Расчет осадки фундамета во времени

Кубанский государственный технологический университет

Кафедра «Строительные конструкции и

гидротехнические сооружения»

РАСЧЕТ ОСАДКИ ФУНДАМЕНТА

Методические указания по курсовому и дипломному

проектированию по курсу «Основания и

фундаменты» для студентов всех форм обучения

специальностей: 290300 – «Промышленное и

гражданское строительство», 290400 – «Гидротехническое

строительство», 290500 – «Городское строительство

и хозяйство» направления 653500 «Строительство»

Краснодар

Составитель: канд. техн. наук, доц. С.И.Дизенко

УДК 624.15.04 (075.8)

Расчет осадки фундамента. Методические указания по курсовому и дипломному проектированию по курсу «Основания и фундаменты» для студентов всех форм обучения специальностей: 290300 – «Промышленное и гражданское строительство», 290400 – «Гидротехническое строи-тельство», 290500 – «Городское строительство и хозяйство» направления 653500 «Строительство» »/Сост.: С.И. Дизенко; Кубан. гос. технол. ун-т. Каф. «Строительные конструкции и гидротехнические сооружения». – Краснодар: Изд-во КубГТУ, 2003.-32с.

Изложена методика расчета осадок основания фундаментов промышленных и гражданских зданий. Рассмотрен вопрос определения времени затухания осадки. Даны примеры расчетов, приведены необходимые табличные данные.

Ил. 6. Табл. 7. Библиогр. 6 назв.

Печатается по решению Редакционно-издательского совета Кубанского государственного технологического университета.

Рецензенты:

заведующий кафедрой «Оснований и фундаментов» Кубанского госагроуниверситета д-р геол.-мин.наук, проф. К.Ш. Шадунц;

доц. кафедры «Строительные конструкции и гидротехни-
ческие сооружения», канд. техн. наук В.А. Гуминский

ВВЕДЕНИЕ

Важнейшая задача современности - дальнейшее ускорение научно-технического прогресса во всех отраслях промышленности, что тесно связано со строительством новых и реконструкцией существующих сооружений. Совершенствование фундаментостроения обеспечит дальнейшее повышение качества возведения жилых и промышленных зданий.

Уменьшение стоимости и обеспечение необходимой надежности сооружений зависят от правильной оценки грунтового основания, рационально запроектированных и качественно возведенных фундаментов.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЕЧНЫХ ОСАДОК ОСНОВАНИЯ

МЕТОДОМ ПОСЛОЙНОГО СУММИРОВАНИЯ

Общее положения расчета

Осадка основания S с использованием расчетной схемы в виде линейно-деформируемого полупространства определяется методом послойного суммирования по формуле

Расчет осадки фундамета во времени - №1 - открытая онлайн библиотека (1.1)

где β - безразмерный коэффициент, равный 0,8;

σzpi - среднее значение дополнительных вертикальных нормальных напряжений в i - м слое грунта, равное полусумме указанных напряжений

на верхней и нижней

zi - границах слоя по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента;

hi, Ei - соответственно толщина и модуль деформации i - го слоя грунта;

n - число слоев, на которое разбита сжимаемая толща основания.

Сжинаемую толщу грунта под подошвой фундамента делят на элементарные слои, толщиной не более 0,4 ширины подошвы фундамента. При слоистом основании каждый элементарный слой должен включать однородный грунт и не должен быть более двух метров. Схема распределения вертикальных нормальных напряжений по глубине основания принимается согласно /I/, см рис.1.1.

Для вертикали, проходящей через середину подошвы фундамента, определяют напряжения от собственного веса грунта σzq и дополнительные напряжения σzp.

Вертикальные напряжения от собственного веса грунта на границе слоя, расположенного на глубине Z от подошвы фундамента, определяются по формуле

Расчет осадки фундамета во времени - №2 - открытая онлайн библиотека (1.2)

где Расчет осадки фундамета во времени - №3 - открытая онлайн библиотека - удельный вес грунта, расположенного выше подошвы фундамента;

dn - глубина заложения фундамента;

Расчет осадки фундамета во времени - №4 - открытая онлайн библиотека i, hi - соответственно удельный вес и толщина i -го го слоя грунта.

ниже уровня подземных вод (УПВ) в песках к глинистых грунтах с JL > 0,5 учитывают взвешивавшее действие воды

Расчет осадки фундамета во времени - №5 - открытая онлайн библиотека (1.3)

где Расчет осадки фундамета во времени - №4 - открытая онлайн библиотека s - удельный вес грунта;

Расчет осадки фундамета во времени - №4 - открытая онлайн библиотека w- удельный вес воды;

e - коэффициент пористости грунта.

Глинистые грунты с JL <0,5 считаются водоупорами.

