ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ УМЕНЬШЕНИЯ ГЛУБИНЫ ЗАЛОЖЕНИЯ ФУНДАМЕНТОВ НА ПРОСАДОЧНЫХ ГРУНТАХ
Чичкин Александр Федорович
кандидат технических наук, доцент кафедры "Геотехника и дорожное строительство"
Хрянина Ольга Викторовна
кандидат технических наук, доцент кафедры "Геотехника и дорожное строительство"
Пензенский государственный университет архитектуры и строительства
Рассматриваются результаты исследования возможности уменьшения глубины заложения фундаментов шламоуплотнительной станции котельной "Арбеково" на просадочных грунтах в связи с реконструкцией и расширением котельной. Проведена проверка напряжений по подошве фундамента. Выполнен расчет оснований и фундаментов на просадочных грунтах по деформациям. Разработаны рекомендации по уменьшению глубины заложения фундаментов.
Ключевые слова: глубина заложения, деформации основания, просадочный грунт, фундамент
DEPTH EXPLORE LAYING THE FOUNDATION ON SUBSIDING SOILS FOR POSSIBLE REDUCTION
Chichkin Alexander Fedorovich, Hryanina Olga Viktorovna, Penza State University of Architecture and Construction, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the department "Geotechnics and the road construction"
Research results consider the possibility of reducing the depth of the foundations sludge condensing boiler station "Arbekovo" on subsiding soils in connection with the reconstruction and expansion. We reviewed the stress test on the sole foundation. Calculation of the foundations on subsiding soils in the deformations is made. Recommendations to reduce the depth of the foundation are developed.
Keywords: depth of laying, foundation, foundation deformation, soil subsidence
По заданию руководства строительного управления Пензенской ТЭЦ-1 выполнено исследование возможности уменьшения глубины заложения подошвы фундаментов здания шламоуплотнительной станции котельной “Арбеково” на просадочных грунтах в связи с реконструкцией и расширением котельной [1, 2, 3, 4]. Работа включала в себя следующие этапы:
-изучение имеющихся материалов по инженерным изысканиям на площадке строительства [5];
- изучение проектно-сметной документации на расширение котельной “Арбеково”;
- натурное обследование фактического состояния грунтов основания при отрывке котлованов под фундаменты шламоуплотнительной станции;
- поверочные расчеты несущей способности и деформаций грунтов основания здания шламоуплотнительной станции с учетом особенностей работы просадочных грунтов;
- разработка рекомендаций по уменьшению глубины заложения фундаментов;
-выдача научно-технического отчета по результатам исследований.
Проверка напряжений по подошве фундамента
Выполнен сбор нагрузок на колонну с грузовой площадью А=6х9=54 м2 (табл.1).
Таблица 1. Сбор нагрузок на колонну
|
№ п/п |
Наименование нагрузки |
Нормативная, кН/м2 |
Коэффициент надежности по нагрузке гf |
Расчетная, кН/м2 |
|
|
Постоянные нагрузки |
|||||
|
1 |
Слой гравия, втопленный в битумную мастику толщиной d=20 мм |
0,4 |
1,3 |
0,52 |
|
|
2 |
Три слоя рубероида на мастике |
0,16 |
1,3 |
0,21 |
|
|
3 |
Цементная стяжка d=20 мм |
0,36 |
1,3 |
0,47 |
|
|
4 |
Пароизоляция - один слой рубероида |
0,06 |
1,3 |
0,08 |
|
|
5 |
Сборные железобетонные ребристые плиты |
2,70 |
1,1 |
2,97 |
|
|
6 |
Железобетонная двухскатная решетчатая балка, кН |
60,5 |
1,1 |
67,0 |
|
|
7 |
Кран-балка с грузом 20 кН |
40,0 |
1,1 |
44,0 |
|
|
8 |
Сборные железобетонные плиты перекрытия 3х6х270,0, кН |
48,6 |
1,1 |
53,0 |
|
|
9 |
Железобетонный ригель, кН |
21,0 |
1,1 |
23,0 |
|
|
10 |
Железобетонная колонна, кН |
55,0 |
1,1 |
61,0 |
|
|
11 |
Панели стен (без учета проёмности) 6х14,5х0,35х1,2, кН |
365,4 |
1,2 |
438,0 |
|
|
Временные нагрузки |
|||||
|
12 |
Снеговая |
1,26 |
1,4 |
1,76 |
|
|
13 |
На чердачное перекрытие |
0,70 |
1,3 |
0,91 |
|
|
14 |
Полезная нагрузка 3х6х500,0, кН |
90, 0 |
1,2 |
108,0 |
фундамент глубина просадочный грунт
Нагрузка на колонну NII = 966 кН.
