Оценка инженерно-геологических условий площадки строительства

Исходные данные

Рис. 1. Разрез сооружения и его план с нумерацией фундаментов

 

Назначение: механический цех.

 

Таблица 1. Значения нормативных нагрузок на обрезы фундаментов
при наиболее невыгодных сочетаниях

Вариант и наименование сооружения	Вариант нагрузок и размеров	Номер фундамента	Первое сочетание			Второе сочетание
			N 0 n , кН	M 0 n , кН·м	Q 0 n , кН	N 0 n , кН	M 0 n , кН·м	Q 0 n , кН
Схема 7. Механический цех	Нечетный L1=18м L2=9м Канал у оси А	1	900	-260	-10	1190	180	10
		2	1260	310	10	1400	-200	-8
		3	380	-	-	600	-	-
		4	470	-180	-	470	240	-

 

Рис. 2. Схема размещения буровых скважин
и инженерно-геологические разрезы

 

 

 Таблица 2 – Значения физико-механических характеристик грунтов

 

Характеристика грунта		Грунт
	Супесь	Глина	Суглинок
Удельный вес грунта, кН/м3: - для расчета несущей способности gI; - для расчета деформаций gII	17,4   19,2	16,5   18,1	18,6   20,5
Удельный вес твердых частиц грунта γ s, кН/м3	26,5	27,1	26,5
Влажность w	0,21	0,39	0,15
Влажность на границе текучести wL	0,23	0,46	0,24
Влажность на границе пластичности wp	0,18	0,25	0,11
Коэффициент фильтрации k ф, см/с	2,1.10-5	2,0.10-8	2,3.10-7
Угол внутреннего трения, град: - для расчета несущей способности jI; - для расчета деформаций jII	20   24	13   15	20   24
Удельное сцепление, кПа: - для расчета несущей способности с I; - для расчета деформаций с II	5   8	12   18	27   40
Модуль деформации Е, МПа	14	5	22

Оценка инженерно-геологических условий площадки строительства

Вычисление дополнительных характеристик

1. Удельный вес скелета грунта (отношение веса сухого грунта к занимаемому этим грунтов объему, включающему поры):

· Супесь: .

· Глина: .

· Суглинок: .

 

2. Относительное содержание твердых частиц:

· Суглинок:

· Глина:

· Супесь:

3. Пористость (отношение объема пор к объему всего грунта):

· Суглинок:

· Глина:

· Супесь:

 

4. Коэффициент пористости (отношение объема пор к объему твердых частиц):

· Суглинок:

· Глина: .

· Супесь:  

 

5. Влажность грунта, соответствующая полному его водонасыщению:

· Суглинок:

· Глина:

· Супесь:

 

6. Степень влажности грунта (отношение объема воды в порах грунта к объему пор):

· Суглинок:

· Глина:

· Супесь:

 

7. Число пластичности:

· Суглинок: = 13%

· Глина: = 20%

· Супесь:

 

8. Показатель текучести:

· Супесь: . Супесь находится в пластичном  состоянии.

 

· Глина: . Глина находится в мягкопластичном  состоянии.

· Суглинок: . Суглинок находится в тугопластичном  состоянии.

 

9. Удельный вес грунта с учетом взвешивающего действия воды:

· g _sb = (g _s − g _w) (1-n) = (26,5-9,8)^.0,6 = 10,02 – супеси

· g _sb = (g _s − g _w) (1-n) = (27,1-9,8)^.0,48 = 8,3 – глины

· g _sb = (g _s − g _w) (1-n) = (26,5-9,8)^.0,67= 11,19 – суглинка

 

Нормативная глубина промерзания грунтов

Нормативную d _fn глубину сезонного промерзания грунта вычисляют по п. 5.5.3 [1] формуле (5.3):

 где

d ₀ – величина, принимаемая равной для суглинков и глин 0,23 м; 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. Для грунтов неоднородного сложения значение d ₀ определяют как средневзвешенное в пределах глубины промерзания;

M _t = 47 (г.Вологда)

Заключение об инженерно-геологических условиях площадки строительства

Общая характеристика участка. Площадка строительства расположена в г. Вологда, климатический район 1А.