Давление от собственного веса грунта на кровлю водоупора вычисляют

с учетом давления воды

Расчет осадки фундамета во времени - №8 - открытая онлайн библиотека (1.4)

Расчет осадки фундамета во времени - №9 - открытая онлайн библиотека

DL - отметка планировки; NL- отметка поверхности природного рельефа; FL - отметка подошвы фундамента; WL- уровень подземных вод; В.С. - нижняя граница сжимаемой толщи; d и dn - глубина заложения фундамента соответственно от уровня планировки и поверхности природного рельефа; Нc - глубина сжинаемой толщи

Рисунок 1 Схема для расчета осадок методом послойного суммировния

Дополнительные вертикальные напряжения на глубине Z от подошвы фундамента, действующие по оси, проходящей через центр подошвы фундамента, определяются по формуле

Расчет осадки фундамета во времени - №10 - открытая онлайн библиотека (1.5)

где α - коэффициент затухания дополнительных давлений по глубине,

принимаемый по табл.1.1 /I/

Po = P - σzq - дополнительное вертикальное давление на основание в уровне подошвы фундамента;

Р - среднее давление под подошвой фундамента;

σzq- напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента.

Нижняя граница сжимаемой, толщи основания принимается на глубине, где выполняется условие

Расчет осадки фундамета во времени - №11 - открытая онлайн библиотека

В случае, когда нижняя граница сжимаемой толщи заканчивается в грунтах с модулем деформации Расчет осадки фундамета во времени - №12 - открытая онлайн библиотека МПа, то эти грунт включается в сжимаемую толщу, а её нижнее границу переносят на глубину, где выполняется условие

Расчет осадки фундамета во времени - №13 - открытая онлайн библиотека

Расчет основания по деформациям завершается сравнением полученной конечной осадки S с предельно допустимым значением осадки Su для данного типа здания, принимаемым согласно /I/. см табл. 1.2.

Таблица 1.1 Коэффициент затухания

  Расчет осадки фундамета во времени - №14 - открытая онлайн библиотека Коэффициент Расчет осадки фундамета во времени - №15 - открытая онлайн библиотека для фундаментов
круглых   прямоугольных с соотношением сторон равным Расчет осадки фундамета во времени - №16 - открытая онлайн библиотека   ленточных    
1,0 1,4 1,8 2,4 3,2 1,5
1,000 1,000 1,000 1.000 1,000 1,000 1,000 1,000
0,4 0,949 0,960 0,972 0,975 0,976 0,977 0,977 0,977
0,8 0,756 0,800 0,848 0,866 0,876 0,879 0,881 0.881
1.2 0,547 0,606 0,682 0,717 0,739 0,749 0,754 0,755
1.6 2,0 0,390 0,285 0,449 0,336 0,532 0,414 0,578 0,463 0,612 0,505 0,629 0,530 0,639 0,545 0.642 0,550
2,4 2,8 0,214 0,165 0,257 0,201 0,325 0,260 0,374 0,304 0,419 0,349 0,449 0,383 0,470 0,410 0,477 0,420
3.2 0,130 0,160 0,210 0,251 0,294 0,329 0,360 0,374
3,6 4,0 0,106 0,0877 0,131 0,108 0,173 0,145 0,209 0,176 0,250 0,214 0,285 0,248 0,319 0,285 0,337 0,306
4,4 4,8 5,2 5,6 0,073 0,062 0,053 0,046 0,091 0,077 0,067 0,058 0,123 0,105 0,091 0,079 0,150 0,130 0,113 0,099 0,185 0,161 0.141 0.124 0,218 0,192 0,170 0,152 0,255 0,230 0,208 0,189 0,280 0,258 0,239 0,223
6,0 0,040 0,051 0,070 0,087 0,110 0,136 0,173 0,208
6,4 0,036 0,045 0,062 0,077 0,099 0,122 0,158 0,196
6,8 0,031 0,040 0,055 0,064 0,088 0,110 0,145 0,185
7,2 0,028 0,036 0,049 0,062 0,080 0,100 0,133 0,175
7,6 0,024 0,032 0,044 0,056 0,072 0,091 0,123 0,166
8,0 0,022 0,029 0,040 0,051 0,066 0,084 0,113 0,158
8,4 0,021 0,026 0,037 0,046 0,060 0,077 0,105 0,150
8,8 0,019 0,024 0,033 0,042 0,055 0,071 0,098 0,143
9,2 0,017 0,022 0,031 0.039 0,051 0,065 0,091 0,137
9,6 0,016 0,020 0,028 0,036 0,047 0,060 0,085 0,132
10.0 0,015 0,019 0,026 0,033 0.043 0,056 0,079 0,126
10,4 0,014 0,017 0,024 0,031 0,040 0,052 0,074 0,122
10,8 0,013 0,016 0,022 0,029 0,037 0,049 0,069 0,117
11,2 0,012 0,015 0,021 0,027 0,035 0,045 0,065 0,113
11,6 0,011 0,014 0,020 0,025 0,033 0,042 0,061 0,109
12,0 0,010 0,013 0,018 0,023 0,031 0,040 0,058 0,106

Таблица 1.2 Предельные деформации основания (СНиП 2.02.01-83*. приложение 4)

Сооружения   Предельные деформации основания
относительная раз­ность осадок Расчет осадки фундамета во времени - №17 - открытая онлайн библиотека крен   iu средняя. (Su в скобках максимальная Smax,u) осадка, см
1. Производственные и гражданские одноэтажные и много­ этажные здания с полным каркасом: железобетонным стальным 2. Здания и сооружения, в конструкциях которых не возникает усилия от неравномерна осадок 3. Многоэтажные бескар- касные здания с несущая стенами из: крупных панелей крупных блоков или кирпичной кладки без армированием то же, с армированием, в том числе с устройством железобе­тонных поясов 4. Сооружения элеваторов из железо­ бетонных конст- рукций; рабочее здание и силос- ный корпус монолитной конструкции на одной фундаментной плите то же, сборной конструкции отдельно стоящий силос- ный корпус монолитной конструкции     0,002 0,004 0,006     0,0016 0,0020     0,0024   -   - -       - - -     0,005 0,005     0,005   0,003   0,003 0,004   (8) (12) (15)            

Окончание таблицы 1.2

Сооружения   Предельные деформации основания
относительная раз­ность осадок Расчет осадки фундамета во времени - №18 - открытая онлайн библиотека крен   iu средняя. (Su в скобках максимальная Smax,u) осадка, см
то же сборной конструкции отдельно стоящее рабочее здание 5. Дымовые трубы высотой Н, м: Н < 100 100 < Н < 200 200 < Н < 300 Н > 300 6. Жесткие сооружения вы- сотой до 100 м, кроме ука- занных в поз. 4 и 5 7. Антенные сооружения связи: стволы мачт заземленные то же, электрически изолированные башни радио башни коротковолновых радиостанций башни (отдельные блоки) 8. Опоры воздушных линий электропередачи: промежуточные прямые анкерные ж анкерно-угло- вые, промежуточные угло- вые, концевые, порталы открытых распределитель- ных устройств специальные переходные -   - -     - - - - -   - -   0,002 0,0025   0,001     0,003 0,0025     0,002 0,004 0,004     0,005 1/(2Н) 1/(2Н) 1/(2Н) 0,004   0,002 0,001   - -   -     0,003 0,0025     0,002         - -   -     - -     -    

Пример расчета

Определение конечной осадки ленточного фундамента мелкого заложения методом послойного суммирования

Ширина подошвы ленточного фундамента B= 2,4 м, грунтовые условия см. рисунок 1.2. Среднее давление под подошвой фундамента

Р = 293 кПа.

Удобна такая последовательность расчета:

Вычерчиваем в масштабе геологический разрез строительной

площадки. На этот разрез наносим контуры фундамента, строго

выдерживая глубину заложения. Разбиваем толщу грунта ниже

подошвы фундамента на элементарные слон высотой hi = 0,4B.

Расчет осадки фундамета во времени - №19 - открытая онлайн библиотека м.

Для вертикали , проходящей через середину подошвы фундамента, находим напряжения от собственного веса грунта σzq и дополнительные давления σzp:

Расчет осадки фундамета во времени - №20 - открытая онлайн библиотека

В уровне подошвы фундамента (точка 0):

Расчет осадки фундамета во времени - №21 - открытая онлайн библиотека кПа;
в точке I: σzq1= 43,4 + 19,7 . 0,96 = 62,3 кПа.

Ниже УПВ в песках учитываем взвешивающее действие воды

Расчет осадки фундамета во времени - №22 - открытая онлайн библиотека kH/м3

в точке I: σzq3= 62.3+9.55 . 1.24 = 74.2 кПа.

Глинистые грунты с JL < 0,5 считаются водоупорами. Суглинок бурый имеет JL = 0,4. Следовательно, на кровле суглинка эпюра σzq имеет скачок

Расчет осадки фундамета во времени - №23 - открытая онлайн библиотека кПа

Расчет осадки фундамета во времени - №24 - открытая онлайн библиотека

Рисунок 1.2 Схема к расчету осадок ленточного фундамента

Для остальных точек значения σzq приведены в таблице 1.3.

Дополнительные (уплотняющие) давления вычисляем по формуле

Расчет осадки фундамета во времени - №25 - открытая онлайн библиотека

где α - коэффициент затухания принять по таблице 1.1.

В точке 0, т.е. на отметке - 2,9 м:

Р = 293 кПа, σzq,o = 43,4 КПа.

Расчет осадки фундамета во времени - №26 - открытая онлайн библиотека Расчет осадки фундамета во времени - №27 - открытая онлайн библиотека , Расчет осадки фундамета во времени - №28 - открытая онлайн библиотека

Расчет осадки фундамета во времени - №29 - открытая онлайн библиотека кПа

В точке I

Z = 0.96 м Расчет осадки фундамета во времени - №30 - открытая онлайн библиотека Расчет осадки фундамета во времени - №31 - открытая онлайн библиотека

Расчет осадки фундамета во времени - №32 - открытая онлайн библиотека кПа

В точке 2

Z = 1.92 Расчет осадки фундамета во времени - №33 - открытая онлайн библиотека Расчет осадки фундамета во времени - №34 - открытая онлайн библиотека

Расчет осадки фундамета во времени - №35 - открытая онлайн библиотека кПа

Для остальных точек величины σzp приведены в таблице 1. 3.

Таблица 1.3 Результаты расчета

Грунт номер точек Z, м Расчет осадки фундамета во времени - №36 - открытая онлайн библиотека Расчет осадки фундамета во времени - №37 - открытая онлайн библиотека Расчет осадки фундамета во времени - №38 - открытая онлайн библиотека ,кПа Расчет осадки фундамета во времени - №39 - открытая онлайн библиотека ,кПа E ,кПа
Песок пылеватый 249,6 43,4  
I 0,96 0,8 0,881 62,3
1,92 1.6 0.642    
2,20 1,83 0,582 74,2  
2,20       86,6  
Суглинок бурый 2,88 2,4 0,477    
3,84 3,2 0,374 93,2  
4,80 4,0 0,306 76,2    

Окончание таблицы 1.3

Грунт номер точек Z, м Расчет осадки фундамета во времени - №36 - открытая онлайн библиотека Расчет осадки фундамета во времени - №37 - открытая онлайн библиотека Расчет осадки фундамета во времени - №38 - открытая онлайн библиотека ,кПа Расчет осадки фундамета во времени - №39 - открытая онлайн библиотека ,кПа E ,кПа
Песок пылеватый 5,76 4,8 0,258 64,4    
6,72 5,6 0,223 55,5  
7,68 6,4 0,196    
8,64 7,2 0,176 43,6    
9,6 8,0 0,158 39,4    
10,56 8,8 0,144 35,9 254,1  

Осадка фундамента

Расчет осадки фундамета во времени - №44 - открытая онлайн библиотека

Расчет осадки фундамета во времени - №45 - открытая онлайн библиотека

Расчет осадки фундамета во времени - №46 - открытая онлайн библиотека

Расчет осадки фундамета во времени - №47 - открытая онлайн библиотека

Расчет осадки фундамета во времени - №48 - открытая онлайн библиотека

Расчет осадки фундамета во времени - №49 - открытая онлайн библиотека .

Сравним полученную конечную осадку основания S = 0,045м с предельно допустимой /I, приложение 4/:

S = 0,045 м < Su = 0,1 м

Следовательно, ожидаемая осадка основания фундамента находится в пределах допустимой.

Пример расчета

Определение конечной осадки свайного фундамента

методом послойного суммирования

Размеры подошвы условного грунтосвайного массива ιy=3,72 м;

by = 2,82 м. Среднее давление под подошвой условного грунтосвайного массива Р = 364,0 кПа. Природное давление в уровне конца свай

σzq,o = 185 кПа. Грунтовые условия см. рисунок 1.3.

Осадка свайного фундамента определяется как для условного грунтосвайного массива аналогично расчету осадок фундамента мелкого заложения. Деформация слоев грунта начинается от подошвы условного фундамента, т.е. от уровня конца свай.

Дополнительное давление на уровне подошвы условного фундамента

Расчет осадки фундамета во времени - №50 - открытая онлайн библиотека (364.0 - 185,0) = 179,0 кПа;

Расчет осадки фундамета во времени - №51 - открытая онлайн библиотека

hi = 0,4 Расчет осадки фундамета во времени - №52 - открытая онлайн библиотека by = 0,4 * 2,82 = 1,13 м.

Расчет осадки фундамента ведется в табличной форме (таблице 1.4).

