Инженерно-геологические и гидрогеологические условия площадки.

С поверхности на большую глубину залегает слой 2, представленный достаточно прочным малосжимаемым суглинком (R_усл. = 211,9 кПа). Подстилающие слои 3 (среднесжимаемый суглинок) и 4 (малосжимаемые пески) по сжимаемости и прочности не хуже верхнего слоя. В этих условиях, учитывая высокий уровень подземных вод (d_w = 0,75 м), глубину заложения подошвы фундамента целесообразно принять минимальную, однако достаточную из условий промерзания и конструктивных требований.

С учетом всех трех факторов, принимаем глубину заложения от поверхности планировки d_ф = 1.8 м, Н_ф = 1.8 м. Абсолютная отметка подошвы фундамента составляет – 65.00, в самой низкой точки рельефа заглубление в несущий слой 2 от отметки природного рельефа (скважина 4, фундамент в осях А/6) составляет 0.5 м.

Определяем требуемое значение площади подошвы фундамента А_тр, м², в первом приближении, как центрально нагруженного. Пока не найдены размеры подошвы фундамента b и l, неизвестными является его вес, вес грунта на его уступы и величина расчётного сопротивления грунта основания R, которая также зависит от неизвестной ширины b фундамента. Это вынуждает решить задачу последовательным приближением, принимая для первого приближения расчетное сопротивление грунта несущего слоя R = R_усл. (залегающего непосредственно под подошвой):

А_тр. = N / (R_усл. – γ_mt * d) = 1169.8 кН / (211.9 кПа – 20 кН/м³ *1.8 м) = 6.65 м²

где, N - расчетная нагрузка, приложенная к обрезу фундамента, кН;

R_усл. - условное расчетное сопротивление грунта основания, кПа;

γ_mt — средний объемный вес материала фундамента и грунта, расположенного над уступами фундамента, кН/м³;

d — глубина заложения фундамента, считая от планировочной отметки земли около фундамента, м.

Принимаем размеры фундамента в соответствии с требуемым значением площади подошвы А_тр = 6.65 м², и назначенной глубиной заложения d = 1.8 м, а следовательно, и Н_ф = 1.8 м фундамента. Площадь подошвы принятого фундамента должна удовлетворять условию А > А_тр Всем условиям удовлетворяет фундамент марки ФД 12-2 (серии 1.412) с характеристиками:

1 подошвенная ступень – 4200 х 3000 х 300 мм

2 подошвенная ступень – 3300 х 2100 х 300 мм

3 подошвенная ступень – 2700 х 1200 х 300 мм

Площадь подошвы фундамента А = b * l = 4.2 м * 3.0 м = 12.6 м²

Глубина H_ф = 1.8 м.

Объем бетона V_fun = 9.1 м³

Момент сопротивления подошвы фундамента

W = b * l² / 6 = 3.0 м * (4.2 м)² / 6 = 8.82 м³

Рис. 1. Геометрические размеры и проектные отметки фундамента и грунта

Рис. 2. Усилия, действующие на обрез фундамента

Приводим все нагрузки, действующие на фундамент, к центру тяжести подошвы:

M_tot,II = M_II + Q_II * H_ф = 556.4 кН*м + 159.2 кН * 1.8 м = 842.96 кН*м

Q_tot,II = Q_II = 159.2 кН

N_tot,II = N_II + γ_mt * V_fun = 1169.8 кН+ 20 кН/м³ *9.1 м³ = 1351.8 кН

Определяем эксцентриситет нагрузки по подошве фундамента, м:

e = M_II / (N_II + γ_mt * d * A) =

= 556.4 кН*м / (1169.8 кН + 20 кН/м³ *1.8 м * 12.6 м²) = 0.34 м

где, N_II — сумма вертикальных нагрузок, действующих на основание, кроме веса фундамента и грунта на его обрезках, и определяемых для случая расчета основания по деформациям, кН;

γ_mt — средний объемный вес материала фундамента и грунта, расположенного над уступами фундамента, кН/м³;

M_tot,II — момент от равнодействующей всех нагрузок, действующих на подошве фундамента, найденных с учетом заглубления фундамента в грунте и перераспределяющего влияние подошвы фундамента, м³;

А — площадь фундамента, м²;

d — глубина заложения фундамента, считая от планировочной отметки земли около фундамента, м.

Определяем максимальное, минимальное и среднее краевое давление на грунт под подошвой при относительном эксцентриситете

e/l = 0.34 м / 4.2 м = 0.08 < 0.17, тогда:

P_{II min/max} = N_II / A + γ_mt * d ± M_tot,II / W =

= 1169.8 кН / 12.6 м² + 20 кН/м³ *1.8 м ± 842.96 кН*м / 8.82 м³

= 128.8 кПа ± 95.6 кПа

P_{II, mt} = N_II / A + γ_mt * d = 1169.8 кН / 12.6 м² + 20 кН/м³ *1.8 м = 128.8 кПа

где, N_II — сумма вертикальных нагрузок, действующих на основание, кроме веса фундамента и грунта на его обрезах, и определяемых для случая расчета основания по деформациям, кН;

А — площадь подошвы фундамента, м²;

γ_mt - средний объемный вес материала фундамента и грунта, расположенного над уступами фундамента, кН/м³;

d — глубина заложения фундамента, считая от планировочной отметки земли около фундамента, м;

M_tot,II — момент от равнодействующей всех нагрузок, действующих на подошве фундамента, найденных с учетом заглубления фундамента в грунте и перераспределяющего влияние подошвы фундамента, кН*м;

W — момент сопротивления площади подошвы фундамента, м³.

Рис. 3. Эпюра контактных давления и усилия, действующие на подошву фундамента

Удельный вес грунта, расположенного выше подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды) вычисляем по формуле:

γ’_II = (γ_II⁽²⁾ * d_w + γ_SB⁽²⁾ * (d₁ – d_w)) / d₁ =

= (18.84 кН/м³ * 0.75 м + 9.7 кН/м³ * (1.8 м – 0.75 м)) / 1.8 м = 13.51 кН/м³

где, γ_SB⁽²⁾ — удельный вес суглинка, расположенного ниже уровня подземных вод, с учетом взвешивающего действия воды для расчета по II группе предельных состояний, кН/м³;

d_w — глубина расположения уровня подземных вод, м;

γ_II⁽²⁾ — удельный вес суглинка без учета взвешивающего действия воды для расчета по II группе предельных состояний, кН/м³;

d₁ – глубина заложения фундаментов, м.

Расчетное сопротивление грунта основания R, кПа, для принятых размеров фундамента, определяем по формуле (СП 22.13330.2011 п.5.6.7 с учетом d_b = 0):

R = γ_с1 * γ_с2 * (М_γ * к_z * b * γ_sb⁽²⁾ +M_q * d₁ * γ’_II + M_c * c_II) / к = 1.1 * 1.0 *

*(0.43 *1 * 3.0 м * 9.7 кН/м³ + 2.73 * 1.8 м *13.13 кН/м³ + 5.31 * 22) / 1.0 = 213.2 кПа

где, γ_с1, γ_с2 – коэфф. условий работы, при показатели текучести I_L = 0.55;

к — коэффициент, принимаемый равным единице, т.к. прочностные характеристики грунта (ф_II и с_II) определены непосредственными испытаниями;

М_γ, M_q, M_c — коэффициенты, в зависимости от угла трения ф_II = 18˚;

к_z = 1 — коэффициент, принимаемый равным единице при b < 10 м;

b = 3 м — ширина подошвы фундамента, м;

γ_sb⁽²⁾ — удельный вес глины, расположенного ниже уровня подземных вод, с учетом взвешивающего действия воды для расчета по II группе предельных состояний, кН/м³;

γ’_II - удельный вес грунта, расположенного выше подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), кН/м³;

c_II = 22 кПа - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа;

d₁ = 1.8 м - глубина заложения фундаментов, м;

d_b= 0 - глубина подвала, м.

Проверяем условия для принятых размеров фундамента:

P_{II, mt} < R 128.8 кПа < 213.2 кПа

(213.2 кПа – 128.8 кПа) / 128.8 кПа = 65.5%

P_{II max} < 1.2 * R 224.4 кПа < 213.2 кПа * 1.2 = 255.8

(255.8 кПа – 224.4 кПа) / 224.4 кПа = 14.0%

P_{II min} > 0

Все условия выполнены.

Так как грузоподъемность мостового крана Q₁ = 8 т < 75 т, и R > 150 кПа, то отношение P_{II max} / P_{II min}, проверять не требуется.