Геологическое строение и гидрогеологические условия. Основание площадки  слагают следующие инженерно-геологические элементы (ИГЭ):

ИГЭ-1 – супесь (I_L = 0,6; Е =14 МПа; j_II = 24 град; с _II = 8 кПа);

ИГЭ-2 – глина (I_L = 0,67; Е =5 МПа; j_II = 15 град; с _II = 18 кПа);

ИГЭ-3 – суглинок (I_L = 0,31; Е = 22 МПА; j_II = 24 град; с _II = 40 кПа).

Уровень грунтовых вод зафиксирован на глубине 1,6 м от уровня природного рельефа. Нет водоупора.

Геологические и инженерно-геологические процессы, отрицательно влияющие на условия строительства и эксплуатации зданий и сооружений, отсутствуют.

 

 

Свайный фундамент

1) Выбор глубины заложения подошвы ростверка

Примем глубину заложения ростверка

2) Выбор несущего слоя грунта, типа сваи и ее габаритов

В качестве несущего слоя – суглинок тугопластичный. Принимаем висячие сваи сечением 0,2×0,2 м и длиной ориентировочно 7 м по ГОСТ 19804-2012.

3) Определение несущей способности основания сваи по грунту по СП 24.13330.2011

Висячие сваи:

, где

F_R  – несущая способность сваи за счет грунта под нижним концом сваи; F_S  – несущая способность сваи за счет трения по грунту.

- коэффициент условий работы забивной сваи в грунте;

коэффициент условий работы грунта под нижним концом забивной сваи;

 - коэффициент условий работы грунта по боковой поверхности забивной сваи.

— расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, принимаемое по 7.2.7 [5]. Для глинистых грунтов в основании (основание-суглинок) - по табл. 7.8:

 

i. Определение несущей способности сваи

Исходные данные:

буронабивная железобетонная сплошная свая без уширений , ;

глубина заложения ростверка: ;

глубина заложения сваи в несущий слой:

заделка сваи в ростверк .

 

Согласно п. 7.2.6 [5] несущая способность буронабивной сваи:

 

,где

- коэффициент условий работы сваи (в случае опирания ее на глинистые грунты со степенью влажности Sr < 0,85 и на лессовые грунты — γ_c = 0,8, в остальных случаях — γ_c = 1);

коэффициент условий работы грунта под нижним концом сваи (  во всех случаях, за исключением свай с камуфлетными уширениями и буро-инъекционных свай по 6.5 е [5]);

— расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, принимаемое по 7.2.7 [5]. Для глинистых грунтов в основании (основание-суглинок) - по табл. 7.8:

I_L=0,31; => ;

 — площадь опирания сваи, принимаемая равной: для набивных и буровых свай без уширения — площади поперечного сечения сваи;

 — периметр поперечного сечения ствола сваи;

(для суглинка) — коэффициент условий работы грунта на боковой поверхности сваи, зависящий от способа образования скважины и условий бетонирования и принимаемый по таблице 7.6[5];

fi — расчетное сопротивление i-го слоя грунта на боковой поверхности ствола сваи, кПа, принимаемое по таблице 7.3[5]:

По примечанию к табл. 7.3[5]:

1) При определении расчетных сопротивлений грунтов на боковой поверхности свай f_i пласты грунтов следует расчленять на однородные слои толщиной не более 2 м;

2) Расчетные сопротивления супесей и суглинков с коэффициентом пористости e < 0,5 и глин с коэффициентом пористости e < 0,6 следует увеличивать на 15 % по сравнению со значениями, приведенными в таблице 7.3, при любых значениях показателя текучести. Данные сведены в табл. 9

Таблица 9. Расчетные сопротивление расчетных слоев грунта

слой	глубина заложения z	толщина слоя h	IL	f	f*h
1	2,5	1,0		22,6	22,6
2	4,0	2,0	0,45	24,5	49
3	5,5	1,0	0,45	27,25	27,25
4	6,5	1,0	0,31	32,63125	32,63125

 

 

Рис. 6 Схема к расчету несущей способности сваи

 

Расчетное сопротивление сваи по грунту:

 

где - коэффициент надежности по грунту, принимаемый равным 1,4 если несущая способность сваи определена расчетом, в том числе по результатам динамических испытаний свай, выполненных без учета упругих деформаций грунта.

 

Сваю в составе фундамента и одиночную по несущей способности грунта основания следует рассчитывать исходя из условия п.7.1.11[5]:

где N — расчетная нагрузка, передаваемая на сваю;

— коэффициент условий работы, учитывающий повышение однородности грунтовых условий при применении свайных фундаментов, равный 1,15 при кустовом расположении свай;

 - коэффициент надежности по назначению (ответственности) сооружения, принимаемый равным 1,15 для сооружений уровня ответственности.

