Определение предварительных размеров подошвы фундаментов мелкого заложения

Выбор типов оснований и фундаментов на базе сравнения вариантов

По гидрогеологическим условиям в период строительства и эксплуатации сооружения.

Грунтовые воды не оказывают непосредственного влияния на глубину заложения фундаментов. Рекомендуется закладывать фундаменты выше уровня грунтовых вод для исключения необходимости применения водоотлива или водопонижения. При заложении фундаментов ниже уровня грунтовых вод предусматривают соответствующую гидроизоляцию и методы производства работ, сохраняющие структуру грунта. При проектировании оснований учитывают возможность изменения гидрогеологических условий площадки в процессе строительства и эксплуатации сооружения.

Итак, после рассмотрения отдельно каждого условия, определяющего глубину заложения фундамента, в пояснительной записке указывают абсолютную отметку подошвы или отмечают, что ограничений нет.

Окончательно принимают минимальное значение величины абсолютной отметки подошвы фундаментов и вычисляют глубину заложения:

d = DL – FL.

Отметку подошвы ростверка назначают по этим же условиям (за исключением п. 3.3.3).

По конструктивным условиям высота ростверка равна (h0 + 0,25) м, но не менее 30 см, где h0 – высота заделки в него сваи, которую принимают не менее 5 см.

В заключении раздела необходимо проанализировать параметры будущего котлована. Если абсолютные отметки подошв всех фундаментов сооружения отличаются друг от друга незначительно, то возможно расположить все фундаменты с единой абсолютной отметкой. Это сократит затраты на земляные работы.

В курсовом проекте глубину заложения определяют для каждого заданного для расчета фундамента.

 

Выбор типов оснований и фундаментов производят на основе совместного анализа исходных данных по инженерно-геологическим и гидрогеологическим условиям площадки строительства и надфундаментных конструкций.

Грунты в большинстве случаев используют в естественном состоянии. Но если верхняя относительно небольшая толща сложена слабыми грунтами, не способными в естественном состоянии воспринимать нагрузки от фундаментов, то предусматривают специальные мероприятия (уплотнение, закрепление или замена другими грунтами, обладающими необходимыми свойствами). Если толща слабых грунтов велика, то мероприятия по их искусственному улучшению или их замена могут отказаться слишком дорогостоящими. Экономически более целесообразным может оказаться метод фундирования, при котором нагрузку передают на плотные слои, залегающие на значительной глубине под толщей слабых грунтов. Для этой цели устраивают свайные фундаменты (например, сваи, сваи-оболочки, сваи- столбы).

Студенту необходимо принять решение об использовании одного из двух возможных типов основания – естественного или искусственно улучшенного, а также рассмотреть 2 варианта фундаментов (мелкого и глубокого заложения).

К фундаментам мелкого заложения относятся отдельные (столбчатые), ленточные и в виде сплошной железобетонной плиты.

Типы свай различают по материалу, форме поперечного и продольного сечений, способу изготовления и погружения в грунт. При этом проходка сваями глинистых грунтов твердой и полутвердой консистенции допускается в исключительных случаях. Сваи нельзя применять, когда в толще имеются валуны и другие препятствия. В этих случаях делают фундаменты, выполняемые способами стена в грунте или опускной колодец.

При выборе вариантов фундаментов рассматривают только варианты целесообразные и конкурирующие между собой.

Под одним зданием могут быть разные типы оснований или фундаментов. Например, тяжелая часть здания может опираться на свайный фундамент, а более легкая на фундаменты мелкого заложения (рис. 5).

 

 

Рис. 5. Тип оснований и фундаментов: а – разные по нагрузкам фундаменты при одинаковом грунтовом основании; б – одинаковые по нагрузкам фундаменты при разных грунтовых основаниях.

Размеры подошвы определяют методом последовательного приближения.

1. Вычисляют площадь подошвы А в первом приближении

 

2. Выбирают форму подошвы. Известно, что самая оптимальная с точки зрения ведущих осадок – круглая, но она трудоемка в использовании. Поэтому подошву фундамента принимают квадратной, и только наличие большого по величине момента вынуждает принимать ее прямоугольной ( ).

3. Исходя из А1, вычисляют ширину и длину фундамента при принятом отношении . Например, для квадратной подошвы: , для прямоугольной: ; ; . Размеры принимают кратными 10 см.

4. Определяют расчетное сопротивление грунта основания (приложения Б10 и Б11)

.

5. Вычисляют площадь подошвы во втором приближении

).

6. Уточняют размеры подошвы и . На этом приближении можно остановиться, приняв , , .

7. Конструируют фундамент, назначая определенное количество и размеры ступеней (рис. 6), и вычисляют среднее давление под подошвой фундамента

8. Проверяют выполнение следующих условий:

а) среднее давление под подошвой фундамента не должно превышать расчетного сопротивления грунта основания, т.е. ;

б) при действии момента в одном направлении (рис.6,а) давление под наиболее и наименее нагруженной гранью фундамента должно быть соответственно:

и ;

где ;

в) при действии момента в двух направлениях давление в угловой максимально нагруженной точке (рис. 6, б) не должно превышать 1,5R, , т.е. ;

Если вышеприведенные условия не выполняются, то необходимо предпринять следующее:

1) изменить соотношение размеров подошвы, т.е. придать подошве удлинение в плоскости действия наибольшего момента, но не более, чем ;

2) увеличить площадь подошвы на 20 % и более;

3) сместить подошву фундамента в направлении действия момента относительно неподвижной колонны, тогда величина эксцентриситета равна расстоянию от центра подошвы до точки пересечения оси колонны с подошвой фундамента (рис. 7). При этом площадь подошвы остается без изменений. Значения и для проверки вышеприведенных условий определяют по формуле:

 

.

 

 

 

Рис. 6. Схема действия сил, возможные эпюры контактных давлений (а) и план подошвы фундамента (б).

 

 

Рис. 7. Схемы размещения подошвы фундамента относительно оси колонны при центральном нагружении (пунктирная линия); при действии значительных по величине моментов (сплошная линия): 0 – точка пересечения оси колонны с подошвой фундамента; 0' – геометрический центр подошвы фундамента.

 

При выполнении всех условий предварительный расчет размеров подошвы фундамента мелкого заложения считается завершенным.

Ширину подошвы ленточного фундамента под стену определяют аналогично, исходя из расчетных условий , , , приходящихся на 1 м длинны фундамента (при l = 1 м).

Сборные ленточные фундаменты проектируют прерывистыми.

При слабых, просадочных и набухающих грунтах, а также при на­личии карстовых явлений, в сейсмических районах и на подрабатываемых территориях для снижения неравномерности деформаций здания устраивают монолитные железобетонные перекрестные ленты или плитные фундаменты под всем сооружением. Основными конструктивными типами плит являются: безбалочная плита с опиранием колонн на сборные стаканы (рис. 8, а), безбалочная плита с монолитными стаканами (рис. 8, б), ребристая плита, соединяемая с колоннами с помощью мо­нолитных стаканов или выпусков арматуры (рис. 8, в), плита коробча­того сечения (рис. 8, г).

 

 

 

Рис. 8. Плитные фундаменты: а – со сборными стаканами; б – с монолитными стаканами; в - ребристые плиты; г – плита коробчатого сечения.

 

Размеры плиты в плане равны наружным габаритам каркаса (на­ружные поверхности стен или колонн), увеличенным на две толщины стенки стакана или отступая на 10…20 см от несущих стен. Толщина плиты определяется расчетом ее как железобетонного элемента, а в курсовом проекте принимают 40…60 см.