Как рассчитать сопротивление грунта
Определение расчетного сопротивления грунта основания
Определение расчетного сопротивления грунта основания. Сравнение результатов, полученных в модуле ГРУНТ с ручным расчетом.
Выполняется сравнение расчетного сопротивления грунта основания полученного в модуле ГРУНТ с результатами ручного расчета по СП 22.13330 «Основания зданий и сооружений».
Исходные данные
Размеры фундамента bxl=20х30м; глубина заложения фундамента d=2м; здание с гибкой конструктивной схемой; подвал отсутствует; характеристики грунтов определены по таблицам. Нагрузка на основание N=120000кН; среднее давление по подошве фундамента p=200кН/м 2
Характеристики грунтов основания:
Результаты расчета в модуле ГРУНТ
Rz=392.085кН/м 2 по подошве фундамента (отметка +98.000).
Rz=570.161кН/м 2 на глубине 3.5м от подошвы фундамента (отметка +94.500).
Определение расчетного сопротивления грунта основания под подошвой фундамента R (отметка +98.000)
Расчетное сопротивление грунта основания определяется по формуле 5.7 (п. 5.6.7 СП 22.13330.2016):
γС1 и γС2 – коэффициенты условий работы по табл. 5.4 СП 22.13330;
k – коэффициент, принимаемый равным 1, если характеристики определены непосредственными испытаниями и 1.1, если по таблицам;
Mγ, Mq и Mc – коэффициенты, принимаемые по таблице 5.5;
kz – коэффициент, принимаемый равным 1 при b 10, здесь Z0=8м;
b – ширина подошвы фундамента;
γII – осреднённое расчётное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента;
γ’II – осреднённое расчётное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента;
cII – расчётное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента;
d1 – глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки или приведённая глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала;
hs – толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м;
hcf – толщина конструкции пола подвала;
γcf – расчётное значение удельного веса конструкции пола подвала;
db – глубина подвала.
γС1=1.25 и γС2=1, т.к. непосредственно под фундаментом залегает грунт ИГЭ-2 песок пылеватый.
k=1.1 т.к. характеристики грунтов определены по таблицам.
Коэффициенты Mγ, Mq и Mc определяются по таблице 5.5 СП 22.13330 в зависимости от угла внутреннего трения φ. Данная таблица составлена на основании формул:
Т.к. основание под фундаментом неоднородное, то, в соответствии с пунктом 5.6.10 СП 22.13330, для определения R следует принимать средневзвешенные значения характеристики грунтов по глубине ZR=0.5b при b 3
| №ИГЭ | hi, м | γi, кН/м 3 | hi*γi, кН/м 2 |
| 1 | 1.00 | 17.65 | 17.65 |
| 2 | 1.00 | 17.20 | 17.20 |
| ∑ | 2.00 | 34.85 | |
| среднее значение | 17.425 | ||
Осредненные характеристики определяются по формуле:
Коэффициент, зависящий от ширины фундамента: kz=Z0/b+0.2=8/20+0.2=0.6
Определение расчетного сопротивления грунта основания на глубине 3.5м от подошвы фундамента (отметка +94.500)
Распределение напряжений по глубине сжимаемой толщи:
По глубине сжимаемой толщи должно выполняться условие (условие 5.9 СП 22.13330):
где σzp, σzγ и σzg – вертикальные напряжения на глубине Z от подошвы фундамента.
Определим σz и Rz на глубине Z=3.5м от подошвы фундамента.
Rz определяется для условного фундамента шириной:
где Az=N/σzp=120000/196.224=615.55м2; σzp=196.244кН/м2 – дополнительное давление на глубине Z=3.5м от подошвы фундамента (определено при помощи модуля ГРУНТ); a=(l-b)/2=(30-20)/2=5м.
