Проектирование оснований и фундаментов при реконструкции

Основания и фундаменты

В условиях реконструкции

(основы теории и примеры расчета)

Методические указания

для курсового и дипломного проектирования

студентов специальности 270105

«Строительство и городское хозяйство»

Иркутск

Рецензент: П.А. Шустов, канд. техн. наук, доцент кафедры строительного производства ИрГТУ.

Основания и фундаменты в условиях реконструкции (основы теории и примеры расчета). Метод. указания для курсового и дипломного проектирования. Составила Квасова З.М. – Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2006. – 14 с.

Предназначены для студентов специальности 270105 – «Строительство и городское хозяйство».

Библиогр. 6 наим., 2 табл., 3 рис.

Иркутский государственный технический университет

664074, Иркутск, ул. Лермонтова, 83

Содержание

1.	Проектирование оснований и фундаментов при реконструкции …...
	Пример 1…………………………………………………………………
2.	Нагрузки, учитываемые при расчете оснований и фундаментов …...
	Пример 2…………………………………………………………………
3.	Оценка инженерно-геологических условий ………………………….
	Литература ……………………………………………………………...

Проектирование оснований и фундаментов при реконструкции

Несмотря на все увеличивающийся объем реконструкции зданий и сооружений самого различного назначения, до сегодняшнего дня нет нормативных документов, определяющих порядок расчета оснований и фундаментов в различных вариантах реконструкции. К наиболее распространенным случаям реконструкции можно отнести:

· увеличение нагрузки на существующие фундаменты (надстройки, использование более тяжелых конструкций);

· устройство новых фундаментов на пятне застройки старого, разбираемого при реконструкции;

· пристройку новых зданий и сооружений к старым, существующим;

· усиление либо переустройство оснований и фундаментов.

Несущая способность должна быть достаточной, чтобы не происходила потеря устойчивости основания, а неравномерности осадки оснований не должны превышать предельно допустимых величин для нормальной эксплуатации здания после реконструкции. Проектирование производится по двум предельным состояниям.

Целью расчета по первому предельному состоянию является обеспечение несущей способности и ограничение развития чрезмерных пластических деформаций в период дальнейшей эксплуатации здания после реконструкции.

Этот расчет производится исходя из общего условия

,

где F_пр – расчетная нагрузка на основание после реконструкции;

F_и – сила предельного сопротивления основания с учетом изменения свойств грунтов в процессе эксплуатации реконструируемого здания;

g_и – коэффициент условий работы;

g_n – коэффициент надежности по назначению сооружения (I, II и III классов).

Дефицит несущей способности оснований и фундаментов реконструируемого здания устанавливается после анализа результатов обследования. В общем случае

,

где F_mpd – требуемая несущая способность основания или свай из условия сопротивления грунта, принятая с учетом возможного увеличения постоянных и вре­менных нагрузок при реконструкции;

F_оd – несущая способность грунтов основания (свай) с учетом возможного улучшения свойств грунтов в процессе эксплуатации.

Если , то необходимость усиления фундаментов при реконструкции отсутствует. Окончательно решается вопрос об отмене усиления после расчета оснований и фундаментов по второму предельному состоянию.

Для расчета по второму предельному состоянию необходимо соблюсти условие

,

где – фактическое давление по подошве фундамента после реконструкции;

– расчетное сопротивление грунта с учетом его уплотнения в процессе эксплуатации.

Расчетное сопротивление грунта основания с учетом его уплотнения может быть определено по формуле (7) (СНиП 2.02.01–83). Величины коэффициентов и зависят от угла внутреннего трения (), соответствующего уплотненному грунту. Ввиду сложности отбора образцов грунта из- под фундамента, для испытания их в лабораторных условиях значение может быть установлено по методике, изложенной ниже.

В общем случае вопросы о возможности увеличения нагрузки на существующие фундаменты решаются в такой последовательности:

· собирают нагрузку на уровне подошвы существующего фундамента до надстройки N_II ипосле надстройки ;

· устанавливают значение средней интенсивности давления на грунт основания до надстройки Р _о и после надстройки ;

· устанавливают значение расчетного сопротивления грунта основания с учетом уплотнения в процессе эксплуатации здания (сооружения) R_у;

· сопоставляют среднее давление под подошвой фундамента после увеличения нагрузки со значением R_у.

Значение расчетного сопротивления уплотненного грунта основания может быть также получено из выражения

,

где R – расчетное сопротивление грунта основания, определенное для грунта в естественном его залегании (без уплотнения);

m_p – коэффициент, зависящий от отношения величины давления по подошве фундамента до увеличения нагрузки при реконструкции Р_о к расчетному сопротивлению R; при Р_о / R ³ 0,8 m_p = 1,3; при 0,8 ³ Р_о ³ 0,5 m_p = 1,15; при Р_о / R £ 0,5 = 1,0;

m_s – коэффициент, принимаемый по табл. 1.1. в зависимости от отношения величины осадки S_p при давлении по подошве, равном значению Р_о к предельно допустимой осадке, для данного вида зданий или сооружений S_u по прил. 4 СНиП 2.02.01-83.

Таблица 1.1

Значение коэффициента

Грунты оснований (независимо от влажности и плотности)	Значение ms при Sp / Su
0,4	0,8
Пески крупные и средней крупности	1,4	1,0
Пески мелкие	1,2	1,0
Пески пылеватые	1,1	1,0
Связные грунты с Ju £ 10	1,2	1,0
То же с Ju ³ 0,5 при сроке эксплуатации здания более 15 лет	1,1	1,0

Примечание. Для промежуточных значений коэффициента m_s принимается по интерполяции.