Таблица 1.4 Расчет осадки фундамента

Грунт номер точек Z, м Расчет осадки фундамета во времени - №53 - открытая онлайн библиотека Расчет осадки фундамета во времени - №37 - открытая онлайн библиотека Расчет осадки фундамета во времени - №38 - открытая онлайн библиотека ,кПа Расчет осадки фундамета во времени - №39 - открытая онлайн библиотека ,кПа E ,кПа
Глина светло бурая 1,000  
1,13 0,8 0,839    
2,26 1,6 0,515  
3,39 2,4 0,311 55,6    
в.с. 3,75 2,66 0,270 48,3  
4,52 3,2 0,200 35,8    

Расчет осадки фундамета во времени - №57 - открытая онлайн библиотека

Рисунок 1.3 Схема к расчету осадок свайного фундамента

Определяем расчетную осадку в пределах сжимаемой толщи мощность 3,75 м по формуле (1.1):

+

Расчет осадки фундамета во времени - №58 - открытая онлайн библиотека Расчет осадки фундамета во времени - №59 - открытая онлайн библиотека = 2,22 cм.

Предельно допустимая осадка для данного типа здания согласно /I/ равна

Su = 10 см ;

S = 2,22 см < Su = 10 см.

что удовлетворяет требованиям СНиП /I/.

2. РАСЧЕТ ОСАДКИ МЕТОДОМ ПОСЛОЙНОГО СУММИРОВАНИЯ НА ЭВМ

Алгоритм решения

Вычислительный процесс определения конечной осадки и мощности сжимаемой толщи основания организован следующим образом:

1. Производится перебор геологических слоев грунта,

число и характеристика которых даны в исходных данных.

2. Для каждого слоя грунта происходит разбиение на

элементарные слои. Высота элементарного слоя назначается менее

0,3 B, где B - меньшая сторона фундамента. Минимальное число

элементарных слоев равно 1.

3. Вычисляются для середины каждого элементарного слоя

бытовые и дополнительные напряжения.

4. Происходит сравнение бытовых и дополнительных напряжений в

каждом уровне, где вычисляются эти напряжения.

5. Определятся осадки для каждого элементарного слоя и происходит их

накопление.

6. Вычислим общая осадка и мощность сжимаемой толщи при которой

значение дополнительного напряжения достигает 20 % от природного

или же 10 % от природного в случае, если граница сжимаемой толщи

приходятся на слой с модулем деформации Е < 5000 кПа.

7. Выдаются на печать природные и дополнительные напряжения, глу-

бина от подошвы фундамента в уровне каждого элементарного слоя,

полная осадка фундамента и мощность сжимаемой толщи.

Блок-схема программы “OSADKA” приведена на рисунке 2.1.

Блок Схема

Расчет осадки фундамета во времени - №60 - открытая онлайн библиотека

Рисунoк 2.1 - Блок-схема программы “OSADKA”

РАСЧЕТ ОСАДКИ ФУНДАМЕТА ВО ВРЕМЕНИ

Теоретические положения

Для расчета затухания осадок фундаментов во времени можно воспользоваться методом эквивалентного слоя профессора Н.А. Цытовича.

В этом случае осадка слоистого основания определяется приближенно

из выражения

S = hэ*αo*Po , (3.1)

где hэ - мощность эквивалентного слоя, м, определяемая из выражения

hэ= Aw * B , (3.2)

где hэ- коэффициент эквивалентного слоя, м зависящий от коэффициента Пуассона Расчет осадки фундамета во времени - №61 - открытая онлайн библиотека ,формы подошвы и жесткости фундамента, определяется по таблице 3.1;

B - ширина подошвы фундамента, м ;

Расчет осадки фундамета во времени - №62 - открытая онлайн библиотека о - средний коэффициент относительной сжимаемости грунта,

Рo - дополнительное (уплотняющее) давление по подошве

фундамента, кПа.

В расчетной схеме сжимаемую толщу грунта, которая оказывает влияние на осадку фундамента, принимают равной двум мощностям эквивалентного слоя H = 2 hэ,а распределение дополнительных давлений - по закону треугольника (рисунок 3.1).

Коэффициент относительной сжимаемости в пределах эквивалентного слоя определяется усреднено по формуле

Расчет осадки фундамета во времени - №63 - открытая онлайн библиотека (3.3)

где n - число слоев грунта в пределах активной зоны;

hi - мощность i -го слоя грунта, м ;


Соотношение сторон   Гравий и галька   Пески   Суглинки пластичные Тяжелые глины сильно пластичные  
Твердые глины и суглинки супеси глины пластичные
ν = 0,10 ν = 0,20 ν = 0,25 ν = 0,30 ν = 0,35 ν = 0,40
1,13 0,96 0,89 1,20 1,01 0,94 1,26 1,07 0,99 1,37 1,17 1,08 1,58 1,34 1,24 2,02 1,71 1,58
1,5 1,37 1,16 1,09 1,45 1,23 1,15 1,53 1,30 1,21 1,66 1,40 1,32 1,91 1,62 1,52 2,44 2,07 1,94
1,55 1,31 1,23 1,63 1,39 1,30 1,72 1,47 1,37 1,88 1,60 1,49 2,16 1,83 1,72 2,76 2,34 2,20
1,81 1,55 1,46 1,90 1,63 1,54 2,01 1,73 1,62 2,18 1,89 1,76 2,51 2,15 2,01 3,21 2,75 2,59
2,13 1,85 1,74 2,24 1,95 1,84 2,37 2,07 1,94 2,58 2,25 2,11 2,96 2,57 2,42 3,79 3,29 3,10
2,25 1,98 - 2,37 2,09 - 2,50 2,21 - 2,72 2,41 - 3,14 2,76 - 4,00 3,53 -
2,35 2,06 - 2,47 2,18 - 2,61 2,31 - 2,84 2,51 - 3,26 2,87 - 4,18 3,67 -
2,43 2,14 - 2,56 2,26 - 2,70 2,40 - 2,94 2,61 - 3,38 2,98 - 4,32 3,82 -
2,51 2,21 - 2,64 2,34 - 2,79 2,47 - 3,03 2,69 - 3,49 3,08 - 4,46 3,92 -
10 и 2,58 2,27 2,15 2,71 2,40 2,26 2,86 2,54 2,38 3,12 2,77 2,60 3,58 3,17 2,98 4,58 4,05 3,82
более                                    
коэффициенты Awo Awm Awconst Awo Awm Awconst Awo Aw m Awconst Awo Awm Awconst Awo Awm Awconst Awo Awm Awconst
                                         

Таблица 3.1 Значение коэффициента эквивалентного слоя

Примечание . Awo - для центра тяжести гибкого фундамента; Awm - для средней осадки гибкого; Awconst - для осадки жесткого фундамента

Расчет осадки фундамета во времени - №64 - открытая онлайн библиотека oi - коэффициент относительной сжимаемости i - го слоя, кПа-1

Zi - расстояние от нижней точки эквивалентной треугольной эпюры до середины i - го слоя, м.

Метод эквивалентного слоя дает возможность прогнозировать затухание осадки во времени на основе теория фильтрационной консолидации.

По фильтрационной теории консолидации осадка полностью водонасыщенных грунтов за время tопределяется по формуле

St = U*S ,

где U - степень уплотнения (степень консолидации);

S - величина конечной (стабилизированной) осадки, см, определяемая по формуле (3.1).

Значение U изменяется от 0 до I и определяется из решения дифференциальных уравнений в зависимости от схемы распределения давлений в уплотняющемся слое.

Так, для равномерно распределенных давлений

U = Расчет осадки фундамета во времени - №65 - открытая онлайн библиотека (3,5)

где e - основание натуральных логарифмов;

N - коэффициент, зависящий от физических свойств грунта, условий консолидации и времени

Расчет осадки фундамета во времени - №66 - открытая онлайн библиотека (3.6)

где t - время уплотнения от начала загружения, года ;

h - путь фильтрации воды, м ;

Cv - коэффициент консолидации, м2/год, равный

Cv = Kф / ( Расчет осадки фундамета во времени - №67 - открытая онлайн библиотека o Расчет осадки фундамета во времени - №68 - открытая онлайн библиотека w) (3.7)

где Kф - средний коэффициент фильтрация грунта, м/год;

Расчет осадки фундамета во времени - №67 - открытая онлайн библиотека o- средний коэффициент относительной сжимаемости грунта, кПа-1:

Расчет осадки фундамета во времени - №68 - открытая онлайн библиотека w - удельный вес воды, кН/м.

При слоистом напластовании грунтов ниже подошвы фундамента производят замену слоистого напластования условным однородным грунтом, обладающим средними характеристиками. Средний коэффициент относительной сжимаемости определяется по формуле (3.3), а средний коэффициент фильтрации грунта по формуле (3.8):

Kф= Расчет осадки фундамета во времени - №71 - открытая онлайн библиотека (3.8)

где H - мощность активной зоны грунта, м;

hi - толщина i - го слоя грунта, м , находящегося в пределах активной зоны ;

Ki - коэффициент фильтрации i -го слоя грунта в пределах активной зоны , м/год.

Возможны три основных случая распределения давлений в уплотняющемся слое:

случай 0 - прямоугольная эпюра давлений;

случай I - треугольная эпюра с вершиной вверху (при уплотнении от собственного веса);

случаи 2 - треугольная эпюра с вершиной внизу (при местной нагрузке).

Для упрощения расчетов значения N в зависимости от U для различных случаев приводятся в таблице 3.2

Выбор расчетной схемы уплотняющих давлений зависит от условий выхода воды при фильтрации в процессе уплотнения грунта. Различают следующие схемы:

Схема а. Если водопроницаемость грунтов с глубиной уменьшается, т.е. Kф1> Kф2> ... >Kф , то расчет ведется по случаю 2 (см. таблица 3.2) и путь фильтрации воды принимается равным сжимаемой толще h =H , а направление фильтрации - вверх (см. рисунок 3.1).

Схема б. Если в пределах сжимаемой толщи залегают слои хорошо фильтрующего грунта, а наименьшей водопроницаемостью обладает средний слой, т.е. Kф1> Kф2< Kф3 считают, что вода отжимается вверх и вниз и расчет ведут по случаю O (см. таблица 3.2), принимая путь фильтрации вода равным половине мощности сжимаемой толщи h =0,5H (см. таблица 3.2).

Схема в. Если основание сложено песчаными и глинистым грунтами, то затуханием осадки песчаных грунтов пренебрегают. За расчетную толщину слабо проницаемого (глинистого) слоя при определении среднего коэффициента фильтрации принимается hi.

Расчет ведется по случаю O (см. табл. 3.2), принимая путь движения воды h = hi / 2 ,

где hi - мощность глинистого слоя, т.е. как при двухсторонней фильтрации.

Приведенные формулы и таблицы дают возможность определить осадку слоя грунта как функцию времени. Конечной целью вычисления является построение кривой затухания осадки по ряду ее точек во времени.

Расчет удобно вести в табличной форме в следующем порядке. Определяют средние характеристики слоистого напластования грунтов. Далее устанавливают вид уплотняющих давлений и условия фильтрации води. Вычисляют коэффициент консолидации в параметр времени T:

Расчет осадки фундамета во времени - №72 - открытая онлайн библиотека (3.9)

где h - путь фильтрации воды, м;

Сv - коэффициент консолидации, м2/год.

Далее, задаваясь значениями U , вычисляют St , по таблице 3.2 определяют коэффициент N и вычисляют время t = T*N

Строят график затухания осадки во времени.

Таблица 3.2 Значения коэффициента N

U = St/S Коэффициент
Случай 0 Расчет осадки фундамета во времени - №73 - открытая онлайн библиотека Случай 0 Расчет осадки фундамета во времени - №74 - открытая онлайн библиотека   Случай 0 Расчет осадки фундамета во времени - №75 - открытая онлайн библиотека
0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 0,65 0,7 0,75 0,8 0,85 0,9 0,95 0,98 0,005 0,02 0,04 0,08 0,12 0,17 0,24 0,31 0,39 0,49 0,59 0,71 0,84 1,18 1,4 1,69 2,09 2,8 3,63   0,006 0,12 0,18 0,25 0,31 0,39 0,47 0,55 0,63 0,73 0.84 0,95 1,1 1,24 1,42 1.64 1,93 2,35 3,17 3,87   0,002 0,005 0,01 0,02 0,04 0,06 0,09 0,13 0,18 0,24 0,32 0,42 0,54 0,69 0,88 1,08 1,36 1,77 2,54 3,49  

ПРИМЕР РАСЧЕТА

Определить затухание осадки ленточного фундамента шириной

B = 1,4 м. Дополнительное давление в уровне подошвы фундамента σzрo = 240 кПа. Грунтовые условия см. рисунок 3.I.

Р Е Ш Е Н И Е

В основании фундамента преобладают пески, поэтому по таблице 3.1 при Расчет осадки фундамета во времени - №76 - открытая онлайн библиотека = 0,2 определяем при соотношении сторон Расчет осадки фундамета во времени - №77 - открытая онлайн библиотека/B > 10 коэффициент эквивалентного слоя Aw = 2,4.

Найдем по формуле (3.2) мощность эквивалентного слоя

hэ= 2,4 .1,4 = 3,36 м,

Высота сжимаемой толщи, влияющая на осадку фундамента, для слоистого основания составит

Н = 2.3,36 = 6,72 м.

Найдем значения коэффициентов относительной сжимаемости для каждого слоя грунта сжимаемой толщи по формуле (3.10):

Расчет осадки фундамета во времени - №78 - открытая онлайн библиотека (3.10)

где Расчет осадки фундамета во времени - №37 - открытая онлайн библиотека - коэффициент сжимаемости слоя;

e - коэффициент пористости слоя.

Для первого слоя - супеси:

Расчет осадки фундамета во времени - №80 - открытая онлайн библиотека αo1 = 0,0000774 / (1 + 0,72) = 0,000045 (кПа)-1

для второго слоя - мелкого песка:

αo2 = 0,0000419 / (1 + 0,61) = 0,000026 (кПа)-1

для третьего слоя - песка средней крупности:

αo3 = 0,0000314 / (1 + 0,57) = 0,00002 (кПа)-1

для четвертого слоя - суглинка:

αo4 = 0,0000774 / (1 + 0,72) = 0,000045 (кПа)-1

Расчет осадки фундамета во времени - №81 - открытая онлайн библиотека

Рисунок 3.1 - Схема к расчету затухания осадки во времени

Расчет осадки фундамета во времени - №82 - открытая онлайн библиотека

Рисунок 3.2 - График затухания осадок во времени

Определим средний коэффициент относительной сжимаемости по формуле (3.3)

Расчет осадки фундамета во времени - №37 - открытая онлайн библиотека o = Расчет осадки фундамета во времени - №84 - открытая онлайн библиотека +

+ Расчет осадки фундамета во времени - №85 - открытая онлайн библиотека (кПа)-1

Полная осадка фундамента по формуле (3.1) составит

S = 3,36 . 240,6 . 0,000036 = 0,0291 = 2,91 см,

что удовлетворяет требованиям расчета по второй группе предельных состояний

S = 2,91 см < Su = 10 см.

Расчетная схема для определения затухания осадки во времени соответствует случаю, когда водопроницаемость грунтов с глубиной уменьшается, т.е. наблюдается односторонняя фильтрация воды вверх. Расчет ведем по случаю 2 (см. таблицу 3.2).

Найдем средний коэффициент фильтрации по формуле (3.8):

Kф = Расчет осадки фундамета во времени - №86 - открытая онлайн библиотека см/с.

Определим коэффициент консолидации по формуле (3.7);

Сv = Расчет осадки фундамета во времени - №87 - открытая онлайн библиотека см2/с

Для того, чтобы показатель времени Т имел наименьшее

численное значение, чтобы упростить вычисления, размерность

Сvпринимаем в см/год.

Тогда Сv = Расчет осадки фундамета во времени - №88 - открытая онлайн библиотека см2/год.

По формуле (3.9) определим показатель времени Т;

T = Расчет осадки фундамета во времени - №89 - открытая онлайн библиотека года

Вычисления представим в табличной форме (таблица 3.3),

пользуясь данными таблицы 3.2 (случай 2).

Используя полученные данные, построим зависимость осадки от времени (рисунок 3.2).

Таблица 3.3 Вычисления затухания осадки во времени

U N2 t = T*N2, год St = U*S, см
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0.7 0,8 0,9 0,95   0,005 0,02 0,06 0,13 0,24 0,42 0,69 1,08 1,77 2,54   0,0019 0,0076 0,0228 0,0494 0,0912 0,1596 0,2622 0,4104 0,6726 0,9652   0,291 0,582 0,873 1,164 1,455 1,746 2,037 2,328 2,616 2,76  

Литература

1. СНиП 2.02.01-83*. Основания зданий и сооружений.

-М.: Стройиздат, 1985.

2. СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты. -М.: Стройиздат,

1365.

3. Далматов Б.И., Морарескул Н.Н., Науменко В.Г.

Проектирование фундаментов зданий и промышленных сооружений.

-М.: Высшая школа, 1986.- 240 с.

4. Основания, фундаменты и подземные сооружения.

Справочник проектировщика.- М.: Стройиздат, 1985. - 480 с.

5. Берлинов Н.В., Ягупов Б. А. Примеры расчета оснований и фундамен-

тов. – М.: Стройиздат, 1986. - 173 с.

6. Далматов Б.И. Механика грунтов, основания и фундаменты. - М.:

Стройиздат, 1981.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение.............................................................................................................. 3

1.Определение конечных осадок основания методом послойного

суммирования.................................................................................................. 3

1.1. Общие положения расчета.................................................................... 3

1.2. Пример расчета. Определение конечной осадки ленточного

фундамента мелкого заложения методом послойного

суммирования........................................................................................10

1.3 Пример расчета. Определение конечной осадки свайного фунда-

мента методом послойного суммирования........................................ 14

2.Расчет осадки методом послойного суммирования на ЭВМ.................... 16

2.1. Алгоритм решения................................................................ ................16

3.Расчет осадки фундамента во времени....................................................... 18

3.1. Теоретические положения................................................................... 18

3.2. Пример расчета................................................................................... 24

Литература........................................................................................................ 29

Расчет осадки фундамента. Методические указания по

курсовому и дипломному проектированию по курсу «Основания

и фундаменты» для студентов всех форм обучения

специальностей: 290300 – «Промышленное и

гражданское строительство», 290400 – «Гидротехническое

строительство», 290500 – «Городское строительство

и хозяйство» направления 653500 «Строительство»

Составитель: Дизенко Светлана Ивановна

Редактор

Технический редактор

Подписано в печать . .2003 Формат 60*84/16

Бумага оберточная №1 Офсетная печать

Печ. л. 2,5 Изд. № 30

Усл. печ. л. 2,32 Тираж 150 экз.

Уч-изд. л. 1,9 Заказ № 99

Цена договорная

Издательство КубГТУ: 350042, Краснодар, Московская, 2 кор. А

Типография КубГТУ: 350058, Краснодар, Старокубанская, 88/4