Осідання умовного фундаменту

Пояснення до розрахунку

Розрахунок осідання умовного фундаменту методом пошарового підсумовування виконано відповідно до додатків "Д" та "П" ДБН В.2.1-10-2009 "Основи і фундаменти споруд. Основні положення проектування"[1].

Для того, щоб виконати розрахунок осідання фундаменту на цьому сайті, необхідно:

- ввести зусилля N від розрахункового експлуатаційного навантаження;
- ввести габарити поля паль;
- задати параметри котловану;
- якщо присутні ґрунтові води то розбити відповідний ґунт на два шари (водоненасичений та водонасичений);
- обрати з випадаючого списку кількість ІГЕ (інженерно-геологічних елементів);
- ввести товщини h,м, питому вагу Y11,кН/м3 та модулі деформації E,кПа ґрунтів;
- ввести суму чисел з картинки та натиснути кнопку "розрахунок".

Позначення, прийняті на схемі:

DL - позначка планування підсипкою або зрізкою;
NL - позначка поверхні природного рельєфу;
FL -позначка підошви фундаменту
WL - позначка рівня підземних вод
ВС - нижня межа стисливої товщі
d і dn - глибина закладання фундаменту відповідно від рівня планування і поверхні природного рельєфу
dp - діаметр круглих паль або сторона квадратної палі
Hc - глибина стисливої товщі
b - ширина фундаменту
L - довжина сторони прямокутного фундаменту
By - ширина умовного фундаменту
Ly - довжна умовного фундаменту
Вк - ширина котловану
Lк - довжина котловану;
Yексп - питома вага ґрунту при експлуатації
YII,mt,dn - усереднене значення питомої ваги ґрунтів котловану по довжині dn
YII,mt,h - усереднене значення питомої ваги ґрунтів умовного фундаменту по довжині h
YII,mt - усереднена питома вага ґрунтів на товщині dn
*Ee,i - модуль деформації і-го шару ґрунту за гілкою вторинного навантаження - модуль пружності для другої складової формули 7 Додатку Д1, яку при глибині котловану менше 5м дозволяється не враховувати, див. п.п. 8,10.

Розрахунок деформацій основ пальового фундаменту за розрахунковою схемою умовного фундаменту

    Рисунок 1 – Схема розрахунку пальового фундаменту за деформаціями основ

Межі умовного фундаменту (рис. 1) визначаються: знизу - площиною, яка проходить через нижні кінці паль; з боків - вертикальними площинами, які проходять на відстані 2h*tan(φII, mt/4) від зовнішньої грані крайніх рядів паль у кущі; зверху - поверхнею планування.
При побудові умовного фундаменту використовується поняття середнього значення кута внутрішнього тертя ґрунту, яке обчислюється за формулою

де φII, i - розрахункове значення кута внутрішнього тертя i-го шару ґрунту, який прилягає до бокової поверхні палі;
hi - товщина і-го шару ґрунту;
Σhi - сумарна товщина шарів ґрунту від підошви ростверка до нижнього кінця палі.

Розміри підошви умовного фундаменту

Ly = L+2h*tan(φII, mt/4);    (2)
By = b+2h*tan(φII, mt/4);   (3)
Ay = Ly*By.   (4)

де Ly,Ly - розміри підошви умовного фундаменту;
L,b - відстань між зовнішніми гранями паль у напрямку довжини та ширини фундаменту;
Ay - площа підошви умовного фундаменту.

Перед розрахунком осідання слід перевірити умову неперевищення тиском під підошвою умовного фундаменту розрахункового опору грунту його основи. Розрахункове експлуатаційне навантаження для перевірки тиску під підошвою умовного фундаменту визначається за формулою

NΣ = Ne+Ngr+Nr+Np;    (5)

де Ne - розрахункове експлуатаційне навантаження на рівні обрізу фундаменту;
Ngr, Nr, Np - вага відповідно ґрунту, ростверка, паль, які знаходяться в межах умовного фундаменту.
Перевірку тиску на грунт, який знаходиться нижче вістря паль (під підошвою умовного фундаменту), виконують виходячи з умови:

p ≤ R    (6)

де p - середній тиск по підошві умовного фундаменту;
R - розрахунковий опір ґрунту основи на рівні підошви умовного фундаменту;

Розрахункове експлуатаційне навантаження для визначення осідання пальового фундаменту визначається без урахування власної ваги грунту в об’ємі умовного фундаменту за формулою

NΣ = Ne+Nr+Np;    (7)

Осідання умовного фундаменту розраховується згідно з [1] методом пошарового підсумовування. Осідання розраховують цим методом в такій послідовності.

1. Товщу ґрунтового масиву, починаючи від підошви умовного фундаменту, розбивають на елементарні шари товщиною не більше 0,2bу. При цьому межа між шарами з різними модулями деформації повинна бути і межею між шарами методу.
2. Визначають середній тиск під підошвою фундаменту р за формулою (5.13) без урахування власної ваги грунту в об’ємі умовного фундаменту та вертикальне напруження від власної ваги ґрунту на рівні підошви ростверку σzg,0' до початку будівництва

σzg,0' = γ'dn    (8)

де γ' – осереднене значеня питомої ваги ґрунтів, розташованих вище підошви ростверку (на товщині dn);
dn – глибина закладання підошви ростверка від рівня природного рельєфу.

3. Будують епюру вертикальних напружень за глибиною σzp.i. Ординати епюри визначаються по межах елементарних шарів ґрунту, на які розбита стислива товща, за формулою

σzp.i = αp     (9)

де α – коефіцієнт затухання напружень з глибиною, який приймається за [1] у залежності від коефіцієнтів ξ = 2Zі/bу; η = lу/bу;
Zi – глибина розташування точки, в якій визначається σzp.i, від підошви умовного фундаменту.

4. Будують епюру вертикальних напружень від власної ваги ґрунту по глибині основи σzg.i після зведення будівлі. Вертикальне напруження від власної ваги ґрунту на межі шару, розташованого на глибині Z від підошви умовного фундаменту, визначається за формулою

де γі та hi – відповідно питома вага та товщина шарів грунту, які лежать у межах глибини Z (у межах цієї глибини кількість шарів дорівнює m).
Питома вага ґрунтів, розташованих нижче рівня підземних вод, але вище водоупору, повинна прийматись з урахуванням виважувальної дії води (за винятком глин).
При визначенні σzg у водоупорному шарі належить врахувати тиск стовпа води, розташованого вище даної глибини.

5. Будують епюру вертикальних напружень від власної ваги ґрунту, знятого в котловані до рівня підошви ростверку,σzy.i, по глибині основи. Вертикальне напруження σzy.i на межі шару, розташованого на глибині Z від підошви фундаменту, визначається за формулою

σzy.i = ασzg,0'     (11)

де αк – коефіцієнт затухання напружень з глибиною, який приймається за [1] у залежності від коефіцієнтів ξ = 2Zі/bк; η = lк/bк;
lк та bк – відповідно довжина і ширина котловану.

6. Визначають положення межі стисливої товщі основи. Вона приймається на глибині Zi = Нс, де виконується умова

σzp.i ≤ k(σzg - σzu1)     (12)

де k = 0,2 при bу ≤ 5 м;
k = 0,5 при bу > 20 м;
при 5 < bу ≤ 20 м k визначають інтерполяцією;
σzg- напруження від власної ваги ґрунту по глибині основи після зведення будівлі (з урахуванням планування);
σzu1 – напруження від власної ваги грунту в межах від підошви ростверку до нижніх кінців паль.

Побудова епюр σzp, σzg та σzy обмежується глибиною стисливої товщі.
Якщо в межах глибини Нс, знайденої за вказаними вище умовами, залягає шар грунту з модулем деформації Е > 100 МПа, стисливу товщу допускається приймати до покрівлі цього грунту.

Якщо знайдена межа стисливої товщі знаходиться в шарі ґрунту з модулем деформації Е < 5 МПа, нижня межа цієї товщі визначається згідно з умовою σzp ≤ 0.1(σzg - σzu1).

7. Визначають осідання кожного із шарів, на які розбита товща ґрунтового масиву в межах глибини Нс. Осідання і-того шару

де β – безрозмірний коефіцієнт, який дорівнює 0,8;
σzp,ісер – середнє значення вертикального напруження від зовнішнього навантаження в і-тому шарі ґрунту, яке дорівнює півсумі вказаних напружень на верхній Zi-1 та нижній Zi межах шару

hi – товщина і-того шару ґрунту;
Еі - модуль деформації цього шару за гілкою первинного наванта-ження;
σzy,ісер – середнє значення вертикального напруження від власної ваги грунту, вийнятого з котловану, в і-тому шарі ґрунту, яке дорівнює півсумі вказаних напружень на верхній Zi-1 та нижній Zi межах шару

Ее,і - модуль деформації і-го шару грунту за гілкою вторинного навантаження (модуль пружності). Еі та Ее,і визначаються в межах діючих навантажень від власної ваги грунту і будівлі. При відсутності даних випробувань модуль деформації Ее,і для споруд рівнів відповідальності СС1 та СС2 допускається приймати Ее,і = 5 Еі.
При розрахунках осідань фундаментів, що зводять у котлованах глибиною менше 5 м, допускається у формулі (13) не враховувати другу складову.

8. Визначають повне осідання основи додаванням осідань окремих шарів

де n – кількість шарів, на які розбита стислива товща основи (в межах Нс).

9. Одержане значення розрахункового осідання основи порівнюють з гранично допустимим значенням осідання Su, яке визначається за [1].
Якщо гранична нерівність S ≤ Su виконується, то розрахунок можемо вважати закінченим, у іншому випадку необхідно збільшити розміри підошви фундаменту (шляхом збільшення відстані між палями) та повторити розрахунок осідання.
10. Якщо середній тиск під підошвою фундаменту р ≤ σzg,0', осідання фундаменту визначають за формулою

Перелік посилань

1. ДБН В.2.1-10-2009 "Основи і фундаменти споруд. Основні положення проектування".