Фундаменты с промежуточной подготовкой

Фундаменты с промежуточной подготовкой

Библиографическая ссылка на статью:
Глухов В.С., Хрянина О.В., Глухова С.В. Ленточный фундамент на комбинированном основании // Современные научные исследования и инновации. 2016. № 12 [Электронный ресурс]. URL: https://web.snauka.ru/issues/2016/12/75444 (дата обращения: 19.08.2021).

Площадка строительства 10-этажного жилого дома в микрорайоне Арбеково г. Пензы представляет собой весьма сложное напластование грунтов. В геологическом строении участка до разведанной глубины 25,0 м принимают участие нерасчлененные четвертичные делювиально-аллювиальные ( d-aQ ) глины и суглинки, подстилаемые коренными отложениями маастрихтского яруса верхнего отдела меловой системы ( К₂m ) [1, 2, 3]. С поверхности эти отложения перекрыты современным насыпным грунтом ( tQ_IV ) и почвенно-растительным слоем ( pdQ_IV ).

Подземные воды вскрыты на глубине 2,4÷2,6 м от поверхности.

Показатели физико-механических свойств грунтов приведены в таблице.

Таблица 1 ‒ Основные расчетные значения физико-механических свойств грунтов

Показатель текучести I_L, д. ед.

Модуль деформации Е, МПа

Угол внутреннего трения φ, град

Удельное сцепление с, кПа

Как следует из характеристик грунтов определяющим показателем грунтового массива является достаточно низкий модуль деформаций Е=5,0÷9,0 МПа [4]. В данных грунтовых условиях, с учетом нагрузок на фундаменты от здания порядка 1000÷1150 кН/пм, в проекте приняты составные сваи общей длиной 17÷19 м. В качестве основного несущего слоя служит глина тугопластичная ИГЭ-7 с показателем текучести I_L = 0,30 и модулем деформации Е = 11,0 МПа. Общее количество свай жилого дома по данному варианту составляет 2280 шт. Расчетная допускаемая нагрузка на сваю 500 кН. Сметная стоимость устройства свайного поля и ростверка оценивается в 58450,0 тыс. руб.

Авторами предложен альтернативный вариант ленточного фундамента с промежуточной подготовкой на комбинированном основании [5, 6]. Данный вариант включает устройство песчаной подушки, набивной сваи с уширением и ленточного фундамента на промежуточной подготовке. Устройство фундамента начинается с послойной отсыпки песчаной подушки с уплотнением. В качестве материала рекомендуется к применению песчано-гравийная смесь (ПГС). Далее выполняется устройство свай в пробитых скважинах СПС 6-50/1,0 длиной L = 6,0 м, с диаметрами ствола d = 0,5 м и уширением D_у = 1,0 м. В основу технологии устройства таких свай положен метод вытрамбовывания котлованов [7, 8, 9]. Пробивка скважин ведется с применением обсадной трубы. По мере достижения проектной отметки в скважину порциями втрамбовывается щебень до проектного объема. Несущая способность контролируется по величине отказа [10]. В процессе пробивки скважин и формирования уширения в окружающем грунте создается уплотнённая область основания с улучшенными строительными свойствами [11, 12, 13].

Следующий этап предполагает локальное доуплотнение буферного слоя песчаной подушки и устройство ленточного фундамента с консолями, так называемого фундамента с промежуточной подготовкой. Для включения консолей в работу предварительно отсыпается слой песчаного грунта толщиной h₂ (Рис.1.)
Наличие консоли ведет к повышению расчетного сопротивления под подошвой промежуточной подготовки.