Пример 1. Определение расчетного сопротивления грунта основания при надстройке здания. Необходимо установить возможность надстройки трехэтажного жилого дома в Петербурге на два этажа с заменой существующих деревянных перекрытий на железобетонные. Для этого определяем расчетное сопротивление грунта с учетом его предшествующего уплотнения.

Существующее кирпичное здание построено во второй половине XIX века. Фундаменты бутобетонные, ленточные. Ширина подошвы фундамента в = 1,2 м. Здание с подвалом глубиной d_b = 3 м. Глубина заложения фундамента d = 3,6 м. Состояние кладки стен и фундамента хорошее.

Нагрузка на 1 м длины стены на уровне подошвы существующих фундаментов составляет N_II = 264,7 кН/м. Соответствующая нагрузка после надстройки двух этажей и замены деревянных перекрытий железобетонными составит = 405 кН/м.

Напластование грунтов (начиная с планировочной отметки):

1-й слой – насыпной грунт; высота слоя h = 1 м, 15 кН/м³;

2-й слой – глина мощностью h _Г = 5 м; этот грунт является основанием существующего фундамента, находится в твердом состоянии, коэффициент относительной сжимаемости m_V1 = 0,00005 кПа^-1, кН/м³, , С_II = 25кПа.

3-й слой – песок пылеватый; более глубины 14 м, m_V2 = 0,000062 кПа^-1.

Определяем значение расчетного сопротивления грунта основания с учетом его уплотнения за период эксплуатации здания. Значение определяем из выражения

,

где R – величину расчетного сопротивления устанавливаем по формуле (7) СНиП 2.02.01-83 для значений С_II = 25 кПа в условиях природного залегания грунта

, (7)

где = 1,2 и = 1 – коэффициенты условий работы, принимаемые по табл. 3;

К – коэффициент, принимаемый равным К = 1, если прочные характеристики грунта ( и С_II) определены непосредственными испытаниями и К =1,1 если они приняты по табл. 1–3 рекомендуемого приложения 1;

= 0,43;

= 2,72; = 5,31 – коэффициенты, принимаемые по табл. 4;

= 1 – коэффициент (при b < 10 м);

= 1,2 м – ширина подошвы фундамента;

= 20,5 кН/м³ – удельный вес грунта ниже подошвы фундамента;

- усредненное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы.

кН/м³;

С_II = 25 кПа – расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента;

d₁ = 0,6 – приведенная глубина заложения фундамента от пола подвала;

d_b = 3,0 м – глубина подвала.

кПа

Устанавливаем значение коэффициента m_p. Давление до надстройки по подошве Р_о = N_II / b = 264,7/1,2 = 220 кПа. Значение отношения Р_о / R = 220/260=0,85. Определяем значение коэффициента m_p = 1,3 (см. выше).

Находим значение коэффициента m_s. Для этого определяем значение осадки при условии, что давление на уровне подошвы фундамента равно расчетному сопротивлению R.

Для определения осадки используем метод эквивалентного слоя Цытовича. Расчетная схема приведена на рис. 1.2.

Высоту эквивалентного слоя h_э определяем из выражения м (значение находим по табл. 1.2).

Таблица 1.2

Значение коэффициента эквивалентного слоя Аw

отношение	Гравий и галька	Пески	Суглинки пластичные	Глины и суглинки мягкопластичные
Глины и суглинки твердые и полутвердые	Супеси твердые и пластичные	Глины пластичные
m0=0,10	m0=0,20	m0=0,25	m0=0,30	m0=0,35	m0=0,40
1,0	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
2,0	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
30,0	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
4,0	1,99	1,72	1,63	2,09	1,81	1,72	2,21	1,92	1,81	2,41	2,09	1,97	2,77	2,39	2,26	3,53	3,06	2,90
5,0	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
6,0	2,25	1,98	—	2,37	2,09	—	2,50	2,21	—	2,72	2,41	—	3,14	2,76	—	4,00	3,53	—
7,0	2,35	2,06	—	2,47	2,18	—	2,61	2,31	—	2,84	2,51	—	3,26	2,87	—	4,18	2,67	—
8,0	2,43	2,14	—	2,56	2,26	—	2,70	2,40	—	2,94	2,61	—	3,38	2,98	—	4,32	3,82	—
9,0	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 более	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
Коэффи-циент	Аw0	Аwn	Аwconst	Аw0	Аwn	Аwconst	Аw0	Аwn	Аwconst	Аw0	Аwn	Аwconst	Аw0	Аwn	Аwconst	Аw0	Аwn	Аwconst

Обычно значением коэффициента относительной поперечной деформации задаются, принимая его согласно опытным данным равным ¸ 0,15 для глин и суглинков твердых и полутвердых; тугопластичных – ; пластичных и текучепластичных – и текучих – ; для супеси (в зависимости от консистенции) ; для песков .

Рис. 1.2. Расчетная схема для определения

осадки при давлении равном R

Высота эквивалентной эпюры уплотняющих давлений м.

Определяем величину среднего коэффициента относительной сжимаемости в пределах сжимаемой толщи:

кПа^-1

Вычисляем значение осадки S_p:

v=4,07 см.

Значение S_u для подобных зданий 10 см (прил. 4, СНиП 2.02.01-83). Отношение Sp/Su = 4,07/10 = 0,407.

Согласно табл. 1.1 m_s = 1,05. Таким образом

кПа

Значение фактического давления после надстройки здания на 2 этаже на уровне подошвы фундамента составит

кПа

Давление на грунт после реконструкции и замены деревянных перекрытий на железобетонные не превысит расчетного сопротивления грунта с учетом его уплотнения в процессе эксплуатации ; 338 кПа < 355 кПа. Предполагаемая реконструкция возможна без учета увеличения размеров фундамента и усиления грунтов основания.