Расчет оснований и фундаментов при использовании вечномерзлых грунтов в качестве основания по II принципу

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 6

Все расчеты ведутся для грунтов, оттаивающих в процессе эксплуатации.

6.1 Расчет глубины оттаивания под серединой и краем сооружения производится по формулам (1) и (2) рекомендуемого приложения 8[8].

Расчет ведется с учетом физических и теплофизических характеристик оттаивающего массива, средневзвешенные значения которых находим по формуле:

X=

где – характеристика грунта для слоя грунта толщиной .

Глубина оттаивания находим в 1,2,3,5,10,20,30,40,50 годы эксплуатации сооружения. По вычисленным значениям глубин оттаивания под серединой и краем здания за период эксплуатации строят динамику развития чаши оттаивания по годам.

6.2. При назначении глубины заложения фундаментов и их размеров сначала выбирают тип фундамента. Для оттаивающих грунтов следует принимать фундамент с развитой площадью опоры – столбчатый фундамент.

Глубину заложения фундамента назначают по таблице 2 [7], предварительно определив расчетную глубину промерзания по формуле (1) [7] c коэффициентом теплового влияния, принятым по таблице 1[7].

Площадь подошвы фундамента в случае центрального загружения определяется по формуле:

A = F ’ / (),

Где F ’ – нормативная нагрузка на фундамент;

– расчетное сопротивление оттаявшего грунта под подошвой фундамента, принимаемое по таблице 2.3 приложения 4[8];

– средневзвешенная плотность массива грунта в зоне установки фундамента, принимаемая = 2 т/м³;

d – глубина заложения фундамента;

Исходя из найденной площади подошвы фундамента, задаются размерами подошвы, округляя до кратности 5см.

Для принятых размеров подошвы фундамента определяют давление на грунт под подошвой фундамента:

P = + .

Это давление не должно превышать расчетного сопротивления грунта, рассчитанного по формуле (7) [7] с учетом прочностных характеристик грунта (угла внутреннего трения и удельного сцепления, принимаемых по таблице 1 или 2 [6]).С учетом выполненных сравнений производится корректировка размер фундаментов.

6.3. Вычисление конечной осадки фундамента производится по расчетной схеме линейно – деформируемого слоя конечной толщины, т.к. весь расчет ведется для случая оттаивания грунта во время эксплуатации. Расчет ведется по формуле (25)[8].

Предварительно для каждого фундамента составляется схема расположения оттаивающих грунтов под подошвой фундамента, устанавливается толщина всех слоев и вычисляются напряжения от собственного веса грунта в середине каждого слоя().

После расчета абсолютных осадок фундаментов вычисляют относительную неравномерность осадок между крайним и средним, между крайним и угловым фундаментами.

Эти деформации должны быть меньше допустимых значений соответствующих деформаций, которые приведены в прилож. 4[7].

В случае, если значения расчетных осадок больше предельно допустимых, должны быть опасны мероприятия по их уменьшению и целесообразности применения II принципа использования вечномерзлых грунтов в качестве основания.

Пример.

Расчет глубин оттаивания грунтов под зданием с расчетным сопротивлением теплопередачи цокольного перекрытия, равным = 3,8 м² °С/Вт, и с температурой внутри здания = 18 °C за период эксплуатации – 50 лет – производится по формулам:

- под серединой здания = ( – ) B;

- под краем здания = ( – – 0,1 β ) B,

Где В-ширина здания;

-коэффициент, определяемый по таблице 1 приложения 8 [8] в зависимости от отношения L / B и параметров β и ψ;

, , , - коэффициенты, определяемые по номограммам на черт.1,2 прилож. 8[8] в зависимости от параметров , β, ψ:

= / B;

β = - [ ( - )]/ [ ( – )];

ψ = t / ( B ²).

Все характеристики грунта, входящие в эти формулы, имеют следующие средневзвешенные значения, имеют следующие средневзвешенные значения:

= = 1, 34 ккал/м·час·°С;

= = 1,44 ккал/м·час·°С;

= = -0, 1°C;

I = 11611 ккал/м³ - из примера по определению нормативной глубины сезонного оттаивания;

II = ( II – II) II,

II = II· II, II = 0,385, = 0, 11·0,385 = 0,042, тогда

II= 80(0, 18-0,042)1652 = 18238 ккал/м³;

III = ( III – III) III,

III = III· III, III = 0,385, = 0, 1·0, 0385, тогда

III = 80(0, 15 -0, 0385)1738 = 15503 ккал/м³;

= = 15480, 3 ккал/м³.

Тогда имеем

= = 0,42; β = = 0,14;

Ψ = = 1, 08· ·t.

Подбор коэффициента , , , и расчет и по годам сводим в таблицу:

Т.е. за 50 лет эксплуатации имеет глубину оттаивания грунта под зданием ≈9м, ≈6,6м.

Далее назначаем глубину заложения столбчатого фундамента и его размеры. Зная, что = , то в супесчаных грунтах глубина заложения фундамента d > . Расчетная глубина сезонного промерзания определяется по формуле:

= · ,

где – коэффициент теплового влияния здания, назначаемая по табл.1 [7] в зависимости от конструкции цокольного перекрытия и температуры внутри помещения В данном примере для здания без подвала и с = 18°C = 0,7;

– нормативная глубина сезонного промерзания, = 4м, тогда

= 0,7·4 = 2,8 м.

Принимаем глубину заложения фундамента d = 3 м. Расчетное сопротивление грунта под подошвой фундамента назначаем по таблице3 приложения 3[7] – =2,4 кгс/cм².

Тогда площадь подошвы фундамента находим для нормативной нагрузки F ’ = 44003 кгс:

A= 44003/ (2, 4 - 300·0,002) = 24446 см²;

Отсюда ширина подошвы фундамента равна

b = = 156см, принимаем b = 160 cм.

Распределенное давление по подошве фундамента будет равно

p = + = + 0,002·300 = 2, 32 < = 2, 4 кгс/cм².

Для уменьшения размеров подошвы фундамента производим проверку расчетного сопротивления грунта с учетом его прочностных характеристик, которые назначаем по табл. 2 прилож. 1 [7]: c =0,13 кгс/cм², φ = 24°; проверка производится по формуле:

R = = 3, 10 кгс/cм²> ( · b · ρ + · d · ρ ’ + ·c),

Где = 0,72; = 3,87; =6,45; k =1,1; = 1,1;

= 1, 0; =1, 0; d = 300см; ρ = 1, 95; ρ ’ = 1,76г/cм³.

Тогда

R = + (0, 72·1·160·0, 00195+3, 87·300·0, 00176+6, 45·0, 13) =3, 10

кгс/cм².

Т.к. R = 3,10 кгс/cм²> = 2,4 кгс/cм², то можем уменьшить размеры подошвы фундамента, исходя из R = 3,10 кгс/cм², тогда площадь подошвы равна

A = = 17601, 2 cм²,

А ширина- b = 135 cм, тогда распределенное давление будет равно

P= + 300·0,002 = 3, 01 кгс/cм²,

А расчетное сопротивление грунта

R= + (0, 72·135·0, 00195+3, 87·0, 00176+6, 45·0, 13) =3, 04

кгс/cм² > p =3, 01 кгс/см²

Т.е несущая способность грунтов основания обеспечена.

Далее производим расчет осадки фундамента при оттаивании грунтов основания в процессе эксплуатации по формуле:

S = + ;

где – составляющая осадки основания, обусловленная действием собственного веса оттаивающего грунта, определяемая по формуле

= i;

– составляющая осадки основания, обусловленная дополнительным давлением на грунт от действия веса здания, определяемая по формуле

= , i ( – ).

Составляем расчетную схему основания

d = 3,0м

h I = 3,0м –супесь II слоя

= 9м h II = 3,0м –супесь III слоя

Находим напряжения от собственного веса грунта в середине каждого расчетного слоя оттаивания:

= + ρII (hI /2) = 0,002·300 + 0, 00185· (300/2) = 0,88 кгс/см²;

= + ρIIhI + ρIII (hII / 2) = 0,002·300 + 0, 00185·300+0,002(300/2) = 1, 45 кгс/см²;

Дополнительное вертикальное давление на основание под подошвой фундамента определяем по формуле:

= P - = 3, 01 – 0,002·300= 2, 41 кгс/см².

Для определения осадки находим параметр

= f (z / b); z / b = 600/135 = 4, 44; тогда = 1, 05.

Все остальные расчеты сводим в таблицу:

					z/b		/ b		()/ b
300 600	0 300	0,88 1,45	0,00616 0,00727	3,65 3,67	1,11 3,33	1,35 1,35	2,22 4,44	0,65 0,76	2,22	0 0,65	2,09 0,3
				7,32							2,9

Тогда

s = 7, 32 +2, 9 = 10, 22≈ = 10см.

Вывод: следовательно, можно использовать грунты основания в оттаивающем состоянии в процессе эксплуатации.

Приложение 1

Физико-механические свойства грунтов

Сбор нагрузок

Наименование нагрузки

Нормативная нагрузка

Коэффициент надежности по нагрузке

Расчетная нагрузка

Грузовые площадки

Средняя

Крайняя

Угловая

1

7

8

9

А. Постоянные нагрузки

1. Кровля

2. Цокольное перекрытие

2. Междуэтажное перекрытие

3. Наружная стена

4. Внутренняя стена

5. Перегородки