УДК 624.131

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ УМЕНЬШЕНИЯ ГЛУБИНЫ ЗАЛОЖЕНИЯ ФУНДАМЕНТОВ НА ПРОСАДОЧНЫХ ГРУНТАХ

Чичкин Александр Федорович1, Хрянина Ольга Викторовна2
1Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, кандидат технических наук, доцент кафедры "Геотехника и дорожное строительство"
2Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, кандидат технических наук, доцент кафедры "Геотехника и дорожное строительство"

Аннотация
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 Fedorovich1, Hryanina Olga Viktorovna2
1Penza State University of Architecture and Construction, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the department "Geotechnics and the road construction"
2Penza State University of Architecture and Construction, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the department "Geotechnics and the road construction"

Abstract
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


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Чичкин А.Ф., Хрянина О.В. Исследование возможности уменьшения глубины заложения фундаментов на просадочных грунтах // Современные научные исследования и инновации. 2017. № 4 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2017/04/80953 (дата обращения: 05.06.2017).

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.

1. 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
Норма
тивная, кН/м2
Коэффи
циент надежности по нагрузке
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

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 основанияR определяемого по известной формуле [6]:

, кПа,

где γсI - коэффициент условий работы грунтов основания;
γ сII - коэффициент условий работы сооружения совместно c основанием;
k - коэффициент надежности определения физико-механических характеристик грунтов основания; 
Мγ, Мq, Мc - коэффициенты, зависящие от угла внутреннего трения грунта;
Kz - коэффициент, зависящий от ширины подошвы фундамента; 
b - ширина подошвы фундамента;
γII - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента;
γII׳ - 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/м3кПа.
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/м3кПа.
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.

2. Расчет осадки фундамента

Расчет осадки фундамента ведем методом послойного суммирования. Глубина заложения подошвы фундамента – 1,8 м.

Рисунок 1 – Схема расчета осадки методом элементарного послойного суммирования

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. 
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 - го слоя грунта;
 - толщина - 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]:

где S - совместная деформация основания и здания или сооружения, определяемая как для обычных непросадочных грунтов в соответствии с их деформационными характеристиками, полученными при естественной влажности.

 деформация основания, вызванная просадкой грунта;
 - предельно допустимая совместная деформация основания и здания или сооружения, принимаемая равной

,

где  - предельно допустимая деформация основания при неравномерной осадке фундаментов, определяемая как для обычных непросадочных грунтов;
- коэффициент условий работы, учитывающий вероятность одновременного сочетания наиболее неблагоприятных условий при просадке и осадке ипринимаемый: при < 2S=1,0, а при >2S;=1,25.
В нашем случае осадка S = 2,18 см, а просадка  = 6,43 см, то есть > более, чем в 2 раза. Следовательно  будет равна 10 см.
Таким образом полученная величина суммарной деформации 8,61 см меньше предельно допустимой деформации 10 см. Следовательно, требования норм по расчету деформаций выполняются.
Натурным обследованием котлована под фундаменты здания шламоуплотнительной станции установлено, что глубина котлована от поверхности планировки в связи с полной срезкой почвенно-растительного слоя и с заглублением в несущий слой на 20 – 25 см составляет 2,8 м. Такой же будет и глубина заложения подошвы.
Это приводит к увеличению расчетного сопротивления грунта как в природном, так и в замоченном состоянии, а также уменьшит величину возможной просадки при замачивании.

Основные выводы и рекомендации.

1. Натурным обследованием грунтов основания установлено, что они соответствуют данным инженерно-геологических изысканий.
2. Проверка напряжений по подошве фундаментов показала, что требования норм соблюдаются как для грунта в природном состоянии, так и при возможности замачивания и проявлении просадки.
3. Расчет по деформациям грунтов основания с учетом возможной просадки в целом также соответствует требованиям норм проектирования естественных оснований.
4. Устройство фундаментов проектных размеров с заложением подошвы на глубину отрытого до 2,8 м котлована не противоречит требованиям норм проектирования и подтверждается расчетом.
5. Проектом предусмотрена выемка просадочного грунта и замена его бетоном на глубину 4,0 м ниже подошвы. Объем бетона предусмотрен более 40 м3. По нашим расчетам и рекомендациям расход бетона сведен до 8,5 м3.
6. Считаем целесообразным обеспечить необходимую глубину заложения подошвы фундамента путем устройства подбетонки из бетона класса В7,5 толщиной 1,0 м с уширением по сравнению с фундаментом ФЖ 18 М-1 не менее 0,25 м с каждой стороны и опиранием на эту подготовку сборных фундаментов ФЖ 18 М-1.
7. Обратную засыпку пазух котлована рекомендуется производить местным глинистым грунтом оптимальной влажности с послойным уплотнением.
8. Вокруг здания необходимо предусмотреть асфальтовую отмостку шириной не менее 1,0 м с уклоном от здания не менее 3%.


Библиографический список
  1. Золотов С.Н., Кошкина Н.В., Хрянина О.В. Проблемы реконструкции строительных комплексов. Современные научные исследования и инновации. 2015. № 3-2 (47). С. 13-15.
  2. Чичкин А.Ф., Хрянина О.В. Реконструкция сооружения посредством перепланировки и надстройки. Моделирование и механика конструкций. 2016. № 3. С. 18.
  3. Глухов В.С., Хрянина О.В., Глухова С.В. Усиление фундаментов при реконструкции производственного здания. Современные научные исследования и инновации. 2016. № 12 (68). С. 83-85.
  4. Шеин А.И., Земцова О.Г. Оптимизация строительных конструкций. Основы теории и примеры расчета. Пенза: Изд-во ПГУАС, 2014.
  5. Инженерно-геологические разрезы. Котельная “Арбеково”, I очередь: шифр 179 РП.-00001.002,179 РП.-200.001.003. М.: ВНИИПИ ЭнергоПром, 1983.
  6. СП 22.13330.2011. Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*. Минрегион России, 2011 г.
  7. Хрянина О.В., Белый А.А. Рациональный вариант фундаментов здания в сложных инженерно-геологических условиях г. Пензы. Современные научные исследования и инновации. 2015. № 3-2 (47). С. 36-41.
  8. Хрянина О.В., Пономарева Т.В. Рациональные фундаменты зданий на слабых грунтах. В сборнике: Актуальные проблемы современного фундаментостроения с учетом энергосберегающих технологий: материалы V Всероссийской научно-практической конференции. Пенза: Изд-во ПГУАС, 2014. С. 76-87.
  9. Горынин А.С., Кошкина Н.В., Хрянина О.В. Значение инженерно-геологических изысканий в процессе проектирования на современном этапе. Вестник магистратуры. 2014. № 11-1 (38). С. 45-48.
  10. Справочник проектировщика “Основания, фундаменты и подземные сооружения М, 1986.


Все статьи автора «Хрянина Ольга Викторовна»


© 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: