УДК 624.154

ПОДБОР ОПТИМАЛЬНОГО ВАРИАНТА ФУНДАМЕНТА МНОГОЭТАЖНОГО ЖИЛОГО ДОМА В СЛОЖНЫХ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ

Галова Юлия Сергеевна1, Галов Алексей Сергеевич2, Грачева Юлия Вячеславовна3
1Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, ассистент кафедры геотехники и дорожного строительства
2Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, магистр кафедры геотехники и дорожного строительства
3Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, кандидат технических наук, доцент кафедры геотехники и дорожного строительства

Аннотация
В работе осуществлен подбор оптимального варианта фундамента многоэтажного дома в сложных геологических условиях.

Ключевые слова: буровые сваи, грунты, забивные сваи, инженерно-геологические условия, несущая способность, сваи в пробитой скважине, физико-механические свойства грунтов, фундамент


SELECTION OF OPTIMUM OPTION OF THE BASE OF A MULTYSTORIED HOUSE IN DIFFICULT GEOLOGICAL CONDITIONS

Galova Yulia Sergeyevna1, Galov Alexey Sergeyevich2, Gracheva Julia Vjacheslavovna3
1Penza State University of Architecture and Construction, assistant to department of geotechnics and road construction
2Penza State University of Architecture and Construction, master of department of geotechnics and road construction
3Penza State University of Architecture and Construction, Candidate of Technical Sciences, associate professor of geotechnics and road construction

Abstract
In work selection of optimum option of the base of the multi-storey building in difficult geological conditions is carried out.

Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Галова Ю.С., Галов А.С., Грачева Ю.В. Подбор оптимального варианта фундамента многоэтажного жилого дома в сложных геологических условиях // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 2. Ч. 2 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/02/47561 (дата обращения: 02.06.2017).

Целесообразность проектирования данного сооружения обусловлена необходимостью обеспечения города социальным жильем, так как вторичный фонд жилья ветшает и требует замены недорогим и качественным. Данная работа предусматривает строительство 16-этажного жилого дома в г. Тольятти. 
Расчет осуществлялся автором в соответствии с требованиями [1] и [2]. Объемно-пространственная композиция здания и принятая этажность дома выбрана с учетом перспективной застройки района строительства. 
Фундаменты рассчитываются для наиболее характерных участков здания (наружные и внутренние стены). При проектировании фундаментов здания или сооружения необходимо на плане первого этажа указать основные несущие конструкции подземной части и определить расчетные нагрузки, действующие в уровне обреза фундаментов.
Расчетные величины действующих нагрузок определяются как произведение нормативных значений на коэффициенты надежности по нагрузке f, которые должны соответствовать рассматриваемому предельному состоянию и учитывать возможные отклонения нагрузок в неблагоприятную сторону от нормативных значений. 
Нагрузки и воздействия на основание, передаваемые фундаментами зданий и сооружений, должны устанавливаться расчетом. Исходя из рассмотрения совместной работы здания или сооружения и основания, или фундамента и основания, и приниматься с учетом требований [3]. Район строительства имеет следующие характеристики:
- расчетная температура наружного воздуха наиболее холодной пятидневки -31°
- расчетный вес снегового покрова (IV район) -2,4 кПа
- нормативное значение ветрового давления (III район) – 0,38 кПа.
В большинстве случаев расчет совместной работы надземной конструкции, фундамента и основания достаточно сложен, в связи с чем нагрузки на фундаменты определяют раздельно. При этом учитываются нагрузки, которые возникают при строительстве и эксплуатации зданий.
Автором были собраны нагрузки на фундаменты (см. табл. 1).

Таблица 1 – Нагрузки на фундамент
№ п/п Наименование нагрузки Нормативная, Н/м2 Расчётная, Н/м2
1 Итоговая нагрузка II = 77150 89715

Для наружной стены:

Для средней стены:

Aст = 6 м2 
Для торцевой стены:

Следующим этапом является исследование инженерно-геологических условий на строительной площадке.
Инженерно-геологические изыскания на участке, отведенном под строительство 16-ти этажного жилого дома выполнены в 2011 г. Целевым назначением выполненных изысканий являлось:
- изучение геологического разреза участка в контурах проектируемого дома, степени выдержанности литологических слоев в горизонтальном и вертикальном направлениях на глубину активной зоны сжатия;
- уточнение гидрогеологических условий участка;
- определение значений показателей физико-механических свойств грунтов, слагающих разрез.
В соответствии с [4] и программой работ на исследуемом участке пробурено по 2 скважины глубиной по 23,0 м и 1 скважина глубиной 10 м под подземную парковку. В геоморфологическом отношении участок строительства приурочен к IV надпойменной террасе левобережья р. Волги. Поверхность участка проектируемого строительства ровная, спланированная, благоустроена и имеет абсолютные отметки – 87,5-88,8 м.
Геологическое строение исследуемого участка представлено мощной толщей четвертичных отложений, которые на глубину 100-120 м подстилаются глинами неогена.
Условия залегания грунтов и выделенные инженерно-геологические элементы (ИГЭ) указаны на инженерно-геологическом разрезе, представленном в соответствующем проекте:
Почва суглинистая (местами подсыпан чернозем). Мощность слоя 1,0-1,5 м.
ИГЭ-1. Суглинок светло-бурого цвета, твердой консистенции, макропористый, с солями карбонатов, с тонкими линзами песка. Залегает под почвенными грунтами выдержанным слоем до глубины 5,0 м. Мощность слоя 3,5-4,0 м.
ИГЭ-2. Супесь светло-бурого цвета, твердой консистенции, макропористая, с солями карбонатов и прослойками песка мощностью до 3-10 см. супесь вскрыта под суглинком, слоем мощностью 2,7-4,0 м.
ИГЭ-3. Суглинок светло-бурого цвета, твердой консистенции с пятнами ожелезнения и прослойками песка мощностью до 10 см. Залегает до глубины 11,0-12,5 м от поверхности земли слоем мощностью 2,0-4,3 м.
ИГЭ-4. Песок мелкий с тонкими прослойками пылеватого, светло-желтого цвета, малой степени водонасыщения, глинистый. Вскрытая мощность песка мелкого 3,0-12,0 м.
Подземные воды до глубины 23,0 м не вскрыты. 
Нормативные и расчетные значения показателей физико-механических свойств грунтов приведены в таблице 2.

Таблица 2 – Нормативные и расчетные значения показателей физико-механических свойств грунтов
Инженерно-геологический элемент и его номер
ИГЭ-1
Суглинок просадоч-ный
ИГЭ-2
Супесь
просадочный
ИГЭ-3
Суглинок
непросадоч-ный
ИГЭ-4
Песок
мелкий
Природная влажность, %
Нормативное значение
10
7
13
4
Плотность при природ. влажности, г/см3
J-0,85
1,69
1,72
1,81
1,70
J-0,95
1,68
1,70
1,79
1,69
Плотность в сухом состоянии, г/см3
Нормативное значение
1,56
1,63
1,62
1,64
Плотность частиц грунта, г/см3
Нормативное значение
2,72
2,71
2,72
2,66
Коэффициент пористости, д.ед.
Нормативное значение
0,74
0,66
0,68
0,63
Показатель текучести д. ед.
Нормативное значение
-0,50
-0,97
-0,22
-
Удельное сцепление С, кПа
X
12
6
14
2
J-0,85
10
5
13
2
J-0,95
9
4
13
1
Угол внутреннего трения, град
X
24
25
24
32
J-0,85
23
24
24
32
J-0,95
22
23
23
29
Модуль деформации Е, МПа
17
19
19
28

На следующем этапе мы должны рассмотреть все возможные варианты устройства фундаментов в полученных геологических условиях и выбрать самый экономически выгодный.
В соответствии с [1] сваи по несущей способности грунтов основания рассчитывают, исходя из условия

,

где N - расчетная нагрузка, передаваемая на фундамент, кН;
Ff - несущая способность фундамента, кН; 
n-коэффициент надежности, принимаемый при определении 
несущей способности фундамента расчетом равным 1,4.
Рассмотрим следующие варианты:
1.Определение несущей способности буровой сваи 
N=2651,48/1,4=1893,9 кН, окончательно принимаем расчетно-допускаемую нагрузку на сваю равной 1890 кН. 
Необходимое количество свай – 176 штук
2.Определение несущей способности забивной сваи. 
N =840/1,4= 600 кН, окончательно принимаем расчетно-допускаемую нагрузку на сваю равной 600 кН. 
Количество необходимых свай -550 штук
3. Определение несущей способности сваи в пробитой скважине.
Получаем
 кН
- условие надежной работы сваи по несущей способности основания.
По полученным результатам можем сделать вывод что самым приемлемым вариантом является последний, поэтому имеет смысл расчет осадки сваи в пробитой скважине. В соответствии с [2], осадку фундамента в пробитых скважинах с уширенным основанием определяем по схеме двухслойного линейно-деформируемого основания, состоящего из грунта уплотненной зоны и подстилающего грунта природного сложения (ИГЭ-3). При расчете осадки сжатие жесткого материала, втрамбованного в дно скважины не учитывается; размеры фундамента в плане принимаем равными размерам поперечного сечения уширенного основания в месте его наибольшего уширения; глубина заложения фундамента принимается на отметке низа уширенной части.
В уплотненной зоне принимаем модуль деформации грунта повышенным в 1,2 раза по сравнению с природным значением Eупл=1,2Епр=22,8 МПа; мощность слоя уплотненного грунта ниже жесткого ядра составляет hупл=rs-rbr=1,31-0,63=0,68 м; ширина уширения
 м; 
длина уширения равна ширине bbr = 1,116 м; расстояние от дневной поверхности природной отметки грунта до низа уширения d=9,8 м.
Вычисление осадки фундамента производим по формуле метода послойного суммирования (см. п. 1. Приложения 2 к [4]):

где все обозначения стандартные
Природное давление на уровне низа уширенного основания будет равно:
pzq,0= 18,1·9,8 = 117 кПа. 
На один фундамент нормативная нагрузка будет равна NII+Gф=2200/1,15= 1914 кН.
Среднее давление на уровне низа уширенной части фундамента будет равно:

 кПа

Дополнительное давление на уровне низа уширенной части фундамента равно;

p0=p-pzq,0=1715 – 177 = 1538 кПа.
Найдем значение дополнительного давления на уровне низа уплотненной зоны грунта: 
;
pzp,s=psp0=0,61 1538 = 939 кПа < = 1094,7 кПа.

Следовательно, определяем осадку в условиях линейной зависимости между напряжениями и деформациями в неуплотненном слое грунта природного сложения.

В соответствии с принятыми правилами принимаем толщину элементарного слоя hi=0,4dbr=0,41,26=0,504 м.

Дополнительное давление от собственного веса грунта для каждого элементарного слоя будет равно:

p·pzq=0,50419,1=9,63 кПа.

Коэффициент a определяем по таблице 3 по параметрам
 и 
а значения ξ вычисляется по формуле 

и если назначаем 
hi=0,42bbr
то получаем для точки 1 на глубине 
z1=h1=0,4bbr 
.
При равных слоях будем иметь к следующей точке одну и ту же добавку Δξ = 0,8; таким образом, для точки 2 получим ξ2 = 1,6 и т.д.
Нижняя граница сжимаемой толщи при учете взаимного влияния пяти фундаментов находится на глубине Hc=6,92 м от низа жесткого ядра и осадка равна s= 7,6 см, что меньше предельно допустимого значения su= 8 см.
Для следующего этапа работы необходим расчет стоимости устройства фундамента.
Критерием сравнительной экономической эффективности является минимум приведенных затрат, которые определяются с учетом себестоимости работ капитальных вложений в базу строительства, трудоемкости, продолжительности возведения фундаментов и расхода материалов.

Таблица 3 – Подсчет стоимости фундаментов
Вариант фундамента
Расчет
Объем 
работ
Стоимость
м3
единицы, тыс.руб./м3
Всего, тыс.руб.
1.Фундамент из буронабивных свай
176*18*0,78*15
2471
15,000
37065
2.Фундамент из призматических свай
550*17*0,09*12
1450
12,000
17400
3.Фундаменты (СПС)
(4*13+1*5)*166
830
13,000
9465

Для данного здания в данных грунтовых условиях наиболее экономически эффективны (для 2014 г) сваи в пробитых скважинах с минимальной стоимостью 9,465 млн. руб.


Библиографический список
  1. СП 50-102-2003. Проектирование и устройство свайных фундаментов / НИИОСП им. Н.М. Герсеванова. – М., 2004.
  2. СНиП 2.02.01-83*. Основания зданий и сооружений / Минстрой России – М.: ГП ЦПП, 1996. – 48 с.
  3. СП 50-101-2004. Проектирование и устройство оснований зданий и сооружений/НИИОСП им. Н.М. Герсеванова. – М., 2005.
  4. Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений к СНиП 2.02.01‑83)/НИИОСП им. Н.М. Герсеванова/Госстрой СССР. – М.: Стройиздат, 1986. – 415 с.
  5. СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия (с изм. 2003г.)/ ЦНИИСК им. Кучеренко / Госстрой СССР – М.


Все статьи автора «Грачева Юлия Вячеславовна»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: