Проектування фундаментів на піщаній подушці

 

Для піщаних подушок застосовуються намивні або пошарово укладені з ущільненням (r_d = 1,65 г/см³) в котловані або траншеї пилуваті, дрібні, середньозернисті або крупні піски.

Розрахунковий опір грунту піщаної подушки призначається для пилуватих пісків R_о = 200 кПа; для дрібних R_о = 250 кПа; для середньозернистих R_о = 300 кПа; для крупних R_о = 350…400 кПа. Розрахунок піщаної подушки ведеться в наступній послідовності:

Визначаємо площу стовпчатого фундаменту і його розміри за формулою:

А = (4.1)

де: – навантаження по обрізу фундаменту, кН;

R_о – розрахунковий опір грунту, кПа;

- середнє значення питомої ваги фундаменту і грунту на его обрізах

( = 20 кН/м³);

- глибина закладення підошви фундаменту, м.

Викреслюємо розрахункову схему (рис. 4.1).

 

 

стр

 

Рис. 4.1 Схема до розрахунку фундаменту на піщаній подушці.

 

Осідання основи фундаменту, встановленого на піщаній подушці, розраховується інтегральним методом або методом пошарового підсумування.

Визначаємо осідання основи фундаменту, встановленого на піщаній по-душці, інтегральним методом за формулою:

(4.2)

де: – коефіцієнт, який враховує форму і співвідношення сторін фундаменту, приймається за графіком (рис. 4.2);

р_э,ср=0,5 р_э , кПа – середній ефективний тиск в межах зони деформації;

Н_а – глибина зони деформації;

Визначаємо глибину зони деформації Н_а (рис. 4.4).

Визначаємо ширину зони деформації С_а (рис. 4.3).

Е_гр,ср, кПа – середнє значення модуля об'ємної деформації, визначається за графіком (рис. 4.5) при значенні щільності в сухому стані ρ_d =1.65 г / см³.

k

 

 

Рис. 4.2. Залежність коефіцієнта «k» від форми фундаменту в плані «η»

 

Визначаємо ефективний тиск фундаменту на піщаній подушці за формулою:

р_э = р–р_стр, кПа (4.3)

де: – середній тиск під підошвою фундаменту.

Величину структурного опору грунту ущільненню можна підрахувати за формулою 4.4 з врахуванням даних таблиці 4.1.

(4.4)

 

 

Таблиця 4.1

Коефіцієнти і для визначення структурного опору грунту ущільненню

№ п/п	Вид грунтів
1. 2.	Піщані грунти Пилувато-глинисті грунти: Тверді і напівтверді Тугопластичні М´якопластичні Текучопластичні Текучі

 

 

 

– р = 200 кПа;

--- р = 300 кПа.

 

Рис. 4.3. Графік залежності ширини зони деформації «С_а» від приведеного розміру фундаменту « », форми фундаменту, тиску в підошві «р».

 

Ha

– р = 200 кПа;

--- р = 300 кПа.

 

Рис. 4.4. Графік залежності глибини зони деформації «Н_а» від приведеного

розміру фундаменту « », форми фундаменту, тиску по підошві «р»

 

 

Пісок середньої крупності і крупнозернистий   Пісок дрібний     Пісок пилуватий   ρd г/см3

ρ_d г/см³

 

 

Рис. 4.5. Графік залежності середнього значення модуля об'ємної деформації «Е_гр.ср» від щільності грунту в сухому стані «ρ_d».

 

Приклад 4.1.Навантаження на фундамент: = 1200 кН; М = 148 кНм; = 1700 кН; М = 87 кНм. Будівельний майданчик складений такими ІГЕ:

1. Рослинний шар (0,7 м ); 2. Супісок лесовий, високопористий (4,0 м );

3. Суглинок лесовий (3,2 м ); 4. Суглинок (6,0 м ). Показники фізико-механічних властивостей грунтів наведені табл. 4.2. Запроектувати фундаменти на піщаній подушці.

У даному прикладі для піщаних подушок передбачено використання середньозернистого піску із слідуючими характеристиками:

 

r_d, =1,65 г / см³;

Е = 10 МПа.

 

Таблиця 4.2.

Показники фізико-механічних властивостей грунтів

№ ІГЕ	w	wL	wp	rs, г/см³	r, г/см³	rd, г/см³	Е, МПа	εsl при p, кПа
	-	-	-	-	1,7	-	-	-	-	-
	0,14	0,22	0,16	2,65	1,61	1,41	8,0/2,3	0,019	0,011	0,014
	0,16	0,29	0,18	2,67	1,72	1,48	9,0/6,7	-	0,011	0,014
	0,15	0,25	0,14	2,68	1,75	1,51		-	-	-

Визначаємо розміри фундаментів в плані:

А_кр = = = 4.44 м²; b=1,8 2,4 = 4,32м².

А_ср = = 6,3 м; приймаємо b = 2,4м; l = 2,7м; А_ср = 6,48м².

Вага фундаментів:

G_кр = 4,32 20 1,5 = 129,6 кН;

G_ср = 6, 48 20 1,5 = 194,4 кН.

Середній тиск під підошвою крайнього фундаменту визначаємо за формулою:

p = = = 307,8 > R_о=300 кПа;

середнього: p = = 292,3 кПа

Для фундаменту під колони крайньої осі перевантаження менше 2,5 %.

Треба збільшити розміри фундаменту.

Приймаємо b·l = 2,4·2,7 = 6.48 м²; W_kp = 2.92 м³;

Вага фундаментів: G_кр = 6,48 20 1,5 = 194,4 кН.

Середній тиск під підошвою фундаментів:

р_кр = = = 215,2 < R_о=300 кПа;

р_ср = = = 292,35 < R_о=300 кПа

Мінімальний і максимальний тиск під подошвою крайнього фундаменту:

= 215,2 ± кПа;

p_mах = 265,88 < 1,2 R_о=360 кПа; p_min = 164,52 > 0;

Мінімальний і максимальний тиск під подошвою середнього фундаменту:

= 292,35 ± кПа;

р_мах = 322,14 < 1,2 R_о=360 кПа; p_min = 262,56 > 0;

За прийнятими розмірами фундаментів визначаємо розміри зони деформації: глибину H_a = f (p_э С_а ) по графіку (рис.4.4) і ширину C_a. по графіку (рис.4.3), або за формулою. За дослідними даними для квадратних фундаментів C_a = 1.2 . Для фундаментів, що проектуються, η = = 1.125;

С_{a kp} = С_{a сp} = 1.2 = 3.06 м.

Для визначення H_a підрахуємо р_стр і р_э за формулою 4.3; 4.4.:

р_стр = 20+270 (1,65 - 1,3) = 114.5 кПа

р_{э кр} = 215,2 – 114,5 = 100,7 кПа;

р_{э ср} = 292,35 – 114,5 = 177,85 кПа.

По графіку рис. 4.4 знаходимо: Н_{а кр} = 2,2 м; Н_{а ср} = 3,5 м.

Розміри піщаної подушки призначаються відповідно до рис. 4.6.

Осідання фундаменту на піщаній подушці визначаємо за формулою 4.2.

Для фундаментів під колони крайньої і середньої осі коефіцієнт к визначаємо за графіком (рис. 4.4); к = 1,05.

 

s_kp = 1.05 = 1,16 cм < s_u = 10 см.

s_сp = 1.05 = 3,27 < s_u = 10 cм.

= = 0.0012 < ( )_u = 0.002.

Осідання фундаментів і відносна різниця осідань меньше граничної деформації. Приймаємо розміри фундаментів під колони крайнього та і среднього рядів 2,4х2,7 м.

 

 

Рис. 4.6. Схема до розрахунку осідання фундаментів на піщанІй подушці.