Вес фундамента ФЖ 18М-1 составляет 95 кН.
Вес грунта на обрезах: .
Полная нормативная нагрузка на фундамент .
Среднее давление по подошве фундамента:
При расчете деформаций основания среднее давление под подошвой фундамента р не должно превышать расчетного сопротивления грунта основания R определяемого по известной формуле [6]:
, кПа,
где гсI - коэффициент условий работы грунтов основания;
г сII - коэффициент условий работы сооружения совместно c основанием;
k - коэффициент надежности определения физико-механических характеристик грунтов основания;
Мг, Мq, Мc - коэффициенты, зависящие от угла внутреннего трения грунта;
Kz - коэффициент, зависящий от ширины подошвы фундамента;
b - ширина подошвы фундамента;
гII - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента;
гIIЧ - то же, залегающих выше подошвы фундамента;
db - глубина подвала;
d1 - глубина заложения подошвы фундамента;
сII - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента.
Для нашего случая имеем:
; при ; ; ;
Для : ; ;.
м; ; м;
кН/м3; кН/м3; кПа.
Расчетное сопротивление грунта основания равно R=342 кПа. Проверяем среднее давление по подошве фундамента: р = 193 кПа = R =342 кПа.
Необходимое условие расчета оснований по деформациям выполняется с большим запасом.
Определить расчетное сопротивление просадочного грунта после замачивания не удалось, так как нет прочностных характеристик просадочного грунта после замачивания.
Однако известно из практики, что при замачивании просадочного грунта угол внутреннего трения снижается незначительно, а удельное сцепление уменьшается примерно вдвое [7, 8, 9].
Примем, что при замачивании угол внутреннего трения f снизился до 15°, а удельное сцепление уменьшится в два раза и составит с = 15 кПа. Определим при этих данных расчетное сопротивление грунта.
Имеем: ; при ; ; ;
Для : ; ;.
м; ; м; кН/м3; кН/м3; кПа.
Тогда расчетное сопротивление грунта будет равно R=185,4 кПа. При проверке должно выполняться условие р = R (± 5%): р = 193 кПа > R =185 кПа. Разница составляет
.
Требование норм и в этом случае выполняется. Однако желательно несколько увеличить размеры подошвы фундамента и снизить среднее давление по подошве путем устройства подбетонки большего размера, чем подошва фундамента.
Расчет осадки фундамента
Расчет осадки фундамента ведем методом послойного суммирования. Глубина заложения подошвы фундамента - 1,8 м.
Расчет осадки фундамента ведется по формуле
, м
где - коэффициент, принимаемый равным = 0,8;
- дополнительное уплотняющее давление, кПа;
- толщина элементарного слоя грунта, м;
Еi - модуль деформации i- го слоя грунта, кПа.
Рисунок 1 - Схема расчета осадки методом элементарного послойного суммирования
Дополнительное уплотняющее давление определяется по формуле
,
где -коэффициент рассеивания напряжений по глубине;
р - среднее давление по подошве фундамента, кПа;
- среднее значение удельного веса грунта выше подошвы фундамента, равно: кН/м3;
d - глубина заложения фундамента, м.
Среднее давление по подошве р = 190 кПа. Тогда дополнительное уплотняющее давление будет определяться по формуле
Расчет осадки основания методом элементарного послойного суммирования сведем в таблицу 2.