Средневзвешенные значения характеристики грунтов определяются по глубине ZR=4+0.1*20.23=6.23м.
| №ИГЭ | hi, м | γi/γsbi, кН/м 3 | Сi, кПа, кН/м 2 | φi, град | hi*γi, кН/м 2 | hi*Сi, кН/м | hi*φi, м*град |
| 3 | 1.500 | 17.850 | 8.000 | 22.000 | 26.775 | 12.000 | 33.000 |
| 4 | 3.000 | 18.350 | 20.000 | 18.000 | 55.050 | 60.000 | 54.000 |
| 5 | 1.523 | 18.850 | 50.000 | 16.000 | 28.709 | 76.150 | 24.368 |
| ∑ | 6.023 | — | — | — | 110.534 | 148.150 | 111.368 |
| средние значения | 18.352 | 24.597 | 18.490 | — | — | — | |
| №ИГЭ | hi, м | γi/γsbi, кН/м 3 | hi*γi, кН/м 2 |
| 1 | 1.000 | 17.650 | 17.650 |
| 2 | 3.000 | 17.200 | 51.600 |
| 3 | 1.500 | 17.850 | 26.775 |
| ∑ | 5.500 | 96.025 | |
| среднее значение | 17.459 | ||
Коэффициент, зависящий от ширины фундамента: kz=Z0/b+0.2=8/20.23+0.2=0.595
5.5.2. Расчетное сопротивление грунтов основания
(здесь hs — толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м; hcf — толщина конструкции пола подвала, м; γcf — расчетное значение удельного веса материала пола подвала, кН/м 3 ); db — глубина подвала — расстояние от уровня планировки до пола подвала, м (для сооружений с подвалом шириной В ≤ 20 м и глубиной более 2 м принимается db = 2 м, при ширине подпали В > 20 и принимается d > 0).
| Грунты | γс1 | γс2 для сооружений с жесткой конструктивной схемой при отношении длины сооружения или его отсека к его высоте L/H | |
| ≥ 4 | IL ≤ 0,25 0,25 IL ≤ 0,5 IL > 0,5 | 1,4 1,3 | |
Примечания: 1. Жесткую конструктивную схему имеют сооружения, конструкции которых приспособлены к восприятию усилий от деформаций оснований путем применения специальных мероприятий.
2. Для сооружений с гибкой конструктивной схемой значение коэффициента γc2 принимается равным единице.
3. При промежуточных значениях L/H коэффициент γc2 определяется интерполяцией.
| φII,° | Mγ | Mq | Mc | φII,° | Mγ | Mq | Mc |
| 0 | 0 | 0 | 3,14 | 23 | 0,69 | 3,65 | 6,24 |
| 1 | 0,01 | 0,06 | 3,23 | 24 | 0,72 | 3,87 | 6,45 |
| 2 | 0,03 | 1,12 | 3,32 | 25 | 0,78 | 4,11 | 6,67 |
| 3 | 0,04 | 1,18 | 3,41 | 26 | 0,84 | 4,37 | 6,90 |
| 4 | 0,06 | 1,25 | 3,51 | 27 | 0,91 | 4,64 | 7,14 |
| 5 | 0,08 | 1,32 | 3,61 | 28 | 0,98 | 4,93 | 7,40 |
| 6 | 0,10 | 1,39 | 3,71 | 29 | 1,06 | 5,25 | 7,67 |
| 7 | 0,12 | 1,47 | 3,82 | 30 | 1,15 | 6,59 | 7,95 |
| 8 | 0,14 | 1,55 | 3,93 | 31 | 1,24 | 5,95 | 8,24 |
| 9 | 0,16 | 1,64 | 4,05 | 32 | 1,34 | 6,34 | 8,55 |
| 10 | 0,18 | 1,73 | 4,17 | 33 | 1,44 | 6,76 | 8,88 |
| 11 | 0,21 | 1,83 | 4,29 | 34 | 1,55 | 7,22 | 9,22 |
| 12 | 0,23 | 1,94 | 4,42 | 35 | 1,68 | 7,71 | 9,58 |
| 13 | 0,26 | 2,05 | 4,55 | 36 | 1,81 | 8,24 | 9,97 |
| 14 | 0,29 | 2,17 | 4,69 | 37 | 1,95 | 8,81 | 10,37 |
| 15 | 0,32 | 2,30 | 4,84 | 38 | 2,11 | 9,44 | 10,80 |
| 16 | 0,36 | 2,43 | 4,99 | 39 | 2,28 | 10,11 | 11,25 |
| 17 | 0,39 | 2,57 | 5,15 | 40 | 2,46 | 10,85 | 11,73 |
| 18 | 0,43 | 2,73 | 5,31 | 41 | 2,66 | 11,64 | 12,24 |
| 19 | 0,47 | 2,89 | 5,48 | 42 | 2,88 | 12,51 | 12,79 |
| 20 | 0,51 | 3,06 | 5,66 | 43 | 3,12 | 13,46 | 13,37 |
| 21 | 0,56 | 3,24 | 5,84 | 44 | 3,38 | 14,50 | 13,98 |
| 22 | 0,61 | 3,44 | 6,04 | 45 | 3,66 | 15,64 | 14,64 |
Когда расчетная глубина заложения фундаментов принимается от уровня планировки подсыпкой, в проекте оснований и фундаментов должно приводиться требование о необходимости выполнения планировочной насыпи до приложения полной нагрузки на основание. Аналогичное требование должно содержаться и в отношении устройства подсыпок под полы в подвале.
где ψ = π/(ctgφII + φII – π/2) ; φII — расчетное значение угла внутреннего трения, рад.
Как видно из формулы (5.29), значение R зависит не только от физико-механических характеристик грунтов основания, но и от искомых геометрических размеров фундамента — ширины и глубины его заложения. Поэтому определение размеров фундаментов приходится вести итерационным способом, задавшись предварительно какими-то начальными размерами.
Решение. Для вычисления расчетного сопротивления грунта основания по формуле (5.29) принимаем: по табл. 5.11 для песка мелкого маловлажного и здания жесткой конструктивной схемы при L/H = 1,5, γс1 = 1,3 и γс2 = 1,3; по табл. 5.12 при φII = 32º Mγ = 1,34; Mq = 6,34 и Мc = 8,55. Поскольку значения прочностных характеристик грунта приняты по справочным таблицам, k = 1,1. При b = 1,4 м kz = 1.
Приведенная глубина заложения фундамента от пола подвала по формуле (5.30)
По формуле (5.29) определяем:
R = 
[1,34 · 1 · 1,4 · 18 + 6,34 · 0,57 · 17 + (6,34 – 1)1,2 · 17 + 8,55 · 2] = 1,54 · 221 = 340 кПа.
Двойную интерполяцию при определении R0 по табл. 5.13 для пылевато-глинистых грунтов с промежуточными значениями IL и е рекомендуется выполнять по формуле [2]
500
400/350
Средней крупности
Мелкие:
маловлажные
влажные и насыщенные водой
Пылеватые:
маловлажные
влажные
насыщенные водой
500/400
300/250
200/150
160/100
0,5
0,7
Суглинки с коэффициентом пористости е :
0,5
0,7
1,0
Глины с коэффициентом пористости e :
0,5
0,6
0,8
1,0
250/200
600/400
500/300
300/200
250/100
Значения R0 в табл. 5.13 относятся к фундаментам, имеющим ширину b1 = 1 м и глубину заложения d1 = 2 м. При использовании значений R0 по табл. 5.13 для окончательного назначения размеров фундаментов расчетное сопротивление грунта основания R определяется по формулам:
где b и d — соответственно ширина и глубина заложения проектируемого фундамента, м; γ´ — удельный вес грунта, расположенного выше подошвы фундамента, кН/м 3 ; k1 — коэффициент принимаемый для крупнообломочных и песчаных грунтов (кроме пылеватых песков) k1 = 0,125, а для пылеватых песков, супесей, суглинков и глин k1 = 0,05; k2 — коэффициент, принимаемый для крупнообломочных и песчаных грунтов k2 = 2,5, для супесей и суглинков k2 = 2, а для глин k2 = l,5.
Решение. Пользуясь значениями R0 (см. табл. 5.13), по формуле (5.32) вычисляем:
кПа.
Далее по формуле (5.34) получаем:
кПа.
Расчетное сопротивление R основания, сложенного крупнообломочными грунтами, вычисляется по формуле (5.29) на основе результатов непосредственных определений прочностных характеристик грунтов. При отсутствии таких испытаний расчетное сопротивление определяется по характеристикам заполнителя, если его содержание превышает 40%. При меньшем содержании заполнителя значение R для крупнообломочных грунтов допускается принимать по табл. 5.13.
При необходимости увеличения нагрузок на основание существующих сооружений при их реконструкции (замене оборудования, надстройке и т.п.) расчетное сопротивление основания должно приниматься в соответствии с данными о состоянии и физико-механических свойствах грунтов основания с учетом типа и состояния фундаментов и надфундаментных конструкций сооружения, продолжительности его эксплуатации и ожидаемых дополнительных осадок при увеличении нагрузок на фундаменты. Следует также учитывать состояние и конструктивные особенности примыкающих сооружений, которые, оказавшись в пределах «осадочной воронки», могут получить повреждения.
| Коэффициент пористости е и показатель текучести IL | Значения kd при фундаментных плитах | |
| прямоугольных | с угловыми вырезами | |
| е ≤ 0,5 и IL ≤ 0 | 1,3 | 1,3 |
| е = 0,6 и IL = 0,25 | 1,15 | 1,15 |
| e ≥ 0,7 и IL ≥ 0,5 | 1,0 | 1,15 |
Примечания: 1. При промежуточных значениях е и IL коэффициент kd принимается по интерполяции.
2. Для плит с угловыми вырезами коэффициент kd учитывает повышение R на 15%.
Если в пределах сжимаемой толщи основания на глубине z от подошвы фундамента расположен слой грунта меньшей прочности, чем прочность лежащих выше слоев (рис. 5.24), необходима проверка соблюдения условия
здесь N — суммарная вертикальная нагрузка на основание от фундамента, кН; l и b — соответственно длина и ширина фундамента, м.
Формула (5.36) для ленточного фундамента принимает вид
где n — вертикальная нагрузка на 1 м длины фундамента, кН/м,
а для квадратного фундамента —
Сорочан Е.А. Основания, фундаменты и подземные сооружения
Определение несущей способности грунта
Установление несущей способности грунта (табличные значения) находящегося под проектируемым или реконструируемым фундаментом начинают с геологической разведки. Для этого на строительной площадке из скважин или шурфов отбираются и исследуются пробы грунта.
Сначала производится классификация грунта. Гранулометрическим и/или методом отмучивания находится состав грунта и определяется его название.
Затем исследуются физические характеристики грунта. Методом режущего кольца устанавливается плотность грунта, методом высушивания и взвешивания определяется влажность, а скручиванием грунта в жгут и испытание балансирным конусом — консистенция грунта.
Далее делаются дополнительные лабараторные исследования грунта или производится еще несколько вычислений расширяющих количество физических характеристик грунтов.
При невозможности точного установления типа грунта самостоятельно, наличие на участке органических, мерзлых, насыпных грунтов и при любых других сомнениях в классифицировании грунта, для определения несущей способности грунта, нужно привлекать лицензированные геологические организации.
Краткое содержание статьи
Уровень отвественности здания
К повышенному уровню отвественности относятся: особо опасные, технически сложные или уникальные объекты.
К пониженному — здания и сооружения временного (сезонного) назначения, а также здания и сооружения вспомогательного использования, связанные с осуществлением строительства или реконструкции либо расположенные на земельных участках, предоставленных для индивидуального жилищного строительства.
Все остальные здания и сооружения относятся к нормальному уровню отвественности.
Формулировка идентификации зданий относящихся к третьему (пониженному) уровню отвественности — расплывчатая. Непонятно, описанны две группы зданий и сооружений: временные и вспомогательные или три группы — временные, вспомогательные и индивидуальные? В Белоруссии жилые индивидуальные дома высотой не более 2 этажей относят к третьей группе отвественности и в России жилые здания высотой до 10 м раньше тоже относили к этой группе. В новом техническом регламенте ясности в этом вопросе нет. Видимо его каждому придется решать самостоятельно. От выбора уровня отвественности зависит объем геологических изысканий и методика расчета фундаментов.