Расчетное сопротивление сваи:

.

Определим ориентировочное кол-во свай в ростверке с помощью инженерного приема, изложенного в п. 9.4.2 [3]:

Среднее давление на основание под ростверком:

Среднее давление на основание под ростверком:

Площадь подошвы ростверка:

где для расчета по несущей способности вертикальная нагрузка принята равной: (из табл.1);

 - коэффициент надежности по нагрузке;

- среднее значение удельного веса материала ростверка и грунта на его уступах.

Приближенный вес ростверка с грунтом на уступах:

Число свай в ростверке под колонну:

.

Для учета действия момента увеличим число свай:

.

Размеры ростверка очень велики - кол-во свай нецелесообразно. Увеличим длину сваи

-Исходные данные:

буронабивная железобетонная сплошная свая без уширений , ;

глубина заложения ростверка: ;

глубина заложения сваи:

заделка сваи в ростверк .

- по таблице 7.8 [5]:

I_L=0,31; => .

 

Дальнейшие расчеты сведены в табл. 10

 

 

 

Таблица 10. Расчетные сопротивление расчетных слоев грунта

слой	глубина заложения z	толщина слоя h	IL	f	f*h
1	2,5	1		22,6	22,6
2	4	2	0,45	24,5	49
3	5,5	1	0,45	27,25	27,25
4	7	2	0,31	33,0625	66,125
5	9	2	0,31	34,5	69

 

 

Рис.7 Схема к расчету несущей способности сваи

 

 

Определим ориентировочное кол-во свай в ростверке:

Среднее давление на основание под ростверком:

Площадь подошвы ростверка:

где для расчета по несущей способности вертикальная нагрузка принята равной:

Приближенный вес ростверка с грунтом на уступах:

 

Число свай в ростверке под колонну:

.

Конструирование ростверка завершается определением веса ростверка и грунта на его уступах.

Рис.8 Конструирование ростверка

 

 

Вес ростверка под колонну (ф-ла 9.28 [3]):

где

- коэффициент надежности по нагрузке;

объем ростверка;

.

Вес грунта над плитой ростверка:

 - объем грунта над ростверком;

 

.

Проверим требуемое кол-во свай:

 

Произведем подсчет с учетом моментов:

Количество свай в ростверке соответствует нагрузкам, передаваемым на фундамент.

ii. Расчет осадки одиночной сваи

Расчет осадки одиночной сваи висячей сваи производим в соответствии с рекомендациями п.7.4.2 [5].

Расчет осадки одиночных свай, прорезающих слой грунта с модулем сдвига , МПа, коэффициентом Пуассона  и опирающихся на грунт, рассматриваемый как линейно-деформируемое полупространство, характеризуемое модулем сдвига  и коэффициентом Пуассона , допускается производить при выполнении требований подраздела 7.2 [5] и при условии

,

где  — длина сваи,

 — наружный диаметр поперечного сечения ствола сваи

 по формуле:

,

где  — вертикальная нагрузка, передаваемая на крайнюю в ростверке сваю, МН;

 — коэффициент, определяемый по формуле:

,

где  - коэффициент, соответствующий абсолютно жесткой свае;

- тот же коэффициент для случая однородного основания с характеристиками  и ;

- относительная жесткость сваи;

- жесткость ствола сваи на сжатие;

- параметр, характеризующий увеличение осадки за счет сжатия сваи;

и  - коэффициенты, определяемые по формуле:

соответственно при  и .

Характеристика слоев

Песок серовато-желтый пылеватый

gII=19,0 кН/м3	Е=17 МПа
jII=30о	сII=0 кПа	e=1,1

Глина коричневато-серая пылеватая ленточная

gII=18,2 кН/м3	Е=7,5 МПа	IL=0,45
jII=16о	сII=30 кПа	e=1,06

Суглинок серый пылеватый с линзами песка и гравия

gII=21,5 кН/м3	Е=22 МПа	IL=0,31
jII=24о	сII=40 кПа	e=0,42

1. Средневзвешенное значение коэффициента Пуассона:

 - в пределах длины сваи;

 - под острием сваи.

2. Модули сдвига:

,

;

;

.

3. Средневзвешенное значение модуля сдвига:

 - в пределах длины сваи;

 - под острием сваи.

4. Проверяем условие :

,

-условие выполнено, продолжаем расчет.

5. Жесткость ствола сваи на сжатие:

,

где ;

6. Относительная жесткость:

.

7. Параметр, характеризующий увеличение осадки за счет сжатия сваи:

.

 

 

8. Коэффициенты и :

.

9. Коэффициент, соответствующий абсолютно жесткой свае:

;

10. Тот же коэффициент для случая однородного основания с характеристиками  и :

.

11. Коэффициент :

.

 

12. Определим усилия в сваях ростверка:

 

 

 

Рис. 9 Определение расстояний для расчета нагрузок на сваи

 

Нагрузка на j-тую сваю определяется по формуле:

,

где

 - значение изгибающего момента в центре тяжести подошвы фундамента:

;

 - расстояние от оси  j-той сваи до оси Х;

- сумма квадратов расстояний от каждой сваи до оси Х:

Крайние сваи 1, 2, 3, 7, 8, 9 ():

, .

Сваи 4,5,6 ():

.

Осадка самой нагруженной сваи без учета влияния других свай в ростверке: .

Расчет осадки свайного куста производим согласно указаниям [5]. Дополнительная осадка сваи, находящейся на расстоянии a (расстояние измеряется между осями свай) от сваи, к которой приложена нагрузка N, равна (ф-ла 7.38 [5]):

, где по ф-ле 7.39 [5]:

Расчет осадки i -й сваи в группе из n свай при известном распределении нагрузок между сваями производится по формуле 7.40 [5]:

.

;

;

.

Рис. 10 Определение размеров для расчета осадки свайного куста

Рассматриваем одну из крайних самых нагруженных свай - сваю №3. Рассчитаем дополнительную осадку для сваи 3 от каждой сваи в ростверке.

Сваи №1,9:

Проверка условия :

 - влияние учитывается.

- от сваи  №1:

;

- от сваи № 9:

.

Сваи №4,8:

Проверка условия :

 - влияние учитывается.

- от сваи №4:

;

- от сваи 8:

.

 

Сваи №2,6:

Проверка условия :

 - влияние учитывается.

- от сваи №2:

;

- от сваи №6:

.

 

Свая №5:

Проверка условия :

 - влияние учитывается.

.

Свая №7:

Проверка условия :

 - влияние не учитывается.

 

Полная осадка сваи №3:

.Из приложения Д [1] для производственных многоэтажных зданий с полным железобетонным каркасом с устройством монолитных перекрытий:

 - максимальная осадка при использовании свайного фундамента на искусственном основании на самом нагруженном участке имеет допустимое значение.

Таблица 9. Расчет затрат по возведению свайного фундамента

Наименование работ	Стоимость одной единицы, руб.	Необходимый объем работ	Стоимость на конструкцию, руб.
Разработка грунтов 1-й и 2-й группы в отвал экскаваторами «обратная лопата»	29,4 (коэф.1,2)	39,6	1164,3
Забивка свай	6439,2	9	57952,8
Изготовление жб свайного фундамента общего назначения под колонны	1076,5	3,42	3680,4
Стоимость тяжелого бетона класса В15 на один фундамент	560,0	3,42	1915,2
Итого			64712,7

 

 

Итого

23308,8

 

2. Расчет фундаментов по основному варианту

A. Фундамент №1

i. Определение размеров фундамента

Исходные данные:

подвал отсутствует;

1,8 ×0,9 - размеры колонны в плане;

 - глубина заложения фундамента;

примем

 

 где

γ _{с 1}=1,1

γ _{с 2} =1,17

k = 1,0

M _γ=1,15

M_q =5,59

M_c =7,95

k_z =1

b= b₁= 5,4 м;

 

;

;

.

 

При этом значении R найдем значение b:

 

 

примем

примем

Подколонник площадью сеч.: 1,8×0,9 м

 

Таблица 13. Конструирование столбчатого фундамента

Размер ступеней плитной части, м		Высота фундамента, м	Объем бетона, м3
4,2×3,0×0,3	3×2,1×0,3	1,5	6,64

 

в) Проверка давления

 - вес фундамента;

Среднее давление:

С учетом момента:

Недогруз:

 

Принимаем фундамент шириной

ii. Расчет осадки методом послойного суммирования

Исходные данные

 

г. Петрозаводск

Глубина промерзания d _f =1,77 м

Размеры подошвы фундамента:

Подвал отсутствует

Грунтовые воды на глубине 1,0 м от поверхности земли

 

Характеристика слоев

Песок серовато-желтый пылеватый

gII=19,0 кН/м3	Е=17 МПа
jII=30о	сII=0 кПа	e=1,1

Глина коричневато-серая пылеватая ленточная

gII=18,2 кН/м3	Е=7,5 МПа	IL=0,45
jII=16о	сII=30 кПа	e=1,06

Суглинок серый пылеватый с линзами песка и гравия

gII=21,5 кН/м3	Е=22 МПа	IL=0,31
jII=24о	сII=40 кПа	e=0,42

Среднее давление под подошвой фундамента: p=182 кПа.

 

Расчет осадки

1. Разбиваем основание на элементарные слои на глубину» . Мощность элементарного слоя (максимальная):

- соотношение сторон плиты фундамента.

2. Определяем вертикальные напряжения от внешней нагрузки σ _{z p} на границах слоев под центром подошвы фундамента (п.5.6.32 [1]):

 

, где

— коэффициент, принимаемый по таблице 5.8 в зависимости от относительной                глубины ξ₁= 2z / b;   

р — среднее давление под подошвой фундамента, кПа.

Расчет сведен в табл. 14.

 

3. Определяем σ _zg вертикальное напряжение от собственного веса грунта σ _zg в характерных точках:

- на уровне грунтовых вод:

- под подошвой фундамента:

В точках под подошвой фундамента:

Дальнейший расчет сведен в табл. 14.

 

4. Определяем напряжение σ _zγ от веса выбранного при отрывке котлована грунта в характерных точках (п.5.6.33 [1]):

,

где

— вертикальное напряжение от собственного веса грунта на отметке подошвы;

— коэффициент, принимаемый по таблице 5.8 в зависимости от относительной глубины ξ₂= 2z / b_к,

где

- ширина котлована.

 - длина котлована.

.

Расчет сведен в табл. 14

 

Таблица 14. Расчет напряжений в характерных точках под подошвой фундамента на естественном основании

 

Точка	h, м	z, м	σ zg, кПа	ξ1	α1	σ zp, кПа	ξ2	α2	σzg, кПа
0	0,0	0,0	29	0,000	1,000	182,0	0,000	1,000	29
1	0,95	0,95	37	0,727	0,857	156,0	0,453	0,959	26,5
2	1,0	1,95	45,3	1,333	0,607	110,5	0,830	0,802	22,5
3	1,0	2,95	53,6	1,939	0,407	74,0	1,208	0,628	18
4	1,0	3,95	61,9	2,546	0,281	51,1	1,585	0,482	14
5	1,0	4,95	73,7	3,152	0,200	36,4	1,962	0,373	11
6	1,0	5,95	85,4	3,758	0,149	27,2	2,340	0,292	8,7
7	1,0	6,95	97,2	4,364	0,115	20,9	2,717	0,233	7,0
8	1,0	7,95	109	4,970	0,091	16,5	3,094	0,188	5,7

5. Определяем нижнюю границу сжимаемой толщи (п. 5.6.41 [1]):

Нижнюю границу сжимаемой толщи основания принимают на глубине z = H_c, где выполняется условие

6. Определяем средние напряжения (п 5.6.31 [1]) в пределах сжимаемой толщи:

σ_zp,i — среднее значение вертикального нормального напряжения от внешней нагрузки в i-м слое грунта по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента:

;

;

Расчет сведен в табл. 15.

 

σ_zγ,i — среднее значение вертикального напряжения в i-м слое грунта по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента, от собственного веса выбранного при отрывке котлована грунта, аналогично:

;

;

 

 Дальнейший расчет сведен в табл. 15.

 

7. Определяем осадку основания фундаментов (п. 5.6.31 [1]):

Осадку основания фундамента s, см, с использованием расчетной схемы в виде линейно деформируемого полупространства определяют методом послойного суммирования по формуле:

где - безразмерный коэффициент, равный 0,8 (учитывает отсутствие бокового расширения грунта);

 - толщина i-го слоя грунта, см, принимаемая не более 0,4 ширины фундамента;

- модуль деформации i-го слоя грунта по ветви первичного нагружения, кПа;

- модуль деформации i-го слоя грунта по ветви вторичного нагружения, кПа. В нашем случае принимаем