Во второй итерации определяют
2
b
по формуле (6.2), где вместо
0
R
подставляют значение
1
R
. Значение
2
b
, подставленное в формулу (6.3) поз- воляет определить
2
R
Далее сравнивают значения
1
b
и
2
b
. Если расхождение между ними не превышает 10 %, то ширину подошвы фундамента принимают равной
2
b
. В противном случае вычисления продолжают до тех пор, пока выполнится условие
1 0
1 1
≤
−
−
i
i
b
b
3.3.4.
Проверка несущей способности слоя слабого грунта, залега- ющего ниже подошвы фундамента. Согласно СП 22.13330.2016, проверку несущей способности подстилающего слоя слабого грунта следует произво- дить исходя из условия
z
zg
zp
R
≤
+
σ
σ
, (32) где
zp
σ
- дополнительное вертикальное напряжение от загрузки фундамента, кПа;
zg
σ
- напряжение от собственного веса грунта, считая от природного рельефа грунта, кПа;
z
R
- расчетное сопротивление грунта на глубине кровли слабого грунта z.
3.3.5.
В большинстве практических случаев основание сложено по глу- бине разнородными грунтами, представленными в материалах инженерно- геологических изысканий инженерно-геологическими элементами (ИГЭ).
Метод послойного суммирования позволяет учитывать разнородность грунтового массива по глубине. В основе метода лежит суммирование осадок элементарных слоев от действия дополнительных напряжений. При этом распределение дополнительных напряжений в грунтовом массиве принима- ется в соответствии с моделью линейно-деформируемого полупространства.

24
Дополнительными напряжениями называют напряжения в грунтовом масси- ве от действия внешней нагрузки.
Расчет осадки оснований по методу послойного суммирования произ- водится в соответствии с рекомендациями СП 22.13330.2016 «Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*»
(Рис.6).
Рисунок 6 – Расчетная схема к методу послойного суммирования
Расчета осадки основания ведется в следующей последовательности.
1. Строим расчетную схему, включающую фундамент здания и инже- нерно-геологические элементы с физико-механическими характеристиками.
2. Разбиваем грунтовый массив ниже подошвы фундамента шириной b на элементарные слои, исходя из следующих условий:
- мощность любого элементарного слоя должна быть не более 0,4b;
- слои должны быть однородными по своим свойствам.
3. Определяем по формуле вертикальные напряжения в любой точке основания
∑
=
⋅
=
n
i
i
i
zg
h
1
g
σ
, кПа, (33) где n – число слоев грунта, от веса которых определяется напряжение;
i
g
– удельный вес грунта i-го слоя, кН/м
3
;
i
h – толщина i-го слоя, м.

25
Удельный вес грунтов с учетом взвешивающего действия воды
sb
g
, за- легающих ниже уровня подземных вод, но выше водоупора, определяют по формуле
e
w
s
sb
+
−
=
1
g g
g
, (34) где
w
g
– удельный вес воды, кН/м
3
,
w
g
=10
кН/м
3
;
s
g
– удельный вес частиц грунта, кН/м
3
;
e
– коэффициент пористости грунта, д.е.
В этом случае к вертикальному напряжению от собственного веса грунта
zg
σ
на кровлю водоупора добавляется гидростатическое давление столба воды, определяемое по формуле
=
гидр
P
w
w
h
⋅
g
4. Определяем ординаты эпюры вертикальных напряжений от дей- ствия собственного веса грунта
zg
σ
и вспомогательной эпюры
0.5
σ
zp
5. По вычисленным значениям слева от оси симметрии строим эпюру напряжений от собственного веса грунтов в масштабе: по горизонтали в 1 см
–
50 кПа; по вертикали - в 1 см –0,5 м.
6.
Определяем вертикальные напряжения от внешней нагрузки от по- дошвы фундамента на глубине z по вертикали, проходящей через центр по- дошвы, по формуле
, кПа, (35) где
α
– коэффициент, принимаемый по (приложение 11)
в зависимости от относительной глубины
ξ
, равной 2z/b;
p – среднее давление под подошвой фундамента
, кПа.
Значения напряжений
zp
σ
определяются на границах элементарных слоев. Начинается эпюра напряжений
zp
σ
от уровня подошвы фундамента.
Чтобы избежать интерполяции при определении коэффициента
α
, за- даются значением ξ = 0,4 и вычисляют высоту элементарного слоя грунта
2 4
,
0
b
h
i
⋅
=
, м.
7.
Верхней границей сжимаемой толщи является подошва фундамента.
Нижнюю границу сжимаемой толщи B.C. принимают на глубине
c
H
z
=
,
где выполняется условие
При этом глубина сжимаемой толщи должна быть не меньше
, равной при 10 м,
Если найденная по вышеуказанному условию нижняя граница сжима- емой толщи находится в слое грунта с модулем деформации
5
≤
Е
МПа или такой слой залегает непосредственно ниже глубины
c
H
z
=
, нижнюю грани- цу сжимаемой толщи определяют из условия
=
zp
σ
zg
σ
1
,
0

26
Определение нижней границы сжимаемой толщи основания удобно выполнять графически, для чего находят точку пересечения эпюры 0.5σ
zp или
zg
σ
1
,
0
(в зависимости от условий ограничения сжимаемой толщи) с эпюрой дополнительных напряжений
zp
σ
. Точка пересечения линий, ограничиваю- щих эти эпюры, и определит положение нижней границы сжимаемой толщи.
3.3.6.
Последовательность проектирования свайных фундаментов.
Проектирование свайных фундаментов включает ряд поверочных рас- четов и операций, которые проводятся в указанной ниже последовательно- сти.
Определяют величины и невыгодные сочетания нагрузок, действую- щих на фундамент на уровне поверхности отметки земли или верхней по- верхности ростверка.
Назначают верхние и нижние отметки ростверка с учетом конструктив- ных особенностей здания и сооружения по аналогии с выбором этих отметок для фундаментов неглубокого заложения.
Выбирают тип, способ погружения и предварительные размеры свай, сообразуясь с грунтовыми условиями, действующими нагрузками, конструк- тивными особенностями проектируемого здания или сооружения, наличием необходимого оборудования для погружения свай и возможностью примене- ния его на строительной площадке.
Предварительная расчетная длина свай (без учета заострения и заделки в ростверк) назначается из условия погружения их на глубину не менее 0,5 м в крупнообломочные грунты, гравелистые, крупные и средней крупности песчаные грунты и глинистые грунты консистенцией I
L
≤ 1 и не менее 1 м в остальные грунты.
Окончательная длина сваи уточняется расчетами несущей способности по грунту, а длинных забивных свай, свай-оболочек и свай, формируемых в грунте и по материалу.
Для одного здания или сооружения желательно назначать сваи одного разме- ра или, во избежание ошибок, заметно отличающиеся друг от друга по раз- меру.
Определяют несущую способность одиночной висячей забивной сваи по грунту.
Определяют число свай в свайном фундаменте и размещают сваи в плане.
Проверяют давление по подошве условного свайного фундамента и со- поставляют его с расчетным давлением.
Определяют осадку условного свайного фундамента.
По результатам поверочных расчетов уточняют конструкцию, оконча- тельные размеры фундамента и его отдельных частей.
Подбирают оборудование для устройства или погружения свай. Для забивных свай определяют расчетный отказ.

27 3.3.7.
Выбор типа свай, положения подошвы свайного ростверка и предварительной длины сваи.
Плита ростверка, как правило, должна быть погружена ниже дневной поверхности.
Степень экономической целесообразности использования свайного фундамента во многом зависит от правильно выбранной длины сваи и глуби- ны заложения подошвы свайного ростверка.
Во всех случаях нижние концы свай, как правило, следует заглублять в более прочные и относительно менее сжимаемые грунты, прорезая более слабые напластования грунтов.
Оценку несущего слоя пылевато-глинистых грунтов производят по по- казателю текучести
L
I
, песчаных - по содержанию частиц различной круп- ности и плотности сложения, устанавливаемых по данным лабораторных ис- следований. В некоторых случаях глубина погружения свай предопределяет- ся почти однозначно геологическим разрезом. Если на достижимой глубине имеется слой крупно или среднезернистого песка плотного сложения или же слой пылевато-глинистого грунта твердой консистенции, то торец сваи мож- но ввести в такой грунт (без учета заострения) не менее чем на 0,5 м, что и определяет максимально возможную длину сваи. Погружение сваи в несу- щий слой не менее 0,5 м может быть принято также для песков крупных и средней крупности, а также для пылевато-глинистых грунтов с показанием текучести
L
I
≤ 0,1. Требование о величине заглубления нижних концов свай на 0,5 м объясняется тем, что кровля этих грунтов, как правило, неоднород- ная, выветрелая и содержит включения вышележащих сжимаемых слоев грунта, подлежащих прорезке. В прочие нескальные грунты нижний конец сваи должен заглубляться не менее 1,0 м. В указанных выше условиях мак- симальная глубина погружения, как правило, является наиболее целесооб- разной, за исключением тех случаев, когда действующие нагрузки малы и могут быть эффективно переданы основанию сваями меньшей длины.
Опирание нижних концов свай на пылевато-глинистые грунты с пока- зателем текучести
L
I
> 0,6 и рыхлые пески следует избегать ввиду их низкой несущей способности. Нижний конец сваи нельзя располагать непосред- ственно на границе двух природных слоев грунта, его следует помещать или выше границы на 1,0-1,5 м (при условии, что несущая способность подсти- лающего грунта не ниже чем выше расположенного) или же войти в подсти- лающий слой на глубину, определяемую видом грунта (минимум на 0,5 м).
Мощность несущего слоя грунта ниже острия свай должна быть не менее 2-3 м, если он подстилается слабым грунтом. В случае однородных на большую глубину оснований или если в основании залегают грунты с более или менее одинаковой несущей способностью, длина сваи определяется подбором. В одних случаях может оказаться целесообразным увеличение длины сваи, а в других – нет.
Таким образом, полная длина сваи (без учета заострения) определяется из выражения