Определение расчетного сопротивления основания R по таблицам
Этот метод применяется для предварительного и окончательного расчета оснований для зданий третьего уровня ответственности находящихся в благоприятных условиях. Либо для предварительного расчета оснований для зданий второго уровня отвественности находящегося в любых, в том числе и неблагоприятных инженерно-геологических условиях.
«Благоприятными» считаются условия, при которых слои грунта в основании залегают горизонтально (уклон слоев не превышает 0,1), а сжимаемость грунта не увеличивается по крайней мере до глубины, равной двойной ширине самого большого отдельного фундамента и четырем ширинам ленточного (считая от уровня его подошвы).
Для фундаментов шириной bo = 1 м и глубиной заложения do = 2 м значения расчетного сопротивления основания (Ro ) приведены в таблицах 11–15. С увеличением или уменьшением глубины заложения фундамента изменяется несущая способность грунта основания. В этом случае расчетные сопротивления основания (R) на различных глубинах следует определять по формулам:
где b — ширина фундамента, м; d — глубина заложения подошвы, м ; γ’— расчетное значение удельного веса грунта, залегающего выше подошвы фундамента, кН/м³; k1 — коэффициент, принимаемый для оснований, сложенных крупнообломочными грунтами и песками, k1 = 0,125; для оснований сложенных пылеватыми песками, супесями, суглинками и глинами, k1 = 0,05; k2 — коэффициент, принимаемый для оснований, сложенных крупнообломочными песчаными грунтами — k2 = 0,25, сложенных супесями и суглинками —k2 = 0,2; глинами — k2 = 0,15.
| Крупнообломочные грунты | Значения Rо, кПа (кг/см²) | |
|---|---|---|
| Галечниковые (щебенистые) с песчаным заполнителем | 600 (6) | |
| Галечниковые (щебенистые) с глинистым заполнителем при показателе текучести: Ip ≤ 0,5 0,5 Расчетные сопротивления Ro песков | ||
| Пески | Значения Ro, кПа (кг/см²),в зависимости от плотности сложения песков | |
| плотные | средней плотности | |
| Крупные | 600 (6) | 500 (5) |
| Средней крупности | 500 (5) | 400 |
| Мелкие: маловлажные влажные и насыщенные водой | 400 (4) 300 (3) | 300 (3) 200 (2) |
| Пылеватые: маловлажные влажные насыщенные водой | 300 (3) 200 (2) 150 (1,5) | 250 (2,5) 150 (1,5) 100 (1) |
| Глинистые грунты | Коэффициент пористости, е | Значения Ro, кПа (кг/см²), при показателе текучести грунта | |
|---|---|---|---|
| I L = 0 | I L = 1 | ||
| Супеси | 0,5 | 300 (3) | 300 (3) |
| 0,7 | 250 (2,5) | 200 (2) | |
| Суглинки | 0,5 | 300 (3) | 250 (2,5) |
| 0,7 | 250 (2,5) | 180 (1,8) | |
| 1 | 200 (2) | 100 (1) | |
| Глины | 0,5 | 600 (6) | 400 (4) |
| 0,6 | 500 (5) | 300 (3) | |
| 0,8 | 300 (3) | 200 (2) | |
| 1,1 | 250 (2,5) | 100 (1) | |
| Глинистые грунты | Значения Ro, кПа (кг/см²), глинистых просадочных грунтов | |||
|---|---|---|---|---|
| природного сложения с плотностью в сухом состоянии ρd, т/м³ | уплотненных с плотностью в сухом состоянии ρd, т/м³ | |||
| 1,35 | 1,55 | 1,60 | 1,70 | |
| Супеси | 300 (3) / 150 (1,5) | 350 (3,5) / 180 (1,8) | 200 (2) | 200 (2) |
| Суглинки | 350 (3,5) / 180 (1,8) | 400 (4) / 200 (2) | 250 (2,5) | 300 (3) |
В числителе приведены значения Ro, относящейся к незамоченным просадочным грунтам со степенью влажности Sr ≤ 0,5; в знаменателе — значения Ro, относящиеся к таким же грунтам с Sr ≥ 0,8, а также к замоченным грунтам.