144563 (Промышленное здание в городе Соликамск), страница 5

=25,98 кПа.,

т. е. устойчивость грунта, окружающего сваю, обеспечена.

Несущая способность сваи по прочности материала

Определим несущую способность сваи по прочности материала. Характеристики сваи: Rb =11,5 МПа.; Rsc = Rs = 365 МПа.; b=dсв =30 см.; а=а’=3 см.; h₀ = dсв – а’ = 30 – 3 = 27 см.; Аs = Аs’ = 4,52/2 = 2,26 см².

Из формулы (37) прил. 1 к СНиП 2.02.03–85* для указанных характеристик сваи получаем следующее выражение для определения моментов Мz в сечениях сваи на разных глубинах z от подошвы ростверка:

M_z=34,92×A₃-23,30×B₃+14,32×D₃.

Результаты дальнейших вычислений, имеющих целью определение Мz max, сводим в табл., причем при назначении Z используем соотношение = Z , в котором значения Z принимаем по табл. 4. прил. 1 к СНиП 2.02.03–85*.

Результаты вычислений изгибающих моментов

Как видно из таблицы, МzmaxI=13,7 кН.м. действует на глубине z =0,96 м.

Эксцентриситеты продольной силы для наиболее и наименее нагруженных свай составляют соответственно:

е₀₁= Мz max I / N max I = 13,7/532,97 = 2,5 см.,

е₀₂= Мz max I / N min I = 13,7/201,73= 6,8 см.

Определим значения случайных эксцентриситетов по п.1.21.СНиП 2.03–01–84* для расчетной длины l₁ = 2/α_ε = 2/0,999 = 2м. и поперечного размера сваи dсв = 30 см.:

е_a1= l₁/600 =200/600 = 0,33 см.,

Так как полученные значения эксцентриситетов е₀₁ и е₀₂ больше е_ai, оставляем эти значения для дальнейшего расчета свай по п.3.20 СНиП 2.03.01–84*.

Находим расстояния от точек приложения продольных сил NmaxI и NminI до равнодействующей усилий в арматуре S:

е₁= е₀₁+(h₀-а’)/2 = 2,5+(27–3)/2 = 14,5 см.,

е₂= е₀₂+(h₀-а’)/2 = 6,8+(27–3)/2 = 18,8 см.

Определим высоту сжатой зоны бетона по формуле (37) СНиП 2.03.01–84*:

X₁=N max I/Rb×dсв=532,97 /11,5×10³×0,3=0,1645 м.=16,45 см.,

X₂=N min I/Rb×dсв=201,73 /11,5×10³×0,3=0,058 м.=5,8 см.

Граничное значение относительной высоты сжатой зоны по табл. 2.2 п.2.3.12 учебного пособия, составляет для стали А-III и бетона В20 _R=0,591.

При ₁=X₁/h₀=16,45/27=0,609 см.> _R = 0,591, уточняем значение X₁:

ñ=N max I/Rb×dсв×h₀=532,97 /11,5×10³×0,3×0,27=0,572,

α=Rs×Аs/Rb×dсв×h₀=365×10³×2,26×10^-4/11,5×10³×0,3×0,27=0,088,

ξ'₁=(ñ×(1-_R)+2×α×_R)/(1-_R+2×α)=

=(0,572×(1–0,591)+2×0,088×0,591)/(1–0,591+2×0,088)=0,578,

откуда X₁=ξ'₁×h₀= 0,578×27=15,6 см.

Проверяем прочность сечения сваи по формуле (36) СНиП 2.03.01–84*:

_n×N max I=0,95×532,97 =506,32 кН.<

=[11,5×10³×0,3×0,156×(0,27–0,5×0,156)+365×10³×2,26×10^-4×(0,27–0,03)]/0,145 = 849,16 кН.

_n×N min I=0,95×201,73 =191,64 кН.<[11,5×10³×0,3×0,058× (0,2–0,5×0,058)+

+3,65×10³×2,26×10^-4×(0,27–0,03)]/0,188=194,72 кН.

Несущая способность свай по прочности материала в наиболее нагруженных сечениях обеспечена.

Расчет осадки основания свайного фундамента

Определяем размеры и вес условного фундамента (по указаниям п. 7.1. СНиП 2.02.03–85*).

=(20×3,25+19×1,20+35×1,40)/(3,25+1,20+1,40)=23⁰.

Размеры свайного поля по наружному обводу:

l=2×1,25+0,3=2,8 м.,

b=2×0,625+0,3=1,6 м.

Размеры площади подошвы условного массива:

l_усл =l+2×l_св×tg(φ_IImt/4)=2,8+2×6,95×tg (23/4)=4,20 м.,

b_усл =b+2×l_св×tg(φ_IImt/4)=1,6+2×6,95×tg (23/4)=3,00 м.

Площадь подошвы условного массива А_усл = 12,60 м².

Объём условного массива V_усл = A_усл h_усл – V_r = 12,68,75–7,13 = 103,12 м³.

Вычислим средневзвешенное значение удельного веса грунта выше подошвы условного фундамента:

γ_IImt=Σγ_IIi×h_i/Σh_i =

=(18,7×0,7+9,3×4,75+8,89×1,50+9,88×1,80)/(0,7+4,75+1,50+1,80)=10,20 кН./м³.

Вес грунта в объёме условного фундамента: G_gr = V_{усл II mt} = 1052,1 кН.

Вес ростверка G_rII = V_{r b f} = 7,13 241 = 171,1 кН.

Вес свай G_{св II} = 1,60 9,8181 = 125,57 кН.

Расчетная нагрузка по подошве условного фундамента от веса грунта, ростверка и свай:

G_II = 1052,1 + 171,1 + 125,57 = 1348,8 кН.

Проверяем напряжения в плоскости подошвы условного фундамента.

Ntot II = Ncol II + G_II = 1583,7 + 1348,8 = 2932,5 кН.

Mtot II = Mcol II + Qcol II H_r = 585,1 + 58,3 1,8 = 690,0 кН.м.

Расчетное сопротивление грунта основания условного фундамента в уровне его подошвы определим по формуле (7) СНиП 2.02.01–83*:

Принимаем: _c1 = 1,4 для песков, _{c 2} = 1,2; k = 1; _{II 4} = 35; c_{II 4} =1,0 кПа., M = 1,68, Mq =7,71, Mc = 9,58, II mt = 10,20 кН./м3.

R=(1,4*1,2/1)*(1,68*1*3*9,88+7,71*8,75*10,20+9,58*1)=1255,8 кПа.

Среднее давление PII mt по подошве условного фундамента:

P_IImt = N_{tot II}/A_усл= 2932,5 / 12,60 = 232,73 кПа.< R=1255,8 кПа.

Максимальное краевое давление P _{II max}:

P_IImax = N_{tot II}/A_усл + M_{tot II}/W_усл ≤R,

W_усл = l²_усл ×b_усл /6= 4,2²×3,0 /6=8,82 м³.

P_IImax =232,73 +690 /8,82=310,96 кПа.< R=1255,8 кПа

Для расчета осадки методом послойного суммирования вычислим напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы условного фундамента:

_zg,0=18,7×0,7+9,3×4,75+8,89×1,50+9,88×1,80=78,05 кПа.

Дополнительное вертикальное давление на основание от внешней нагрузки на уровне подошвы условного фундамента:

_{zp 0} = P₀ = P_{II mt} – _zg,0 = 232,73 – 78,05 = 154,68 кПа.

Соотношение сторон подошвы фундамента:

η=2,8/1,6=1,75

Значения коэффициента устанавливаем по табл. 1 прил. 2 СНиП 2.02.01–83*.

Для удобства пользования указанной таблицей из условия: принимаем толщину элемента слоя грунта hi = 0,2 b = 0,2 1,6 = 0,32 м.

Определение осадки

На глубине Hc = 3,84 м. от подошвы условного фундамента выполняется условие СНиП 2.02.01–83* (прил. 2, п.6) ограничения глубины сжимаемой толщи основания (ГСТ):

_zp= 19,64 кПа. 0,2_zg = 23,20 кПа.,

поэтому послойное суммирование деформаций основания производим в пределах от подошвы фундамента до ГСТ.

Осадку основания определяем по формуле:

S=β×h×∑σ_zp,i/E_i=0,8×0,32×[1/30000×(154,68×0,5+150,81+133,64+110,29+

+88,48+70,69+56,92+46,25+38,05+31,71+26,6+22,74+19,64×0,5)]=

=0,0074 м. = 0,74 см.

Условие S = 0,74 см. < Su = 8,0 см. выполняется (значение Su = 8,0 см. принято по таблице прил. 4 СНиП 2.02.01–83*).

Определение технико-экономических показателей, сравнение и выбор основного варианта системы: «основание – фундамент»

Подсчет объемов работ

1) Объем грунта, разрабатываемого под фундамент на естественном основании.

Размеры фундамента ФД13–2: l = 4,2 м.; b = 3,6 м.

Размеры котлована понизу: l = 4,2 + 0,6 = 4,8 м.; b = 3,6 + 0,6 = 4,2 м.

Грунт – суглинок, предельная крутизна откосов котлована 1:0,5.

Размеры котлована поверху: lv = 4,8 + 0,9 = 5,7 м.; bv = 4,2 + 0,9 = 5,1 м.

Глубина котлована h = 1,8 м.

Формула для определения объёмов грунта: , где

S = 20,16 м². – площадь котлована понизу;

Sv 29,07 м². – площадь котлована поверху.

Объём грунта, разрабатываемого экскаватором: 44,06 м³.

Объем работ по водоотливу: 13,22 м³.

2) Объем грунта, разрабатываемого под фундамент на искусственном основании, в виде песчаной распределительной подушки.

Фундамент ФД 8–2, размеры которого l = 2,7 м., b = 2,4 м.

Размеры котлована понизу: l = 5,1 м.; b = 4,8 м.

Размеры котлована поверху: lv = 14,25 м.; bv = 13,11 м.

Глубина котлована h = 2,7 м.

S = 22,48 м². – площадь котлована понизу; Sv = 186,82 м². – площадь котлована поверху.

Объём грунта, разрабатываемого экскаватором: 246,69 м³.

Объем песчаной подушки: 32,75 м³.

Объем работ по водоотливу: 127,20 м³.

3) Объем грунта, разрабатываемого под фундамент на сваях.

Размеры фундамента: 3,0 х 1,8 м.

Размеры котлована понизу: l = 3,0 + 0,6 = 3,6 м.; b = 1,8 + 0,6 = 2,4 м.

Грунт – суглинок, предельная крутизна откосов котлована 1:0, 5.

Размеры котлована поверху: lv =4,5 м.; bv = 3,3 м.

Глубина котлована h = 1,8м.

S = 8,64 м². – площадь котлована понизу; Sv = 14,85 м². – площадь котлована поверху.

Объём грунта, разрабатываемого экскаватором: 20,89 м³.

Объем работ по водоотливу: 10,45 м³.

Объемы работ

Сметная себестоимость, трудозатраты и капитальные вложения сравниваемых вариантов фундаментов.

I. Фундамент на естественном основании

Накладные расходы (15%) равны: 80,31 руб.

Сметная стоимость Сс=615,74 руб.

II. Фундамент на искусственном основании

Накладные расходы (15%) равны: 113,88 руб.

Сметная стоимость Сс = 873,05 руб.

III. Свайный фундамент

Накладные расходы (15%) равны: 126,44 руб.

Сметная стоимость Сс = 969,37 руб.

Технико-экономические показатели сравниваемых вариантов фундаментов (на один фундамент)

ВЫВОД: по технико-экономическим показателям наиболее выгодным является фундамент на естественном основании (Вариант I).

Учет влияния примыкающих и заглубленных подземных конструкций

При наличии вблизи фундамента приямка следует устроить подбетонку с тем, чтобы выполнялось условие: Δh ≤ a tgψ

tgψ = tgφ_I + = tg 18 + = 0,39

P_I = 1,2 P_IImt = 1,2 143,2 = 171,84 кПа

a = 1,15м

a tgψ = 1,15 0,39 = 0,47 м

Принимаем Δh = 0,47 м

Толщину подбетонки принимаем 3,28 м.

Расчет приямка

Определение активного бокового давления в пределах глубины Н_пр

H_пр = 4,8 м; l_n = 24 м; b_n = 4 м

Характеристика грунта нарушенной структуры:

γ`_I = 0,95 γ_I = 0,95 18,5 = 17,67 кН/м³

φ`_I = 0,9 φ_I = 0,9 18 = 14,4

γ`_sb = γ_sb = 9,3 кН/м³

Горизонтальные составляющие активного давления

От веса грунта:

E_ah = 1 γ_fa = = 106,75 кН

= = 10,86

γ_fa = 1,1 – коэффициент надежности по нагрузке для бокового давления грунта

От полезной нагрузки:

E_qh = 1 γ_tg q_n H_пр = = 89,35 кН

γ_fg = 1,2 – коэффициент надежности по нагрузке от q_n

q_n = 20 кПа – полезная нагрузка

От давления воды:

E_w = 1 γ_fw = = 90,2 кН

γ_fw = 1,1 – коэффициент надежности по нагрузке для давления воды

Изгибающий момент и поперечная сила всех горизонтальных сил относительно оси, проходящей через центр тяжести сечния 1–1

M_1-1 = E_ah + E_qh + E_w = = 507 кНм

Q_1-1 = E_ah + E_qh + E_w = 106,75 + 89,35 + 90,2 = 286,3 кН

d_n = H_пр + 0,4 = 4,8 + 0,8 = 5,6 м

0,8 – толщина днища приямка

E`_ah = 1 γ_fa = = 146,30 кН

E`_qh = 1 γ_tg q_n d_n = = 104,25 кН

E`_w = 1 γ_fw = = 129,37 кН

N_2-2 = E`<sub>ah</sub> + E`_qh + E`_w = 146,30 + 104,25 + 129,37 = 379,92 кН

М = = 742,19 кНм

M_2-2 = M + = 742,19 + = 762,45 кНм

G_I = ((l_n + 2b_ст)(b_n + 2b_cт)(d_n + 0,5) – l_n b_n H_пр) 2,5 9,81 γ_fb = ((24 + 20,8)(4 + 20,8)(5,6 + 0,5) – 24 4 4,8) 2,5 9,81 0,9 = 9131,4 кН – собственный вес приямка

b_cт = 0,4 м – толщина стен приямка

l_n = 24 м – длинна приямка

γ_fb = 0,9 – коэффициент надежности по нагрузке

F_w = A_w γ_w (d_n – d_w) γ_fw = 143,36 10 (5,6 – 0,70) 1,1 = 7608,2 кН – сила всплытия

A_w = (b_n + 2 b_ст) (l_ст + 2 b_ст) = (4 + 2 0,8) (24 + 2 0,8) = 143,36 м² – площадь основания приямка

Так как вес приямка G_I больше силы всплытия F_w, то равномерно распределенная нагрузка q считается по формуле:

q = = = 15,2 кН/м²

p_w = γ_w(d_n – d_w) = 10 (5,6 – 0,70) = 49,0 кН/м² – гидростатическое давление подземных вод

Расчет приямка на всплытие

– условие невсплытия

γ_em = 1,2 – коэффициент надежности от всплытия

G_I = 9131,4 кН

F_w =7608,2 кН

Условие выполняется, приямок не всплывет

Определение степени агрессивного воздействия подземных вод и разработка рекомендаций по антикоррозионной защите подземных конструкций

Для железобетонных фундаментов на естественном основании серии 1.412–2/77, принятых на основе технико-экономического сравнения вариантов, и технологического приямка установим наличие и степень агрессивного воздействия подземных вод по данным химического анализа, для соответственных грунтовых условий.

Для фундаментов и приямка предусматриваем бетон с маркой по водопроницаемости W4 на портландцементе по ГОСТ 10178–76*, арматуру класса А-II и А-III. Фундаменты каркаса и приямок расположены ниже УПВ лишь частично, однако за счет возможных изменений УПВ и капиллярного подъема до 1,2 м. над УПВ все поверхности фундамента и технологического приямка могут эксплуатироваться под водой, либо в зоне периодического смачивания. Степень агрессивного воздействия воды на подземные конструкции оцениваем в соответствии с табл. 5, 6, 7 СНиП 2.03.11–85*.

Коэффициент фильтрации суглинка, в которой расположены подземные конструкции, равен:

K_f =4,310^-7см./с.86,410³с./сут.=3,71 10^-2см./сут.=3,7110^–4м./сут.<0,1м./сут.,

поэтому к показателям агрессивности, приведенным в табл. 5, 6, 7 СНиП 2.02.11–85*, необходимо вводить поправки в соответствии с примечаниями к указанным таблицам.

Определяем суммарное содержание хлоридов в пересчете на ионы Cl^–, мг./л., в соответствии с прим. 2 к табл. 7 СНиП 2.03.11–85*:

3000+2900,25=3072,5 мг./л.

Анализ агрессивности воды для бетона на портландцементе

Заключение. При бетоне нормальной (Н) проницаемости (марка по водонепроницаемости W4 по табл. 1 СНиП 2.03.11–85*). В конструкциях фундаментов и приямка вода среднеагрессивна по водородному показателю и содержанию хлоридов, слабоагрессивна по агрессивной углекислоты, неагрессивна по бикарбонатной щелочности, аммонойных и магнезиальных солей, едких щелочей, содержанию сульфидов.

Рассмотрим возможность обеспечения стойкости конструкций фундаментов и приямка в агрессивной среде за счет назначения проектных требований к материалам (первичная защита). Как следует из табл. 11 СНиП 2.03.11–85*, при среднеагрессивной среде и примененной арматуре классов А-II и А-III (группа 1 по табл. 9 СНиП 2.03.11–85*) требуется применение бетона пониженной проницаемости (марки W 6) либо оцинкованной арматуры (см. п.2.21 СНиП 2.03.11–85*). Однако оцинкованная арматура дорога и дефицитна, а получение бетона пониженной проницаемости в условиях строительной площадки затруднено, поэтому необходимо выполнить специальную защиту фундаментов и приямка.

Для защиты подошвы фундамента и дна приямка при среднеагрессивной среде предусматриваем в соответствии с п.2.33 СНиП 2.03.11–85* устройство битумобетонной подготовки толщиной не менее 100 мм из втрамбованного в грунт щебня с поливкой битумом до полного насыщения.

Для защиты днища (по бетонной подготовке) и боковых поверхностей и гидроизоляции приямка в целом (в соответствии с указаниями п.2.34 и табл. 13, а также рекомендациями прил. 5 к СНиП 2.03.11–85*) необходимо выполнить покрытие III группы – оклеечную гидроизоляцию из 3 слоев гидроизола на горячей битумной мастике с последующим устройством защитной стенки в 1/4 кирпича, пропитанного битумом.

Для защиты боковых поверхностей фундаментов выполнить полимерное покрытие на основе лака ХII-734 (хлорсульфированный полиэтилен).

Фундаменты и приямок выполнить из бетона нормальной (Н) проницаемости (марка по водонепроницаемости W4; водопоглощение не более 5,7% по массе; водоцементное отношение В/Ц не более 0,6).

Список литературы

1. Аверьянова Л.Н. Методические указания по курсу «Механика грунтов, основания и фундаменты».

2. СНиП 2.02.01–83^*. Основания зданий и сооружений.

3. СНиП 2.02.03–85^*. Свайные фундаменты.

4. СНиП 2.03.01–84^*. Бетонные и железобетонные конструкции.

5. СНиП 2.03.11. – 85. Защита строительных конструкций от коррозии.