Таблица 2. Расчет осадки основания
|
Номер точки |
,кПа |
,кПа |
,кПа |
|||||
|
1 |
0 |
0 |
1,0 |
1,000 |
32 |
158 |
1300 |
|
|
2 |
1,0 |
0,8 |
0,800 |
126 |
||||
|
3 |
2,0 |
1,6 |
0,449 |
71 |
||||
|
4 |
3,0 |
2,4 |
0,257 |
41 |
||||
|
5 |
4,0 |
3,2 |
0,160 |
108 |
25 |
ВС 1600 |
||
|
6 |
5,0 |
4,0 |
0,108 |
127 |
17 |
|||
|
7 |
6,0 |
4,8 |
0,077 |
|||||
|
8 |
7,0 |
5,6 |
0,058 |
|||||
|
9 |
8,0 |
6,4 |
0,045 |
|||||
|
10 |
9.0 |
7,2 |
0,036 |
|||||
|
11 |
10,0 |
8,0 |
0,029 |
262 |
5 |
Осадка фундамента составила s = 2,18 см.
Деформация основания для просадочных грунтов состоит из осадки и просадки. Для расчета просадки необходимо знать относительную просадочность.
В соответствии с данными инженерно-геологических изысканий [5] на площадке строительства в пределах просадочной толщи грунта относительная просадочность равна при Р = 100 кПа в среднем = 0,011; Р = 300 кПа в среднем = 0,018.
Используя линейную интерполяцию для давления 200 кПа можно взять значение относительной просадочности = 0,015.
Просадка рассчитывается по формуле
,
где - относительная просадочность i - го слоя грунта;
- толщина i - го слоя грунта;
- коэффициент, зависящий от ширины подошвы фундамента и начального просадочного давления.
В соответствии с [6] за начальное просадочное давление принимаетcя давление, при котором относительная просадочность равна =0,01. В нашем случае начальное просадочное давление Psl можно принять равным Psl = 100 кПа. Тогда коэффициент при ширине подошвы фундамента b= 3 м вычисляется по формуле
,
где Ро = 100 кПа.
Расчет просадки фундамента сводим в таблицу 3.
Таблица 3. Расчет просадки фундамента
|
, кПа |
, кПа |
+, кПа |
Среднее давление, кПа |
, см |
||||||
|
0 |
0 |
1,000 |
158 |
32 |
190 |
|||||
|
1,0 |
0,8 |
0,800 |
126 |
51 |
177 |
184 |
0,015 |
1,85 |
2,78 |
|
|
2,0 |
1,6 |
0,449 |
71 |
70 |
141 |
159 |
0,015 |
1,39 |
2,09 |
|
|
3,0 |
2,4 |
0,257 |
41 |
89 |
130 |
136 |
0,015 |
1,04 |
1,56 |
|
|
4,0 |
3,2 |
0,160 |
25 |
108 |
133 |
120 |
0,015 |
0,80 |
1,20 |
|
|
5,0 |
4,0 |
0,108 |
17 |
127 |
144 |
135 |
0,015 |
1,03 |
1,55 |
Таким образом, суммарная деформация с учетом возможной просадки во всей просадочной толще равна Su=s+ssl = 2,18+2,78+2,09+1,56+1,20+1,55=11,4 см. Полученная величина деформации Su = 11,4 см больше предельной по нормам =8 см.
В соответствии с [6] толщина зоны просадки принимается равной: толщине верхней зоны просадочной толщи при определении просадки грунта от внешней нагрузки, при этом нижняя граница указанной зоны соответствует глубине, где или глубине, где минимально, если .
В нашем случае соответствует глубине в 3 м от подошвы фундамента. Следовательно по [6] суммарная деформация грунта под фундаментом, учитываемая расчетом, будет равна Su=2,18+2,78+2,09+1,56 =8,61 cм.
Расчет оснований и фундаментов на просадочных грунтах производится по деформациям исходя из условия [10]: