Оценка геологических и гидрогеологических условий строительной площадки

     2.1. Исходные данные для разработки расчетно-конструктивного 
раздела
     Исходными данными для разработки расчетно-конструктивного раздела являются схема расположения скважин, район строительства, тип проектируемого здания, а также инженерная геология и свойства грунтов, входящих в инженерно-геологический разрез.
     	Схема расположения скважин показана на рис. 2.1.

Рисунок 2.1 – Схема расположения скважин на строительной площадке
     Район строительства проектируемого здания – Октябрьский район г. Екатеринбург.
     Тип проектируемого здания – гостиничный комплекс.
     Описание слоёв по скважинам отображено в таблице 2.1.
     
     
     
     
Таблица № 2.1.  Литологическое описание слоёв по скважинам
№ слоя
Глубина, м
Скважина №3
Скважина №5

от
до


1
0
0,25
Почвенно-растительный слой
Почвенно-растительный слой
2
0,25
1,8
Торф
Торф
3
1,8
4,5
Глина
Глина
4
4,5
8,6
Глина 
Глина 
5
8,6
15
Суглинок
Суглинок
Примечание – Уровень грунтовых вод обнаружен на глубине 0,5 м.
     Физико-механические свойства слоёв приведены в таблице 2.2
Таблица №2.2. Физико-механические свойства грунтов
№ слоя
Удельный вес твердых частиц ?s, кН/м3 
Удельный вес грунта ?, кН/м3 
Влажность грунта w, %
Границы пластичности
Удельное сцепление, c, МПа
Угол внутреннего трения ?, градусы
Компрес. модуль дефрмации, МПа
Кэф-т фильтрации k, м/сут




wL, %
wP, %




2
14,2
12,3
32
-
-
0
6
0,8
6,8
3
27,4
20,7
25
42
14
0,045
16
0,6
0,004
4
27,2
19,7
22
35
15
0,049
16
2,9
0,003
5
26,8
20,4
22
33
19
0,023
23
3,2
0,05

     Также для расчета конструкций фундаментов необходимо знать конфигурацию проектируемого здания, а именно планы и разрезы.
     Поперечный разрез и план первого этажа здания гостиничного комплекса приведены на рисунках 2.2 и 2.3 соответственно. 

     

Рисунок 2.2 – Поперечный разрез проектируемого здания

Рисунок 2.3 – План первого этажа проектируемого здания
     

2.2. Оценка геологических и гидрогеологических условий строительной площадки
     Оценка геологических и гидрогеологических условий строительной площадки заключается в определении физико-механических характеристик грунтов, попадающих в состав инженерно – геологического разреза территории строительства, построение данного инженерно – геологического разреза.
2.2.1. Определение физико-механических характеристик грунтов
     Перед проектированием здания гостиничного комплекса были проведены инженерные изыскания участка строительства. Некоторые данные о существующих грунтах нам уже известны, так как были проведены лабораторные исследования. Эти данные приведены в таблице 2.2 раздела 2.1.
     Для более точной характеристики грунтов основания проектируемого участка необходимо определить дополнительные расчётные характеристики для каждого слоя по следующим формулам (согласно ГОСТ 25100-2011):
o Плотность скелета грунта  ?d – формула 2.1:
?d = ?/(1+w),
(2.1)
	где w – влажность грунта, %, определяемая по результатам лабораторных исследований;
? – плотность грунта, кг/м3, определяемая по формуле 2.2:
? = ?/g,
(2.2)
	где ? – удельный вес грунта, кН/м3, определяемый по результатам лабораторных исследований;
g = 9,81 ? 10,0- – ускорение свободного падения, м/с2;
o Коэффициент пористости е – формула 2.3:
е = (?s- ?d)/ ?d,
(2.3)
где ?s – плотность частиц грунта, определяемая по формуле 2.4:
?s = ?s/g,
(2.4)
	где ?s – удельный вес частиц грунта, кН/м3, определяемый по результатам лабораторных исследований;
o Коэффициент водонасыщения Sr – формула 2.5:
Sr = (w х ?s)/(e х ?w),
(2.5)
	где ?w – удельный вес воды, принимаемый равным 10 кН/м3.
o Показатель текучести IL (только для глинистых грунтов)– формула 2.6:
IL = (w-wP)/(wL-wP),
(2.6)
	где wP, wL – влажности на границах пластичности, %, определяемые по результатам лабораторных исследований.
o Число пластичности IP (только для глинистых грунтов)– формула 2.7:
IP =wL-wP,
(2.7)
o Модуль деформации Е (только для глинистых грунтов)– формула 2.8:
Е = Ек х mк
(2.8)
	где Е – компрессионный модуль деформации, МПа, определяемый по результатам лабораторных исследований;
mк – повышающий компрессионный коэффициент, принимаемый согласно СП 22.13330.2011 таблица 5.1. 
     1. Почвенно-растительный слой
     Характеристики данного слоя не рассчитываются, так как почвенно-растительный слой составляет относительно малый удельный вес среди всего объема грунта.
     2. Торф            
o Плотность скелета грунта: 
?d = ?/(1+w)  = 1,23/(1+0,32) = 0,932(г/см2);       
(2.9)
o Коэффициент пористости:
е = (?s- ?d)/ ?d =(1,42-0,932)/0,932=0,524; 
(2.10)
o Коэффициент водонасыщения: 
Sr = (w х ?s)/(e х ?w)= (1,42 х 0,32)/ (0,524 х 1)=0,867; 
(2.11)
o Модуль деформации: 
Е=Ек х mк=0,8 х 2= 1,6 (МПа);
(2.12)
     3. Глина:
o Плотность скелета грунта: 
?d = ?/(1+w)  = 2,07/(1+0,25) = 1,656(г/см2);       
(2.13)
o Коэффициент пористости:
е = (?s- ?d)/ ?d =(2,74-1,656)/1,656=0,6546; 
(2.14)
o Коэффициент водонасыщения: 
Sr = (w х ?s)/(e х ?w)= (2,74 х 0,25)/(0,6546 х 1)=1,046; 
(2.15)
o Показатель текучести:
IL = (w-wP)/(wL-wP)=(25-14)/(42-14)=0,393;
(2.16)
o Число пластичности:
IP =wL-wP = 42-14=28;
(2.17)

o Модуль деформации: 
Е=Ек х mк=2,6 х 6= 15,6 (МПа);
(2.18)
     4. Глина:
o Плотность скелета грунта: 
?d = ?/(1+w)  = 1,97/(1+0,22)=1,615(г/см2);       
(2.19)
o Коэффициент пористости:
е = (?s- ?d)/ ?d =(2,72-1,615)/1,615=0,684; 
(2.20)
o Коэффициент водонасыщения: 
Sr = (w х ?s)/(e х ?w)= (0,22 х 2,72)/(0,684 х 1)=0,875; 
(2.21)
o Показатель текучести:
IL = (w-wP)/(wL-wP)=(22-15)/(35-15)=0,35;
(2.22)
o Число пластичности:
IP =wL-wP = 35-15=20;
(2.23)
o Модуль деформации: 
Е=Ек х mк=2,9 х 6=17,4 (МПа);
(2.24)
     5. Суглинок:
o Плотность скелета грунта: 
?d = ?/(1+w)  = 2,04/(1+0,22)=1,672(г/см2);       
(2.25)
o Коэффициент пористости:
е = (?s- ?d)/ ?d = (2,68-1,671)/1,672=0,603; 
(2.26)
o Коэффициент водонасыщения: 
Sr = (w х ?s)/(e х ?w)= (0,22 х 2,68)/(0,603 х 1)=0,9778; 
(2.27)
o Показатель текучести:
IL = (w-wP)/(wL-wP)=(22-19)/(33-19)=0,2143;
(2.28)
o Число пластичности:
IP =wL-wP = 33-19=14;
(2.29)
o Модуль деформации: 
Е=Ек х mк=4,735 х 3,2=15,152 (МПа);
(2.30)
     После подсчета характеристик грунтов нам необходимо проанализировать их, продифференцировать грунты и сделать заключение по строительной площадки.
     Проведем анализ характеристик грунтов, проклассифицируем их.
     	2) Торф слаборазложившийся, водонасыщенный (Е= 1,6 МПа,?=0,35, kf=6,8 м/cут;)
     3) Глина водонасыщенная, тяжелая, тугопластичная (Е=15,6 МПа; с=0,045 МПа; ?=16o; kf=0,004 м/cут; ?= 0,4, Ro=377,53кПа);
     4) Глина легкая пылеватая, тугопластичная, водонасыщенная (Е=17,4 МПа; с=0,049; МПа; ?=16o; kf=0,003 м/cут; ?=0,4, Ro=360,7кПа);
     5) Суглинок водонасыщенный, тяжелый песчанистый, полутвердый (Е=15,152 МПа; с=0,023; МПа; ?=23o; kf=0,05 м/cут; ?= 0,36, Ro=454,46кПа).
     Расчётные сопротивления грунтов Ro определены согласно приложению В СП 22.13330.2011.
     Классификация грунтов приведена исходя из ГОСТ 25100-2011.
	Исходя из классификации грунтов, выведем заключение по данной  строительной площадке:
     Судя по геологическому профилю, на строительной площадке существуют перепады высот до 20 сантиметров, а грунты имеют слоистое напластование.
o Первый слой – почвенно-растительный слой.
Данный грунт очень мал по размеру со всем объемом грунта, поэтому им можно пренебречь.
o Второй слой – торф;
Данный грунт не может служить естественным основанием, так как его модуль деформации Е=1,6 МПа, что гораздо меньше требуемого.
o Третий слой – глина водонасыщенная, тяжелая, тугопластичная и  водонепроницаемая;
Грунт среднедеформируемый с модулем деформации Е = 15,6  (МПа), может служить естественным основанием.
o Четвертый слой – глина легкая пылеватая, тугопластичная, водонасыщенная, водонепроницаемая;
Грунт среднедеформируемый с модулем деформации Е = 17,4 (МПа), может служить естественным основанием.
o Пятый слой – суглинок тяжелый песчанистый, водонасыщенный, полутвердый, слабоводопроницаемый;
Плотный грунт, среднедеформируемый с модулем деформации Е = 15,152 (МПа), может служить естественным основанием.

     2.2.2. Инженерно-геологический разрез строительной площадки
     Инженерно-геологический разрез строительной площадки представлен мною на рисунке 2.4.


Рисунок 2.4 – Инженерно-геологический разрез площадки строительства
     
2.3. Сбор нагрузок на фундамент
     Так как проектируемое здание в качестве основных вертикальных несущих конструкций имеет несущие наружные и внутренние стены, нагрузка собирается на один погонный метр стены. Определим нагрузку  на погонный метр фундамента. Нагрузку будем определять  в трех узлах здания, которые приведены на рисунке 2.5.
     Рисунок 2.5 – Схема узлов для определения нагрузки на фундамент
     1 узел (Ф-1) – внутри здания;
     2 узел (Ф-1)  – на границе 2-10 этажей;
     3 узел (Ф-1) – на границе 1 этажа.
     Сначала определим нагрузку на первый узел – Ф-1. Первоначально определяем нагрузку на один квадратный метр (таблица 2.3), а затем переводим в нагрузку на погонный метр стены. 
     	Грузовая площадь первого узла будет равна произведению одного метра стены на половину расстояния между двумя внутренними стенами (формула 2.31). 
     Агр1 = 1м х 3,8м = 3,8 м2
(2.31)
     
Таблица № 2.3 – Сбор нагрузки на 1м2 узла Ф-1
№п/п
Вид нагрузки
qнорм, кг/м2
?n
qрасч, кг/м2
1
Монолитная ж/б внутренняя стена (11 участков)



1.1.
Монолитный ж/б, ?=2500 кг/м3, ?=0,2м
500
1,1
550

Всего со стены:
5500

6050
2
Перекрытия (9 штук)



2.1.
керамогранит, ?=2800 кг/м3, ?=0,01м
28
1,1
30,8
2.2.
клеющая мастика, ?=0,01 м, ?=1800 кг/м3
18
1,3
23,4
2.3.
стяжка из цементно-песчаного раствора, ?=0,05 м, ?=1800 кг/м3
90
1,3
117
2.4.
монолитная ж/б плита, ?=0,22 м, ?=2500 кг/м3
550
1,1
605

Всего с перекрытий:
6174

6985,8
3
Покрытие (1)



3.1.
гибкая черепица
8
1,3
10,4
3.2.
гидроизоляция Изоспан-С
0,9
1,3
1,17
3.3.
Стружечная плита ОСП-3, ?=0,01 м, ?=650 кг/м3
6,5
1,3
8,45
3.4.
Обрешетка, ?=0,01 м, ?=800 кг/м3
8
1,3
10,4
3.5.
Пароизоляция
5
1,3
6,5
3.6.
Стропила
16
1,3
20,8

Всего с покрытия:
44,4

57,72
4
Полезная нагрузка
300
1,2
360
5
Временная нагрузка (г.Екатеринбург - IV снеговой район), снеговая нагрузка 240  кг/м2
171,43
1,4
240

ИТОГО:
12147

13633,52
      
	Нагрузка на погонный метр стены определяется по формулам 2.32, 2.33:
     Pнорм = 12147кг/м2 х 3,8м2 = 46158,6кг = 46,16 т
(2.32)
     Ррасч = 16658,6 кг/м2 х 3,8 м2 = 51807,386 кг = 51,81 т
(2.33)
     Определяем нагрузку на узел Ф-2 в таблице 2.4. Грузовая площадь равна:
     Агр2= 1м х 3,1м = 3,1 м2
(2.34)
     Нагрузка на погонный метр стены определяется по формулам 2.35, 2.36:
     Pнорм = 15362кг/м2 х 3,1м2 = 47622,2кг = 47,62 т
(2.35)
     Ррасч = 17255,9 кг/м2 х 3,1 м2 = 53493,33 кг = 53,49 т
(2.36)
     Определяем нагрузку на узел Ф-3 в таблице 2.5. Грузовая площадь равна:
     Агр3 = 1м х 3,875м = 3,875 м2
(2.37)
     Нагрузка на погонный метр стены определяется по формулам 2.38, 2.39:
     Pнорм = 3429,5кг/м2 х 3,875м2 = 13289,31кг = 13,29 т
(2.38)
     Ррасч = 3908,8кг/м2 х 3,875 м2 = 15146,6кг = 15,15 т
(2.39)
     По собранной нагрузке начинаем проектировать конструкцию фундамента. Фундамент в проектируемом здании проектируем свайного типа.
     
     
     
     
     
Таблица № 2.4 – Сбор нагрузки на 1м2 узла Ф-2
№п/п
Вид нагрузки
qнорм, кг/м2
?n
qрасч, кг/м2
1
Монолитная ж/б наружная стена (11 участков)



1.1.
Монолитный ж/б, ?=2500 кг/м3, ?=0,3м
750
1,1
825
1.2.
Утеплитель "Изовер RKL", ?=125 кг/м3, ?=0,05м
6,25
1,2
7,5
1.3.
Штукатурка по сетке,  ?= 1800 кг/м3, ?=0,02м
36
1,3
46,8

Всего со стены:
8714,8

9672,3
2
Перекрытия (9 штук)



2.1.
керамогранит, ?=2800 кг/м3, ?=0,01м
28
1,1
30,8
2.2.
клеющая мастика, ?=0,01 м, ?=1800 кг/м3
18
1,3
23,4
2.3.
стяжка из цементно-песчаного раствора, ?=0,05 м, ?=1800 кг/м3
90
1,3
117
2.4.
монолитная ж/б плита, ?=0,22 м, ?=2500 кг/м3
550
1,1
605

Всего с перекрытий:
6174

6985,8
3
Покрытие (1)



3.1.
гибкая черепица
8
1,3
10,4
3.2.
гидроизоляция Изоспан-С
0,9
1,3
1,17
3.3.
Стружечная плита ОСП-3, ?=0,01 м, ?=650 кг/м3
6,5
1,3
8,45
3.4.
Обрешетка, ?=0,01 м, ?=800 кг/м3
8
1,3
10,4
3.5.
Пароизоляция
5
1,3
6,5
3.6.
Стропила
16
1,3
20,8

Всего с покрытия:
44,4

57,72
4
Полезная нагрузка
300
1,2
360
5
Временная нагрузка, снег
171,43
1,4
240

ИТОГО:
15362

17255,9
     
     
     
     
     
Таблица № 2.5 – Сбор нагрузки на 1м2 узла Ф-3
№п/п
Вид нагрузки
qнорм, кг/м2
?n
qрасч, кг/м2
1
Монолитная ж/б наружная стена (2 участка)



1.1.
Монолитный ж/б, ?=2500 кг/м3, ?=0,3м
750
1,1
825
1.2.
Утеплитель "Изовер RKL", ?=125 кг/м3, ?=0,05м
6,25
1,2
7,5
1.3.
Штукатурка по сетке,  ?= 1800 кг/м3, ?=0,02м
36
1,3
46,8

Всего со стены:
1584,5

1758,6
2
Перекрытия (2 штуки)



2.1.
керамогранит, ?=2800 кг/м3, ?=0,01м
28
1,1
30,8
2.2.
клеющая мастика, ?=0,01 м, ?=1800 кг/м3
18
1,3
23,4
2.3.
стяжка из цементно-песчаного раствора, ?=0,05 м, ?=1800 кг/м3
90
1,3
117
2.4.
монолитная ж/б плита, ?=0,22 м, ?=2500 кг/м3
550
1,1
605

Всего с перекрытий:
1372

1552,4
3
Покрытие (1)



3.1.
гибкая черепица
8
1,3
10,4
3.2.
гидроизоляция Изоспан-С
0,9
1,3
1,17
3.3.
Стружечная плита ОСП-3, ?=0,01 м, ?=650 кг/м3
6,5
1,3
8,45
3.4.
Обрешетка, ?=0,01 м, ?=800 кг/м3
8
1,3
10,4
3.5.
Пароизоляция
5
1,3
6,5
3.6.
Стропила
16
1,3
20,8

Всего с покрытия:
44,4

57,72
4
Полезная нагрузка
300
1,2
360
5
Временная нагрузка, снег
171,43
1,4
240

ИТОГО:
3429,5

3908,8
     

2.4. Проектирование и расчет свайного фундамента
     Расчёт свайных фундаментов ведётся в соответствии с требованиями 
СП 24.13330.2011.
	Исходя из того, что свайные фундаменты лучше погружать в плотные грунты, примем за основание пятый слой, а именно суглинок. В соответствии с этим длину сваи принимаем 6 метров.
     В соответствии с вышесказанным к расчёту принята свая С6-30 по ГОСТ 19804.1-79.  
     -  длина сваи - 6 (м);
     - сечение сваи -  30 ? 30 (см);
     - марка бетона  - В20;
     - сечение продольной арматуры -  4 диаметра12 кл. А-II,
     - способ погружения свай – погружение механическим дизель-молотом 
     - вес сваи – 1,38т = 13,8кН. 
     2.4.1. Определение несущей способности сваи
     Несущую способность Fd  для висячей забивной сваи, которая работает на сжимающую нагрузку и погружается без выемки грунта,  определяем  как сумму расчетных сопротивлений грунта основания под нижним концом сваи и на ее боковой поверхности по формуле 2.40:     
Fd=?c x (?cR x R x A + u x ? ?cf x fi x hi)
(2.40)	
(2.40)
     где gc - это коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый равным единице;
     R  - это расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, которое определяем по таблице 7.2 СП 24.13330.2011 (в нашем случае R=5015,6 кПа);
     A = 0,09 м2  - площадь опирания сваи на грунт, которая определяется как произведение сторон поперечного сечения сваи;
     u = 1,2 м  - периметр поперечного сечения сваи, определяемый как сумма всех сторон поперечного сечения сваи;
     
     f - расчетное сопротивление слоя грунта основания по боковой поверхности сваи, кПа, которое определяется по таблице 7.3 СП 24.13330.2011;
     h - толщина слоя грунта, который соприкасается с боковой поверхностью сваи, м;
     gcR  и gcf  - коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и по боковой поверхности сваи, которые учитывают влияние способа погружения сваи, которые определяются по таблице 7.4 СП 22.13330.2011 (в данном случае оба коэффициента равняются единице).
Fd=?c x (?cR x R x A + u x ? ?cf x fi x hi) = 1 x (50,156 x 900+120 x (22х0,2778+ 137х0,3487+137х0,3705+137х0,3843+ 153х0,6405)) = 75774,912 (кг)
(2.41)
     
     Рисунок 2.6 – Расчетная схема забивной сваи


2.4.2. Определение требуемого количества свай в составе фундамента.
     Нагрузка от  здания, веса ростверка и веса грунта распределяется на сваи и, соответственно, каждая свая воспринимает определенную нагрузку, которую можно подсчитать по формуле 2.42:
N ? (?0 x  Fd)/( ?n x ?k),
(2.42)
     где  Fd - несущая способность отдельной сваи, кН;
     ?0- коэффициент условий работы, который зависит от однородности грунтов и определяется согласно СП 22.13330.2011 (в данном случае ?0 принимается равным единице, так как имеет место быть односвайный фундамент);
     ?n - коэффициент надежности по назначению здания (в данном случае принимается равным 1,15, так как гостиничный комплекс – здание II уровня ответственности);
     ?k - коэффициент надежности по грунту (в моем случае принимается равным 1,4, так как несущая способность сваи определена по расчету).
     Поскольку фундамент в моем случае предназначен под несущие стены, определяется требуемый шаг свай при их рядовом расположении. Шаг определяется по формуле 2.43.
a = (N-Gr-Gg-Gp)/N1,
(2.43)
     где а – шаг свай при их рядовом расположении, м;
     N1 – нагрузка на погонный метр фундамента по первой группе предельных состояний, кг;
     N – расчетная нагрузка на сваю;
     Gr  - вес ростверка, приходящийся на одну сваю, кг;
     Gg  - вес грунта на уступах ростверка, кг;
     Gp – вес сваи, принимаемый с коэффициентом надежности по нагрузке ?f, который равен единице (в данном случае вес сваи равен 1380 х 1,1 = 1518кг).
      В том случае, когда размеры фундамента еще неизвестны, вес ростверка и грунта на его обрезах можно принять по упрощенной формуле 2.44:
Gr + Gg = (3хd)2 х Dr х ?mt
(2.44)
     где Dr – глубина заложения низа ростверка от уровня планировки поверхности;
     d – условный диаметр, который для сваи квадратного сечения принимается по формуле 2.45.
d = ?(4xA)/?
(2.45)
    ?mt - среднее значение удельного веса бетона и грунта на его обрезах, принимается равным 20 кН/м3.
     Рассчитываем фундамент Ф-1 под внутренние несущие стены.
N ? (?0 x  Fd)/( ?n x ?k)= (1 x757,75)/(1,15 x1,4)=470,65 (кН) = 47065 (кГ)
(2.46)
d = ?(4xA)/? = ?(4x0,09)/3,14 = 0,34 (м)
(2.47)
     
Gr + Gg = (3хd)2 х Dr х ?mt = (3 х 0,34)2 х 4,28 х 2000 = 8905,824 (кг)
(2.48)
     
a = (N-Gr-Gg-Gp)/N1 = (47065–8905,824-1518)/51807,386 = 0,79 (м)  
(2.49)
     Для фундамента Ф-1 примем шаг свай а = 0,8 м. 
     Схема расположения свай в ростверке для фундамента Ф-1 принята на рисунке 2.7.
     
     Рисунок 2.7 – Схема расположения свай в фундаменте Ф-1
     Рассчитаем шаг для фундамента Ф-2 под наружные несущие стены:
a = (N-Gr-Gg-Gp)/N1 = (47065–8905,824-1518)/53493,33 = 0,778 (м)  
(2.50)
     Для фундамента Ф-2 примем шаг свай а = 0,8 м. 
     Схема расположения свай в ростверке для фундамента Ф-2 принята на рисунке 2.8.
     
     Рисунок 2.8 – Схема расположения свай в фундаменте Ф-2
     Рассчитаем шаг для фундамента Ф-3 под наружные несущие стены по границам первого этажа:
a = (N-Gr-Gg-Gp)/N1 = (47065–8905,824-1518)/15146,6 = 2,62 (м)
(2.51)
     Для фундамента Ф-3 примем шаг свай а = 2,6 м. 
     Схема расположения свай в ростверке для фундамента Ф-3 принята на рисунке 2.9.
     
     Рисунок 2.9 – Схема расположения свай в фундаменте Ф-3
     2.4.3. Проверка расчетной нагрузки, действующей на сваи в составе фундамента
     После того, как мы рассчитали шаг свай, определили их размещение и габаритные размеры ростверка, необходимо определить расчетную нагрузку на каждую отдельную сваю и сравнить её с нагрузкой на сваю, определяемую по формуле 2.42. Условие, которое необходимо проверить, отображено в формуле 2.52.
Nmax = [(N1+Gr+Gg)/n]x a + Gp ? (?0 x  Fd)/( ?n x ?k),
(2.52)
     где n – число свай в фундаменте,
     а – шаг свай в фундаменте
     Для фундамента Ф-1:



Nmax = [(51807,386+ 810)/1]x 0,8 + 1518 ? 47065 (кг)
43611,9 ? 47065 (кг)
(2.53)
(2.54)


     Условие выполняется, запас составляет 7%. 
     Для фундамента Ф-2:
Nmax = [(53493,33+ 810)/1]x 0,8 + 1518 ? 47065(кг)
44960,664 ? 47065,0 (кг)
(2.55)
(2.56)
     Условие выполняется, запас составляет 4,5%. 
     Для фундамента Ф-3:
Nmax = [(15146,6+ 810)/1]x 2,6 + 1518 ? 47065(кг)
43005,16 ? 47065,0 (кг)
(2.57)
(2.58)
     Условие выполняется, запас составляет 7,5% . 
     Таким образом, выбранный тип свай и способ их размещения, удовлетворяет всем условиям.
     
     2.4.4. Расчет свайных фундаментов по деформациям
     Расчет осадки свайного фундамента – это расчет фундамента по второй группе предельных состояний, который основывается на пункте 7.4 СП22.13330.2011 . Для его выполнения необходимо начертить расчетную схему модели грунта как линейно-деформируемой среды. Расчетные схемы для расчета осадки изображены на рисунке 2.10.
     
     Рисунок 2.10 – Схема для расчета осадки №1
     Расчет осадки начинаем с определения средневзвешенных деформационных характеристик грунтов.
     1) Определяем средневзвешенные деформационные свойства грунтов Е1, Е2, ?1, ?2 по формулам 2.59 – 2.62.
Е1 = (Е1хl1+ Е2хl2+ Е3хl3)/( l1+ l2+ l3) = (15,6 х0,22+17,4х 4,1+15,152х 1,53)/(0,22+4,1+1,53)=16,744 (МПа) =    =167,44 (кг/см2)
(2.59)
Е2=15,152 (МПа)= 151,52(кг/см2)
(2.60)
?1= ( ? 1хl1+ ? 2хl2+ ? 3хl3)/( l1+ l2+ l3) = (0,4 х0,22+0,4х 4,1+0,36х 1,53)/(0,22+4,1+1,53)=0,389
(2.61)
?2 = 0,36
(2.62)
     2) Находим модули сдвига слоев:
G1 = E1/[2x(1+ ?1)] = 167,44/[2х(1+0,3898] =60,24 (кг/см2)
(2.63)
G2 = E2/[2x(1+ ?2)] = 151,52/[2х(1+0,36] = 55,71 (кг/см2)
(2.64)
     
     3) Проверим два условия применимости данной модели фундамента для проектируемого здания (формулы 2.65 и 2.67):

h/d>5,
(2.65)
где h – длина сваи, м.
600/33,86 = 17,72 >5,
(2.66)
Условие выполняется.
G1xh/G2xd > 1
(2.67)
60,24х600/55,71x33,86 = 19,16 > 1
(2.67)
Условие выполняется.

     4) Определяем относительную жесткость (сжатие) ствола сваи:
? = (Еb x A) / (G1 x  h2) = (270000 x 600)/(60,24 х 6002) = 7,47
(2.68)
?1 = (2,12 x ?0,75)/(1+2,12 x ?0,75) = 0,9
(2.69)

     5) Вычисляем осадку одиночной сваи по формуле 2.70, определив перед этим коэффициенты по формулам 2.71-2.74:
S’ = ?x(N/G1xh)
(2.70)
k ?1 = 2,82-3,78х ?1+2,18х ?12 = 2,82-3,78х 0.38981+2,18х 0.389812 = 1.678
(2.71)
k ? = 2,82-3,78х ?+2,18х ?2 = 2,82-3,78х 0,36+2,18х 0,362 = 1,71
(2.72)
?’ = 0,17х ln[k ?x G1x h/G2x d] = 0,17х ln[1,71 x 60,24x 600/55,71 x 33,86]=  = 0,59
(2.73)
?’ = 0,17х ln[k ?1 x h/d] = 0,17х ln[1,678 x 600/33,86] = 0,577
(2.74)
? = ?’/ ?’ + (1- ?’/ ?’)/ ? = 0,59/0,577 + (1- 0,59/0,577)/7,47 = 1,02
(2.75)

     Для фундамента Ф-1:
S’1 = 1,02 х (46158,6/60,24x600) = 1,30 (см)
(2.76)
     Для фундамента Ф-2:
S’2 = 1,02 х (47622,2/60,24x600) = 1,34 (см)
(2.77)
     Для фундамента Ф-3:
S’3 = 1,02 х (13289,31/60,24х600) = 0,375 (см)
(2.78)

     5) Определим осадку с учетом влияния соседних свай:
     Расстояние, на которое распространяется действие нагрузки, определяется по формуле 2.79:
ault = k ? x (G1xh)/(2xG2) = 1,71х(54,2322х900)/(2х55,71) = 639,58 (см)
(2.79)
     Тем самым этим под это расстояние в ленте свай попадают еще 8 свай с каждой стороны для фундаментов Ф-1 и Ф-2, а для фундамента Ф-3 под это расстояние попадает 2 сваи с каждой стороны.
     Тогда вычисляем осадку для оставшихся свай по формуле 2.91. А так как эти сваи расположены симметрично относительно центральной, посчитаем для половины. По формуле 2.80 считаем коэффициенты.
?i=0,17х ln [k ?x G1x h/2 x G2x а]
(2.80)
     где a – расстояние от центральной сваи до остальных.
     Для фундаментов Ф-1 и Ф-2 дополнительные осадки считаем по формулам 2.81 – 2.88.
?1=0,17х ln [1,71х60,24x 600/2 x 55,71x 0,8]=1,14;
(2.81)
?2=0,17х ln [1,71 х60,24x 600/2 x 55,71x 1,6]=1,02;
(2.82)
?3=0,17х ln [1,71 х60,24x 600/2 x 55,71x 2,4]=0,96;
(2.83)
?4=0,17х ln [1,71 х60,24x 600/2 x 55,71x 3,2]=0,91;
(2.84)
?5=0,17х ln [1,71 х60,24x 600/2 x 55,71x 4,0]= 0,89;
(2.85)
?6=0,17х ln [1,71 х60,24x 600/2 x 55,71x 4,8]=0,84;
(2.86)
?7=0,17х ln [1,71 х60,24x 600/2 x 55,71x 5,6]=0,81;
(2.87)
?8=0,17х ln [1,71 х60,24x 600/2 x 55,71x 6,4]= 0,78;
(2.88)
     Для фундамента Ф-3 считаем по формулам 2.89-2.90.
?1=0,17х ln [1,71 х60,24x 600/2 x 55,71x 2,6]=0,94;
(2.89)
?2=0,17х ln [1,71 х 60,24x 600/2 x 55,71x 5,2]= 0,82;
(2.90)
     Вычисляем дополнительную осадку от действия нагрузки на соседние сваи по формуле 2.91:
Sadd  = ? ?i x Ni/G1xh
(2.91)
   где Ni – нагрузка на i-ю сваю.
     Для фундамента Ф-1:
Sadd1  = (2х1,14х4615,86/ 60,24x 600)+(2х1,02х2769,515/60,24x 600)+ (2х0,96х2538,723/60,24x 600) + (2х0,91х2307,93/60,24x 600) + (2х0,89х2077,137/60,24x 600)+(2х0,84х1615,551/60,24x 600)+ (2х0,81х923,172/60,24x 600)+(2х0,78х461,586/60,24x 600) = 1,102 (см)
(2.92)
     
     Для фундамента Ф-2:
Sadd2  = (2х1,14х4762,2/60,24x 600)+(2х1,02х2857,332/60,24x 600)+ (2х0,96х2619,221/60,24x 600) + (2х0,91х2381,11/60,24x 600) + (2х0,89х2142,999/60,24x 600)+(2х0,84х1666,77/60,24x 600)+ (2х0,81х952,444/60,24x 600)+(2х0,78х476,22/60,24x 600) = 0,972 (см)
(2.93)
     Для фундамента Ф-3:
Sadd1  = (2х0,94х2657,862/60,24x 600)+(2х0,82х2325,629/60,24x 600)  =  = 0,28(см)
(2.94)
     Окончательная осадка определяется по формуле 2.95:
S = S’+ Sadd
(2.95)
     Для фундамента Ф-1:
S1 = 1,3+1,102 = 2,402 (см)
(2.96)
     Для фундамента Ф-2:
S2 = 1,34+0,972=2,312 (см)
(2.97)
     Для фундамента Ф-3:
S3 = 0,375+0,28 =0,655 (см)
(2.98)
     Полученная осадка не превышает нормативной осадке, равной 10 см согласно СП 22.13330.2011.
     
2.5. Расчет балки ростверка
     Необходимо рассчитать железобетонную балку ростверка под наиболее нагруженной стеной. Балку будем рассчитывать как многопролетную неразрезную балку, загруженную равномерно распределенной нагрузкой, для того, чтобы рассчитать армирование ростверка.
     Рассчитаем фрагмент наиболее нагруженной стены как трехпролетную неразрезную балку, расчетная схема которой показана на рисунке 2.11.
     
     Рисунок 2.11 – Расчетная схема трехпролетной неразрезной балки ленточного ростверка
     
     Нагрузка будет делиться на постоянную q и временную p, которые мы рассчитаем по формулам 2.99 – 2.100.
q = 17015,9 х 0,8х1,15+2500х0,6х0,6х1,1 = 16644,28 кг/м 
(2.99)
p = 240 х 0,8х1,15= 220,8 кг/м 
(2.100)
     2.5.1. Построение объемлющей эпюры
     Нагрузим балку ростверка разными вариантами загружения. Построение этой эпюры проводится путем наложения друг на друга эпюр, построенных от разных вариантов загружения постоянной и временной нагрузкой.
     На рисунке 2.12 показаны варианты загружения и соответствующие им эпюры моментов и поперечных сил, а также объемлющая эпюра.
     
     Рисунок 2.12 – Варианты загружения и соответствующие эпюры, объемлющая эпюра
     2.5.2. Характеристики прочности бетона и арматуры
     Принимаем бетон В25 со следующими характеристиками:
- Осевое сжатие :Rb = 14,5 (МПа) = 148 кг/см2; 
- Осевое растяжение :Rbt = 1,05 (МПа) = 10,7 кг/см2; 
- Модуль упругости: Еb = 275x103 кг/см2.
     Арматуру принимаем класса А-II со следующими характеристиками:
      - Осевое растяжение: RS = 2850 кг/см2;
     
      - Модуль упругости: ЕS = 210х104 кг/см2.
     2.5.3. Расчет ростверка по сечению, нормальному к продольной оси
     Размеры поперечного сечения ростверка – 0,6х0,6 (м)
     Расчет для нижней арматуры – М= 151172 (кгхсм)
     
     Рисунок 2.13 – Поперечное сечение ростверка (с нижней арматурой)
?m = Mmax/Rbxbxh02 = 151171/148х60х562 =0,005
(2.101)
     Определяем ? и ? согласно СП 63.13330.2011.
     ? = 0,01; ? =0,995.
     Считаем площадь требуемой арматуры по формуле 2.102.
АS = Mmax/RS x h0 x ?  =151171/2850х56х0,995=0,95 см2 
(2.102)
     Подбираем количество стержней = 2 стержня диаметром 8мм.  
	ASфакт = 1,01 см2.
     Расчет для верхней арматуры – М= 153026  (кгхсм)
?m = Mmax/Rbxbxh02 = 153026/148х60х562=0,005 
(2.103)
     Определяем ? и ? согласно СП 63.13330.2011.
     ? = 0,01; ? = 0,995.
     

     Рисунок 2.14 – Поперечное сечение ростверка (с верхней арматурой)
АS’ = Mmax/RS x h0 x ?  =153026/2850х56х0,995 = 0,96 см2 
(2.104)
     Подбираем количество стержней = 2 стержня диаметром 8мм.
	AS’факт = 1,01 см2.
     Окончательно сечение ростверка будет выглядеть следующим образом (рисунок 2.15):

     Рисунок 2.15 – Поперечное сечение ростверка с арматурой
     Таким образом, мною был рассчитан ростверк как трехпролетная неразрезная балка, в результате чего я определила требуемое количество продольных стержней арматуры в ростверке. Поперечную арматуру ставим конструктивно с шагом 400 мм.
     





26


.......................