Рисунок 1. Расчетная схема для определения осадок:

1 – контур песчаной подушки;

2 – граница активной зоны сжатия;

3 – граница уплотненной области грунта

Указанное повышение обусловлено пригрузом грунта в уровне подошвы фундамента от давления под консолями. Данное давление Р_к
не должно превышать расчетного сопротивления грунта под консолями, уменьшенного с учетом изменяемого коэффициента α в зависимости от толщины промежуточной подготовки. Расчетное сопротивление песчаной подушки определяется по известной формуле СП 22.13330.2011, и за счет пригруза от консоли существенно возрастает. Указанное сопротивление может составлять 400÷600 кПа. При таком расчетном сопротивлении нагрузка, воспринимаемая ленточной частью фундамента в нашем случае, составляет 40÷50% при ширине подошвы 1,5÷2,0 м. Сравнительно небольшая ширина обуславливает приемлемую толщину песчаной подушки в пределах 1,0÷1,5 м. В конечном итоге последняя определяется по результатам проверки подстилающего слоя и определения расчетной осадки. В целом при определении деформации основания ленточного фундамента должно выполняться условия, что расчетная осадка ленточного фундамента не превышает предельно допускаемую осадку S_лф ≤ S_u.

При проектировании указанного варианта комбинированного фундамента решалась главная задача – обеспечение требований расчета грунтового основания по деформациям. Расчет осадки свай и ленточного фундамента выполняется с учетом взаимовлияния.

Расчет свай ведется по двум группам предельных состояний. Несущая способность свай складывается из сопротивления грунта под уширением и вдоль боковой поверхности. С целью повышения несущей способности участок длины сваи, располагающейся в песчаной подушке, выполняется с наклонными гранями. Так как модуль деформации песчаной подушки в 2,0÷2,5 раза превышает модуль деформации глинистого грунта данной площадки, наличие наклонных граней вносит существенный вклад в несущую способность свай. В нашем случае важным считается, распределение нагрузок, воспринимающих ленточным фундаментом и сваями. Авторы приняли соотношение при распределении 50/50. Исходя из указанного, определяется шаг свай и их осадка.

Одним из условий выбора длины свай было исключение влияния эпюры вертикальных сжимающих давлений σ_гр от ленточного фундамента на зону активного сжатия грунта под уширением свай. В этом случае осадки ленточного фундамента и свай, по мнению авторов можно не суммировать. Рациональное проектирование в принятом варианте фундаментов сводится к стремлению удовлетворить условие S_лф ≈ S _св ≤ S_u . В нашем случае расчетные осадки запроектированного фундамента не превысили 150 мм. При этом несущая способность сваи F_d
составила 750 кН. Допускаемая нагрузка на ленточный фундамент 850 кН/п∙м. При этом шаг свай составлял 1,80÷2,00 м. Сметная стоимость устройства предполагаемого варианта фундамента практически на 20% меньше, чем по первоначальному проекту фундаментов из составных свай.

Для обеспечения надежности до начала работ проектом предусматривалось проведение статических испытаний четырех свай для различных участков здания. В процессе производства работ особое внимание уделялось дополнительному уплотнению песчаной подушки после устройства свай с целью обеспечения принятого в проекте модуля деформации песчаной подушки. Величина последнего принята Е = 25,0 МПа. После дополнительного уплотнения деформативность оценивалась по результатам выборочного статического зондирования, что позволяет при необходимости произвести доуплотнение песчаной подушки.

Главный вывод из проведенных исследований заключается в выполнении условий расчета фундамента по деформациям в результате учета работы большого объема грунтового основания и при этом расчетные осадки плиты и свай не суммируются.

Источник

Фундамент с комбинированной подготовкой

Владельцы патента RU 2472898:

Изобретение относится к строительству, в частности к конструкциям фундаментов под колонны промышленных и сельскохозяйственных зданий. Техническим результатом является повышение надежности фундамента при передаче центральной нагрузки и уменьшение деформируемости грунта основания. Технический результат достигается тем, что фундамент с промежуточной подготовкой, включающий железобетонный элемент с плоской подошвой и комбинированную промежуточную подготовку переменной жесткости, выполнен из двух бетонных плит разных геометрических размеров в плане, в зоне, испытывающей сжатие, таким образом, чтобы их геометрические оси совпадали с вертикальной осью фундаментного блока. Предлагаемая конструкция фундамента создает более благоприятные условия для работы грунта основания в целом, то есть уменьшает величину максимальных контактных напряжений, а следовательно, и деформацию грунта основания. 1 ил.

Изобретение относится к строительству, в частности к конструкциям фундаментов под колонны промышленных и сельскохозяйственных зданий.

Известна конструкция фундамента под колонны и стены (М.В.Берлинов, Б.А.Ягупов. Примеры расчета оснований и фундаментов. — М.: Стройиздат, 1986, с.39 http://rutracker.org/forum/viewtopic.php?t=957125) с плоской подошвой, через которую нагрузка на грунт основания передается в основном в виде нормальных напряжений, эпюра которых при центральной нагрузке имеет вид прямоугольника.

Недостатком является то, что консольная часть имеет большой изгибающий момент и поперечную силу.

Известна и наиболее близка по технической сущности к заявляемому изобретению конструкция фундамента для зданий и сооружений (Авторское свидетельство №755952 СССР. Фундамент для зданий и сооружений/ Сорочан Е.А. (СССР). Опубл. 1980. — Бюл. №30. С.172), включающая железобетонный элемент с плоской подошвой и промежуточный слой основания, расположенный между подошвой и грунтом.

Недостатком является то, что не в полном объеме использован резерв снижения расхода материалов (арматуры, бетона) при центральной нагрузке.

Техническим результатом является повышение надежности фундамента при передаче центральной нагрузки и уменьшение деформируемости грунта основания.

Технический результат достигается тем, что фундамент с промежуточной подготовкой, включающий железобетонный элемент с плоской подошвой и комбинированную промежуточную подготовку переменной жесткости, выполнен из двух бетонных плит разных геометрических размеров в плане, в зоне, испытывающей сжатие, таким образом, чтобы их геометрические оси совпадали с вертикальной осью фундаментного блока.

Сущность заявляемого изобретения поясняется следующим чертежом (фиг.1), где изображена конструкция фундамента на комбинированной промежуточной подготовке при центральной нагрузке, которая выполнена из двух бетонных плит с разными геометрическими размерами в плане и рыхлого песка по контуру, таким образом, чтобы оси бетонных плит совпадали с вертикальной осью фундаментного блока, а также показана эпюра контактных напряжений под подошвой.

Фундамент состоит из железобетонного элемента 1 с плоской подошвой 2 и комбинированной промежуточной подготовки переменной жесткости, включающий бетонные плиты 3 и 3′ и рыхлый песок 4. Давление фундамента с плоской подошвой на грунт основания при центральной нагрузке имеет вид прямоугольника, а при наличии промежуточной подготовки переменной жесткости, состоящей из одной бетонной плиты и песчаной подготовки, эпюра трансформируется. При использовании для промежуточной подготовки вместо одной двух бетонных плит с разными геометрическими размерами в плане, выполняемых в сжатой зоне, эпюра контактных напряжений больше трансформируется и имеет очертание 5-7.

Наличие комбинированной промежуточной подготовки переменной жесткости приводит к трансформации эпюры контактных напряжений, то есть к увеличению напряжений под центральной частью фундаментного блока и уменьшению их под консолями фундамента.

Согласно предлагаемой конструкции фундамента при использовании для промежуточной подготовки вместо одной двух бетонных плит с разными геометрическими размерами в плане в начальный период загрузки фундамента в работу вступает первая (нижняя) бетонная плита 3′, при этом грунт под плитой уплотняется и эпюра имеет вид прямоугольника 5. При дальнейшем увеличении нагрузки в работу вступает вторая (верхняя) плита 3, при этом грунт под плитами продолжает уплотняться, а эпюра контактных напряжений трансформируется и имеет вид 6. Затем при дальнейшем увеличении нагрузки в работу вступает вся площадь подошвы фундамента 2 и эпюра еще более трансформируется 7, при этом напряжения в центральной части увеличиваются, а в консольной части — уменьшаются, что позволяет снизить материалоемкость фундамента, в частности расход арматуры и бетона.

Таким образом, предлагаемая конструкция фундамента создает более благоприятные условия для работы грунта основания в целом, то есть уменьшает величину максимальных контактных напряжений, а следовательно, и деформацию грунта основания.

Величина изгибающего момента пропорциональна значению контактного напряжения на консольных участках фундаментной плиты. Поэтому предлагаемая конструкция фундамента имеет следующие преимущества перед прототипом:

— во-первых, снижаются контактные напряжения в консольных участках, что приводит к снижению изгибающего момента в расчетном сечении фундамента, а следовательно, снижается расход материалов на конструкцию фундамента;

— во-вторых, максимальные контактные напряжения уменьшаются в консольной части фундамента и больше сосредотачиваются в центральной части по сравнению с фундаментом на промежуточной подготовке;

— в-третьих, уменьшается глубина развития зон пластических деформаций у краев фундамента и деформации грунта основания в целом.

Фундамент, включающий блок, опертый на грунт через промежуточную подготовку, состоящую в плане из зоны повышенной жесткости и размещенной вокруг нее зоны пониженной жесткости, отличающийся тем, что жесткая часть комбинированной промежуточной подготовки выполняется из двух бетонных плит разных геометрических размеров в плане, таким образом, чтобы их геометрические оси совпадали с вертикальной осью фундаментного блока.

Источник

Пример расчета ленточного и столбчатого фундаментов

Уважаемые коллеги, продолжаем рассматривать пример расчета ленточного фундамента с помощью программы ФОК Комплекс, в этот раз мы рассмотрим расчет ленточного и столбчатого фундаментов.

Перед вводом данных в программу ФОК-Комплекс я стараюсь придерживать такого порядка действия:

1. Определяюсь с отметками, прорисовываю расположения фундаментов, ниже приведен пример:

2. Вычисляю расчетное сопротивление грунта (вручную или по программе), для того что бы проверить совпадает ли данное значение с результатом в программе ФОК Комплекс, ниже приведен пример:

СП 22.13330.2011 Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*

Определение расчетного сопротивления грунта основания

5.6.7 При расчете деформаций основания фундаментов с использованием расчетных схем, указанных в 5.6.6, среднее давление под подошвой фундамента р не должно превышать расчетного сопротивления грунта основания R, определяемого по формуле

где g_с1и g_с2— коэффициенты условий работы, принимаемые по таблице 5.4;

k — коэффициент, принимаемый равным единице, если прочностные характеристики грунта (j_II и с_II) определены непосредственными испытаниями, и k=1,1, если они приняты по таблицам приложения Б;

k _z — коэффициент, принимаемый равным единице при b 3 ;

g’_II — то же, для грунтов, залегающих выше подошвы фундамента, кН/м 3 ;

с_II — расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента (см. 5.6.10), кПа;

d₁ — глубина заложения фундаментов, м, бесподвальных сооружений от уровня планировки или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле (5.8). При плитных фундаментах за d₁принимают наименьшую глубину от подошвы плиты до уровня планировки;

d_b — глубина подвала, расстояние от уровня планировки до пола подвала, м (для сооружений с подвалом глубиной свыше 2 м принимают равным 2 м);

здесь h_s — толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м;

h_cf — толщина конструкции пола подвала, м;

g_cf — расчетное значение удельного веса конструкции пола подвала, кН/м 3 .

При бетонной или щебеночной подготовке толщиной h_n допускается увеличивать d₁ на h_n.

Примечания:

1. Формулу (5.7) допускается применять при любой форме фундаментов в плане. Если подошва фундамента имеет форму круга или правильного многоугольника площадью А, значение bпринимают равным .

1. Расчетные значения удельного веса грунтов и материала пола подвала, входящие в формулу (7) допускается принимать равными их нормативным значениям.

1. Расчетное сопротивление грунта при соответствующем обосновании может быть увеличено, если конструкция фундамента улучшает условия его совместной работы с основанием, например, фундаменты прерывистые, щелевые, с промежуточной подготовкой и др.
2. Для фундаментных плит с угловыми вырезами расчетное сопротивление грунта основания допускается увеличивать, применяя коэффициент k_d по таблице 5.6.
3. Если d₁>d (d— глубина заложения фундамента от уровня планировки), в формуле (5.7) принимают d₁ = dи d_b = 0.
4. Расчетное сопротивления грунтов основания R, определяемое по формулам (В.1) и (В.2) с учетом значений R₀ таблиц B.1-В.10 приложения В, допускается применять для предварительного назначения размеров фундаментов в соответствии с указаниями разделов 5-6.

Исходные данные

Основание фундаментом являются — Супесь лессовидная просадочная низкопористая твердая (ИГЭ 2)

с_II= 0,6 т/м 2 ; d₁ = 2,30 м + 0,10 м * 2,00 т/м 3 / 1,653 т/м 3 = 2,30 м + 0,121 м = 2,421 м;

R = (1,25 х 1,00) / 1,00 * [0,78 * 1,00 * 3,00 м * 1,800 т/м 3 + 4,11 * 2,421 м * 1,653 т/м 3 +

+ (4,11 – 1,00) * 1,05 м * 1,653 т/м 3 + 6,67 * 0,6 т/м 2 ] = 1,25 * (4,212 т/м 2 + 16,44786243 т/м 2 +

+ 5,3978715 т/м 2 + 4,002 т/м 2 ) =37,5746674125 т/м 2 .

Расчетное сопротивление грунта определяется согласно СНиП 2.02.01-83

‘Основания зданий и сооружений’ по формуле 7:

ВВЕДЕННЫЕ ДАННЫЕ:

Ширина подошвы фундамента b= 3 м

Глубина заложения фундамента d= 3.35 м

Гибкая конструктивная схема здания

Длина здания L= 0 м

Высота здания H= 0 м

Здание с подвалом — фундамент под наружную стену (колонну)

Толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала hs= 2.3 м

Толщина конструкции пола подвала hcf= 0.15 м

Удельный вес материала пола подвала ycf= 2.2 тс/м3

Тип грунта: пылевато-глинистые, а также крупнообломочные с пылевато-глинистым заполнителем с

показателем текучести грунта или заполнителя IL 2 ;

давление ветра — 38 кг/м 2 ;

основанием является грунт II категории по сейсмическим свойствам.

площадка строительства — 7 баллов.

Значение характеристик грунтов засыпки, уплотненных согласно нормативным документам с коэффициентом уплотнения не менее 0,95 от их плотности в природном сложении, допускается устанавливать по характеристикам тех же грунтов в природном залегании.

Нагрузки на столбчатые и ленточные фундаменты получены из программы ПК ЛИРА 10.4.

Ниже выдержки из некоторых таблиц исходных данных.

Производим расчет, по результатам расчета начальное просадочное давление во всех слоях просадочного грунта не превышает давления на основание, вводим характеристики грунта при полном водонасыщении в таб.2.1 и 2.3, кроме того под фундаментами выполняем песчаную подушку из песка средней крупности.

Выводы

По результатам расчета ленточного и столбчатого фундаментов, расчетное сопротивление грунта R = 18,56 т/м 2 .

Среднее давление под подошвой фундаментов не превышает 14,79т/м2, что меньше расчетного сопротивления грунта R = 18,59т/м 2 .

Начальное просадочное давление во всех слоях просадочного грунта не превышает давления на основание, в расчете приняты характеристики грунтов при полном водонасыщении.

Максимальные деформации фундаментов составляют S = 0,065м, что не превышает установленных значений по приложению 4.[2] S_u = 0,08м.

Относительные деформации фундаментов составляют S_del =0,0007, что не превышает установленных значений по приложению 4.[2] S_udel = 0,002.

Источник

Читайте также:  Фундамент для сырого подвала