Расчет и конструирование фундаментов общественного здания

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

РОССИЙСКАЯ ОТКРЫТАЯ АКАДЕМИЯ ТРАНСПОРТА

Курсовой проект

по дисциплине: «Основания и фундаменты»

тема: «Расчет и конструирование фундаментов общественного здания»

Смоленск 2014

Содержание

1. Исходные данные

2. Анализ инженерно-геологических условий и определение расчетных характеристик грунтов

3. Проектирование фундаментов на естественном основании

3.1 Определение глубины заложения подошвы фундамента

3.2 Определение размеров подошвы фундамента

3.3 Определение расчетного сопротивления грунта основания

3.4 Проверка давления под подошвой фундамента

3.5 Расчет осадки фундамента

3.6 Проверка прочности слабого подстилающего слоя основания стр.

4. Проектирование свайных фундаментов

4.1 Выбор типа, длины и сечения свай

4.2 Предварительное определение глубины заложения и толщины плиты ростверка

4.3 Определение расчетного сопротивления сваи

4.4 Проверка давления в основании свайного фундамента как условно массивного

4.5 Расчет свайного фундамента по деформациям

5. Технико-экономическое сравнение вариантов фундаментов и выбор основного варианта

6. Указания по производству работ и технике безопасности для основного варианта

Литература

1. Исходные данные

Запроектировать фундаменты общественного здания: на естественном основании и свайные. Произвести выбор основного варианта на основе технико-экономического сравнения.

Таблица 1. Физико-механические свойства грунтов оснований

Номер слоя	Глубина подошвы слоя от поверхности, м	Мощность слоя, м	Абсолютная отметка подошвы слоя, м	Абсолютная отметка WL, м, горизонт подземных вод	Наименование грунта	Объемный вес грунта, г, кН/м3	Удельный вес частиц грунта гs, кН/м3	Влажность w доли единицы	Модуль деформации Е, МПа	Граница текучести wL, доли единицы	Граница раскатывания wp, доли единицы	Нормативный угол внутреннего трения ц, град	Нормативное удельное сцепление С, кПа
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
Отметка поверхности природного рельефа 103,4 Разрез № 6
1	0,3	0,3	103,1	99,7	Растительный грунт	14,1
2	3,8	3,5	99,6		Песок мелкий	19,2	26,5	0,17	32	--	--	35	4
3	6,7	2,9	96,7		Глина	20,0	27,6	0,28	14	0,35	0,17	17	48
4	не установлена		Суглинок пылеватый с линзами песка	19,0	26,9	0,15	22	0,24	0,12	24	35

Таблица 2. Расчетные данные

№ пп	Показатели	Значения
1	Вариант	4
2	Номер схемы здания	2
3	Номер оси стены	2А 2Б
4	Нормативная нагрузка NII от стены, кН/м	950 1250
5	Нормативный момент МII для стены кН·м	30 -
6	Сечение колонны	300х300 400х400
7	Коэффициент, равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму М1	30
8	Среднесуточная температура воздуха в помещении, примыкающем к фундаментам Тср, град	16

2. Анализ инженерно-геологических условий и определение расчетных характеристик грунтов

фундамент свая инженерный геологический

Таблица 3. Сводная таблица физико-механических свойств грунтов

Показатели	Обозначения	Номер геологических слоев	Формула для подсчета
		1	2	3	4
Удельный вес твердых частиц грунтов	гs, кН/м3		26,5	27,6	26,3	Из задания
Объемный вес грунта	г кН/м3	14,1	19,2	20,0	19,0	Из задания
Влажность грунта	w, доли единицы		0,17	0,28	0,15	Из задания
Удельный вес скелета грунта	гd, кН/м3		16,41	15,63	16,52
Коэффициент пористости	е		0,61	0,77	0,59
Удельный вес во взвешенном состоянии, гw=10 кН/м3	гsb, кН/м3		10,25	9,94	10,25
Степень влажности	Sr, доли единицы		0,74	1,00	0,67
Граница раскатывания	wp, доли единицы		--	0,17	0,12	Из задания
Граница текучести	wL, доли единицы		--	0,35	0,24	Из задания
Число пластичности	Ip, доли единицы		--	0,18	0,12	Ip=WL-Wp
Показатель текучести	IL, доли единицы		--	0,61	0,25
Модуль деформации	Е, МПа		32	14	22	Из задания
Угол внутреннего трения	ц, град		35	17	24	Из задания
Сцепление	С, кПа		4	48	35	Из задания
Наименование грунтов: песчаных по е, Sr	песок мелкий - е=0,61 Sr=0,74 - средней плотности, средней степени насыщения водой (влажный)
глинистых по Ip, IL	глина - Ip=0,18 IL=0,61 - мягкопластичная суглинок пылеватый с линзами песка Ip=0,12 IL=0,25 - полутвердый
Расчетное сопротивление R0	кПа		200	259,85	262,75	по табл. 4.2

Площадка строительства здания в геологическом отношении представлена следующими напластованиями:

· растительный грунт - мощность слоя 0,3 м, с объемным весом 14,1 кН/м³; такой грунт не используется в качестве естественного основания и перед строительством срезается и консервируется для последующего использования;

· песок мелкий средней плотности, средней степени насыщенная водой (влажный) с мощностью слоя 3,5 м с объемным весом 19,2 кН/м³, расчетное сопротивление R₀=200 кПа; может использоваться в качестве естественного основания;

· глина мягкопластичная с мощностью слоя 2,9 м и расчетным сопротивлением R₀=259,85 кПа - может служить естественным основанием при возведении фундаментов;

· суглинок пылеватый с линзами песка полутвердый, мощность слоя не установлена, расчетное сопротивление R₀=262,75 кПа - может служить естественным основанием при возведении фундаментов;

В соответствии с СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений» основания фундаментов, сложенные нескальными грунтами, рассчитываются по второй группе предельных состояний - по деформациям.

В расчете приняты следующие допуски:

1. при проектировании фундаментов на естественном основании и свайных фундаментов по II группе предельных состояний - N_II=N_n, M_II=M_n';

2. при расчете свайных фундаментов по I группе предельных состояний - n=1,2; N_I=1,2N_n; M_I=1,2M_n

Для проведения дальнейших расчетов необходимо определить расчетные характеристики грунтов. Они отличаются от нормативных на величину коэффициента надежности по грунту.

Доверительная вероятность, согласно нормам при расчетах оснований фундаментов принимается б=0,95 для расчетов по первой группе предельных состояний (прочности и несущей способности) и б=0,85 для расчетов по второй группе предельных состояний (по деформациям).

Для условий, принятых в данном расчете:

· число частных определений характеристик n=12

· коэффициент вариации на основе статистической обработки результатов опытов V=0,08

коэффициенты надежности по грунту принимаем:

а) для расчета по I предельному состоянию (б=0,95)

при определении г: t_б=1,80

при определении с и ц: t_б=1,81; с=1,81·0,08=0,145

б) для расчета по II предельному состоянию (б=0,85)

при определении г: t_б=1,095

при определении с и ц: t_б=1,10; с=1,10·0,08=0,088

Расчетные характеристики грунтов по двум группам предельных состояний определены по формулам:

; ; ; ; ;

и сведены в таблицу 4.

Расчетные характеристики грунтов по двум группам предельных состояний

Таблица 4

Номер слоя	сI	cII	цI	цII	гI	гII
1	-	-	-	-	13,56	13,74
2	3,42	3,65	29,91	31,93	18,46	18,71
3	41,03	43,8	14,53	15,51	19,23	19,49
4	29,91	31,93	20,51	21,9	18,27	18,52

3. Проектирование фундаментов на естественном основании

3.1 Определение глубины заложения фундаментов

Глубина заложения фундаментов d₁ определяется с учетом:

· назначения и конструктивных особенностей проектируемого сооружения - в здании присутствует подвал;

· величины и характера нагрузок, воздействующих на основание;

· глубины заложения фундаментов примыкающих зданий и сооружений - отсутствуют;

· инженерно-геологических условий площадки строительства (физико-механических свойств грунтов, характера напластования);

· гидрогеологических условий площадки и возможных их изменений в процессе строительства и эксплуатации сооружения) - уровень грунтовых вод на отметке 99,7;

· глубины сезонного промерзания грунтов.

Нормативная глубина сезонного промерзания грунтов:

,

М_t=30 - коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе;

d₀=28 см - глубина промерзания песков мелких.

Расчетная глубина сезонного промерзания грунта:

,

K_h=0,4 - коэффициент, учитывающий влияние теплового режима здания на глубину промерзания грунта у фундаментов стен и колонн

3.2 Определение размеров подошвы фундамента

Площадь подошвы нагруженного фундамента:

,

N_0II - расчетная нагрузка, приложенная к обрезу фундамента

N_0II= 950 кН - для колонны 2-А

N_0II= 1250 кН - для колонны 2-Б;

R₀=200 кПа - расчетное сопротивление грунта основания;

г_ср=20 кН/м³ - средний удельный вес грунта и материала кладки фундамента;

d₁=1,6 м - глубина заложения фундамента от планировочной отметки.

Для фундамента под колонну 2-А (колонна крайнего ряда - внецентренное загружение)

Размеры квадратного в плане фундамента

м

Принимаем столбчатый фундамент под колонну крайнего ряда с размерами подошвы 2,5х2,5 м.

Для фундамента под колонну 2-Б (колонна среднего ряда - центральное загружение)

Размеры квадратного в плане фундамента

м

Принимаем столбчатый фундамент под колонну среднего ряда с размерами подошвы 2,8х2,8 м.

3.3 Определение расчетного сопротивления грунта основания

Расчетное сопротивление грунта основания по прочностным характеристикам грунта основания:

,

г_с1 = 1,0; г_с2 = 1,05 -коэффициенты условий работы;

К = 1 - коэффициент надежности по грунту;

М_Y = 1,34; М_q = 6,34; М_с = 8,55 - коэффициенты, зависящие от угла внутреннего трения;

b - ширина подошвы фундамента, м; b₁ = 2,5 м; b₂ = 2,8 м;

г_II = 19,49 кН/м³ - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента на глубину 0,5b

г'_II = 18,71 кН/м³ - то же, залегающих выше подошвы в пределах глубины d₁;

с_II = 3,65 кПа

d₁ = 0,5 м

d_b = 2 м

Для фундамента под колонну 2-А

Для фундамента под колонну 2-Б

Уточняем размеры подошвы фундаментов с учетом расчетного сопротивления грунта.

Для фундамента под колонну 2-А

Размеры квадратного в плане фундамента

м

Принимаем столбчатый фундамент под колонну крайнего ряда с размерами подошвы 1,8х1,8 м.

Для фундамента под колонну 2-Б

Размеры квадратного в плане фундамента

м

Принимаем столбчатый фундамент под колонну среднего ряда с размерами подошвы 1,9х1,9 м.

3.4 Проверка давления под подошвой фундамента

Давление под подошвой центрально нагруженного фундамента:

,

N_0II = 1250 кН - внешняя расчетная нагрузка, действующая на обрез фундамента;

А = 3,61 м2 - площадь подошвы фундамента под колонну 2-Б;

г_ср = 16 кН/м³ - средний удельный вес грунта и материала кладки фундамента;

d₁ = 1,6 м - глубина заложения фундамента

Неравенство выполняется, недонапряжение составило 3%, следовательно, размеры подошвы фундамента приняты верно.

Давление под подошвой внецентренно нагруженного фундамента:

,

M_II = 30 кН·м - момент от сочетания расчетных нагрузок;

- момент сопротивления

Неравенства выполняются, недонапряжение составило 2%, что не превышает допустимых норм, следовательно, размеры подошвы фундамента приняты верно.

Согласно выполненным расчетам под колонны среднего ряда принят фундамент с размерами подошвы 1,9х1,9 м; под колонны крайнего ряда принят столбчатый фундамент с размерами подошвы 1,8х1,8 м, высотой 900 мм. Высота ступеней составляет 300 мм. Размеры по обрезу фундамента 900х900 мм. Фундамент принят с армированной стаканной частью, толщина стенки стакана составила 175 мм. Размеры стакана приняты с учетом зазоров между стенкой стакана и колонной: по низу стакана 50 мм, по верху - 75 мм. Глубина стакана принята 500 мм, зазор между низом колонны и дном стакана - 50 мм. Армирование фундамента принято пространственным каркасом, состоящим из нижней сетки с размерами ячейки 150х150 мм, трех верхних сеток, расположенных в стаканной части фундамента с шагом 100 мм. Сетки объединены между собой в пространственный каркас 8 вертикальными стержнями.

3.5 Расчет осадки фундамента

Т.к. ширина рассматриваемого фундамента менее 10 м, расчет осадки фундамента выполняется методом послойного суммирования.

Величина осадки фундамента:

,

в = 0,8 - безразмерный коэффициент;

у_zpi - среднее вертикальное (дополнительное) напряжение в i-м слое грунта;

h_i - толщина i-го слоя грунта;

Е_i - модуль деформации i-го слоя грунта;

n - число слоев, на которые разбита сжимаемая толща основания

Вертикальное (природное) напряжение от собственного веса грунта на глубине z от подошвы фундамента:

,

г_i - удельный вес грунта i-го слоя;

h_i - толщина i-го слоя грунта

Дополнительное (к природному) вертикальное напряжение в грунте под подошвой фундамента:

,

P_II = 371,86 кПа - среднее давление (фактическое) на уровне подошвы фундамента под стеной среднего ряда

P_II = 402,72 кПа - то же, под стеной крайнего ряда

у_zg0 - вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента

Дополнительное (к природному) вертикальное напряжение в грунте под подошвой фундамента под стену среднего ряда:

Дополнительное (к природному) вертикальное напряжение в грунте под подошвой фундамента под стену крайнего ряда:

Толща грунта мощностью 4b = 4·1,9 = 7,6 м ниже подошвы фундамента под среднюю стену разбивается на слои h = 0,4 м = 0,4b = 0,4·1,9 = 0,76 м.

Толща грунта мощностью 4b = 4·1,8 = 7,2 м ниже подошвы фундамента под крайнюю стену разбивается на слои h = 0,32 м = 0,4b = 0,4·1,8 = 0,72 м.

Дополнительные вертикальные напряжения в грунте:



Таблица 5. Расчет осадки основания фундамента

Номер расчетного слоя	Глубина подошвы расчетного слоя от подошвы фундамента zi, см	Толщина слоя hi, см	Расчетный удельный вес грунта г, кН/м3	Природное давление уzg на глубине zi, кПа	Коэффициент	Коэффициент б	Дополнительное давление уzp на глубине zi, кПа	Среднее дополнительное давление в слое уzpср, кПа	Модуль деформации грунта Ei, кПа	Осадка слоя Si, см
фундамент под колонну среднего ряда
1	0,76	0,76	19,2	14,59	0,8	0,960	353,30		32000	0,67
2	1,52	0,76	19,2	29,18	1,6	0,449	165,24		32000	0,31
3	2,28	0,76	19,2	43,78	2,4	0,257	94,58		32000	0,18
4	3,04	0,76	19,2	58,37	3,2	0,160	58,88		32000	0,11
5	3,8	0,76	19,2	72,96	4,0	0,108	39,75		32000	0,08
6	4,56	0,76	20,0	91,20	4,8	0,077	28,34		14000	0,12
7	5,32	0,76	20,0	106,40	5,6	0,058	21,35		14000	0,09
8	6,08	0,76	20,0	121,60	6,4	0,045	16,56		14000	0,07
9	6,84	0,76	19,0	129,96	7,2	0,036	13,25		22000	0,04
10	7,6	0,76	19,0	144,40	8,0	0,029	10,67		22000	0,03
фундамент под стену крайнего ряда
1	0,72	0,72	19,2	13,82	0,8	0,960	344,22		32000	0,62
2	1,44	0,72	19,2	27,65	1,6	0,449	160,99		32000	0,29
3	2,16	0,72	19,2	41,47	2,4	0,257	92,15		32000	0,17
4	2,88	0,72	19,2	55,30	3,2	0,160	57,37		32000	0,1
5	3,6	0,72	19,2	69,12	4,0	0,108	38,72		32000	0,07
6	4,32	0,72	20,0	86,40	4,8	0,077	27,61		14000	0,11
7	5,04	0,72	20,0	100,8	5,6	0,058	20,8		14000	0,09
8	5,76	0,72	20,0	115,20	6,4	0,045	16,14		14000	0,07
9	6,48	0,72	20,0	129,60	7,2	0,036	12,91		22000	0,04
10	7,2	0,72	19,0	136,80	8,0	0,029	10,4		22000	0,03

Нижняя граница сжимаемой толщи (ВС) находится на горизонтальной плоскости, где соблюдается условие:

Для фундамента под колонну среднего ряда это условие начинает выполняться в 3 слое:

кПа

Осадка основания фундамента под колонну среднего ряда:

Неравенство выполняется, следовательно, осадка основания фундамента под стену среднего ряда удовлетворяет требованиям СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений».

Осадка основания фундамента под стену крайнего ряда:

Неравенство выполняется, следовательно, осадка основания фундамента под стену крайнего ряда удовлетворяет требованиям СП 22.13330.2011.

3.6 Проверка прочности слабого подстилающего слоя основания

Т.к. в пределах сжимаемой толщи основания нет грунта, расчетное сопротивление которого меньше, чем R₀ = 200 кПа несущего слоя грунта, находящегося непосредственно под подошвой фундамента, принятые размеры подошвы фундамента не проверяют по прочности слабого подстилающего грунта.

4. Расчет свайного фундамента

4.1 Выбор типа, длины и сечения сваи

Тип свай, их длина, размер поперечного сечения назначаются исходя из конкретных инженерно-геологических условий строительной площадки.

В практике гражданского строительства чаще всего применяют сваи сечением 250х250 мм, 300х300 мм. Длина сваи определяется глубиной залегания несущего слоя грунта и отметкой заложения подошвы ростверка. Нижний конец сваи рекомендуется заглублять в несущий слой грунта на 11,5 м

В работе принята свая С5,5-30 по ГОСТ19804-91. Размеры поперечного сечения 300х300 мм; длина призматической части 5,5 м; длина острия 250 мм; вес 1 п.м. сваи 0,00229 мН; класс бетона В30; армирование: поперечное сплошное, напрягаемая стержневая арматура.

Способ погружения сваи в грунт - забивка. Свая по характеру работы - висячая.

4.2 Предварительное определение глубины заложения и толщины плиты ростверка

Глубина заложения подошвы свайного ростверка зависит от вида грунтов, положения уровня грунтовых вод и конструктивных особенностей сооружения.

В основании расположены суглинки - грунты пучинистые. В пучинистых грунтах глубина заложения свайного ростверка назначается ниже расчетной глубины промерзания не менее чем на 0,25 м.

Расчетная глубина сезонного промерзания грунта:

d_f = 0,61 м (см. п.3.1 расчета)

Глубина заложения подошвы свайного ростверка:

Обрез ростверка принимается на 150…200 мм ниже уровня отметки пола. Толщина ростверка должна быть не менее 400 мм.

Принимаем: отметка обреза ростверка - 0,200; отметка подошвы ростверка - 1,000; толщина ростверка 800 мм; глубина заделки головы железобетонной сваи в ростверк - 200 мм.

4.3 Определение расчетного сопротивления сваи

Расчетное сопротивление сваи определяется по прочности материала и прочности грунта. Для висячих свай расчет по материалу не требуется, т.к. его результаты обычно больше, чем по грунту.

Расчетное сопротивление висячей сваи по грунту:

;

г_с = 1 - коэффициент условий работы сваи;

г_к = 1,4 - коэффициент надежности по грунту;

R = 3700 кПа - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи;

А = 0,3х0,3 = 0,09 м² - площадь поперечного сечения сваи;

u = 1,65 м - наружный периметр сваи;

f_i - расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания по боковой поверхности сваи, кПа;

h_i- толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м;

г_CR = 1, г_cf = 1 - коэффициенты условий работы под нижним концом и по боковой поверхности сваи, зависящие от способа погружения свай (для свай, погружаемых забивкой).

Острие сваи заведено в несущий слой - суглинок пылеватый с линзами песка полутвердый на 1,0 м. Слои грунта, прорезаемые сваей, поделены на полоски толщиной не более 2м.

Таблица 6

№ слоя	hi	zi	fi	fihi	?fihi
1	1,3	0,65	23	29,9	156,47
2	1,3	1,95	30	39,0
3	1,5	3,35	14,7	22,05
4	1,4	4,8	16,8	23,52
5	1,0	6,0	42	42,0

Расчетное сопротивление висячей сваи по грунту:

Количество свай:

;

?N₁ - сумма внешних расчетных вертикальных нагрузок, приведенных к подошве плиты ростверка;

N₁ = 1,2N_n

з - коэффициент, учитывающий работу свай при наличии момента внешних сил в уровне подошвы ростверка

Количество свай под колонну среднего ряда:

;

Принимаем 4 сваи.

Количество свай под колонну крайнего ряда:

;

Принимаем 4 сваи.

Фактическое давление на сваю:

;

N_ф1 - фактический вес ростверка и грунта на его уступах

Фактическое давление на сваю под колонну крайнего ряда:

N_ф1 = N_ф1 = (1,57х1,57х0,8х25)+[(1,57х1,57)-(0,4х0,4)]х19,2=93,55кПа

;

Условие выполняется, следовательно, свайный фундамент запроектирован верно.

Фактическое давление на сваю под колонну среднего ряда:

N_ф1 = (1,57х1,57х0,8х25)+[(1,57х1,57)-(0,3х0,3)]х19,2=94,9кПа

;

Условие выполняется, следовательно, свайный фундамент запроектирован верно.

4.4 Проверка давления в основании свайного фундамента как условно - массивного

При расчете осадок свайный фундамент принимают условно как массивный с подошвой, расположенной на уровне концов свай. Перед определением осадки проверяется прочность основания фундамента в уровне острия сваи.

Положение граней 1;2 и 3;4 условного массивного фундамента определяют используя средневзвешенное значение расчетного угла внутреннего трения:



Проверка условия:

Проверка условия для фундамента под колонну среднего ряда:

Проверка условия для фундамента под колонну крайнего ряда:

Условия выполняются, следовательно, свайный фундамент удовлетворяет предъявляемым требованиям.

4.5 Расчет свайного фундамента по деформациям

Т.к. ширина рассматриваемого фундамента менее 10 м, расчет осадки фундамента выполняется методом послойного суммирования.

Величина осадки фундамента:

,

в = 0,8 - безразмерный коэффициент;

у_zpi - среднее вертикальное (дополнительное) напряжение в i-м слое грунта;

h_i - толщина i-го слоя грунта;

Е_i - модуль деформации i-го слоя грунта;

n - число слоев, на которые разбита сжимаемая толща основания

Вертикальное (природное) напряжение от собственного веса грунта на глубине z от подошвы фундамента:

,

г_i - удельный вес грунта i-го слоя;

h_i - толщина i-го слоя грунта

Дополнительное (к природному) вертикальное напряжение в грунте под подошвой фундамента:

,

P_II = 177,12 кПа - среднее давление (фактическое) на уровне подошвы фундамента

у_zg0 - вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента

Дополнительное (к природному) вертикальное напряжение в грунте под подошвой фундамента:

Толща грунта мощностью 4b = 4·1,34 = 5,36 м ниже подошвы фундамента разбивается на слои h = 0,5 м < 0,4b = 0,4·1,34 = 0,54 м.

Дополнительные вертикальные напряжения в грунте:

Таблица 7. Расчет осадки основания фундамента

Номер расчетного слоя	Глубина подошвы расчетного слоя от подошвы фундамента zi, см	Толщина слоя hi, см	Расчетный удельный вес грунта г, кН/м3	Природное давление уzg на глубине zi, кПа	Коэффициент	Коэффициент б	Дополнительное давление уzp на глубине zi, кПа	Среднее дополнительное давление в слое уzpср, кПа	Модуль деформации грунта Ei, кПа	Осадка слоя Si, см
1	0,5	0,5	19,0	9,5	0,75	0,82	41,16		22000	0,07
2	1,0	0,5	19,0	19,0	1,49	0,508	25,5		22000	0,05
3	1,5	0,5	19,0	28,5	2,24	0,289	14,51		22000	0,03
4	2,0	0,5	19,0	28,0	2,99	0,182	9,14		22000	0,02
5	2,5	0,5	19,0	47,5	3,73	0,101	5,07		22000	0,009
6	3,0	0,5	19,0	57,0	4,48	0,088	4,42		22000	0,008
7	3,5	0,5	19,0	66,5	5,22	0,066	3,31		22000	0,006
8	4,0	0,5	19,0	76,0	5,97	0,051	2,56		22000	0,005
9	4,5	0,5	19,0	85,5	6,72	0,041	2,06		22000	0,004
10	5,0	0,5	19,0	95,0	7,46	0,033	1,66		22000	0,003
11	5,5	0,5	19,0	104,5	8,21	0,027	1,36		22000	0,002

Нижняя граница сжимаемой толщи (ВС) находится на горизонтальной плоскости, где соблюдается условие:

Для фундамента это условие начинает выполняться в 5 слое:

кПа

Осадка основания фундамента:

Неравенство выполняется, следовательно осадка основания фундамента удовлетворяет требованиям СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений».

5. Технико-экономическое сравнение вариантов фундамента и выбор основного варианта

Расчет стоимости возведения двух предложенных вариантов фундаментов произведен по укрупненным расценкам.

Таблица 8. Столбчатый фундамент мелкого заложения

№ пп	Наименование работ и конструкций	Объем работ	Стоимость на ед. изм.	Общая стоимость работ
1	Разработка грунта под фундаменты при глубине выработки до 2 м и ширине котлована более 1 м	1500м3	3,85	5775,00
2	Устройство шпунтованного ограждения	130м	7,86	1021,80
3	Устройство фундаментов монолитных под отдельно стоящие колонны	86,13 м3	31,00	2669,95
	Итого			9466,75
	ИТОГО с учетом коэффициента К=30			284003

Таблица 9. Свайный фундамент

№ пп	Наименование работ и конструкций	Объем работ	Стоимость на ед. изм.	Общая стоимость работ
1	Разработка грунта под фундаменты при глубине выработки до 2 м и ширине котлована более 1 м	600м3	3,85	2310,00
2	Железобетонные сваи с забивкой	62м3	88,40	5480,80
3	Устройство монолитного ростверка	54м3	31,00	1674,00
	Итого			9464,48
	ИТОГО с учетом коэффициента К=30			283994

Вывод: с учетом погрешностей в определении стоимости работ при возведении двух вариантов фундаментов, наименьшим по затратам получился свайный фундамент. Исходя из того, что уровень грунтовых вод расположен не очень удачно по отношению к подошве столбчатого фундамента мелкого заложения, то наиболее выгодным можно считать свайный фундамент.

Принимаем свайный фундамент, состоящий из 4 свай С5,5-30 по ГОСТ19804-91 и монолитного ростверка размерами 1570х1570 мм и высотой 800 мм.

6. Указания по производству работ и технике безопасности

Для создания благоприятных условий начала строительных работ предварительно выполняют подготовительные работы.

В состав работ по подготовке строительной площадки под новое строительство входят: ограждение участка; расчистка территории и снос существующих строений; перетрассировка мешающих инженерных сетей; защита территории от стока поверхностных вод; прокладка временных коммуникаций и дорог; устройство временных бытовых, складских, культурно-административных и других помещений.

Перед началом земляных работ производится разбивка, т.е. вынос разбивочных осей здания в натуре. Оси здания закрепляются с помощью инвентарной обноски.

Для последующего возведения монолитных ростверков необходимо произвести отрывку котлована на глубину 800 мм. Для этой цели используется экскаватор с обратной лопатой. Размеры котлована должны быть больше размеров здания с учетом удобства расположения в нем рабочих. Котлован в суглинках устраивают с откосами. Крутизна откосов в суглинках 1:0,5.

После отрывки котлована на его дно переносят пересечения разбивочных осей.

Забивка - основной способ погружения готовых свай. Для забивки применяют специальные установки - копры, оборудованные механическими, паровоздушными или дизельными молотами. Механические и паровоздушные молоты в массовом строительстве постепенно заменяются гидравлическими и вибрационными дизель-молотами из-за их высокой производительности и простоты эксплуатации.

Подготовительные работы включают в себя: расчистку и планировку площадки; разбивку положения свай, устройство обносок и путей передвижения копров; доставку и складирование свай, доставку оборудования; оборудование освещения площадки и рабочих мест; пробную забивку, по результатам которой корректируются схемы забивки и проект производства свайных работ.

Кроме специализированных копровых установок для погружения свай используются универсальные машины - экскаваторы, для чего их оборудуют подвешенной мачтой. Благодаря установке направляющей на стандартную крановую стрелу за короткий промежуток времени экскаватор выполняет функции сваебойной машины.

Рис. 11. Погружение готовых свай: а - с помощью экскаватора, оборудованного навесной мачтой; б - деревянных; в - железобетонных; г - стальных; д, е, ж - стального шпунта корыто-, зетаобразного и плоского профиля.

Для повышения трещиностойкости железобетонные сваи рекомендуется подвергать предварительному напряжению, а перед погружением - пропитывать составами на основе нефтебитума.

Забивка свай ведется до получения заданного проектом отказа.

Отказ - глубина погружения сваи от одного удара. Отказ измеряют с точностью до 1 мм. Осадку от одного удара в конце забивки сваи измерить трудно, поэтому отказ определяют как среднее значение при серии ударов, называемых залогом.

При погружении свай дизель-молотами и паровоздушными молотами одиночного действия залог принимается равным 10 ударам, при погружении свай молотами двойного действия и вибропогружателями залог принимают равным числу ударов за 1 мин забивки.

Процесс погружения сваи складывается из следующих операций:

подтягивание и подъем сваи с одновременным заведением ее головной части в гнездо наголовника в нижней части молота;

установка сваи в направляющих в месте забивки;

забивка сваи сначала несколькими легкими ударами с последующим увеличением силы ударов до максимальной. При отклонении положения сваи от вертикали более чем на 1 % сваю выправляют подпорками, стяжками и т.п., или извлекают и забивают вновь;

передвижение копровой установки и срезание сваи по заданной отметке.

Верх железобетонных свай срубают отбойным молотком, арматуру срезают газовой резкой. Обнажившуюся арматуру затем сваривают с арматурой ростверка.

Существуют следующие основные схемы забивки свай (рис.12): рядовая, секционная и две спиральных (от краев к середине в обычных условиях, от середины к краям при плотном грунте).

Рис.12. Схемы проходок при погружении свай: а - рядовая; б - секционная; в, г - спиральные.

После проведения срезки свай до заданной отметки приступают к устройству монолитного ростверка. Работы начинают после выполнения исполнительной съемки выполненных свайных работ.

Работы включают в себя следующие операции:

устройство опалубки;

установка арматурных каркасов;

укладка бетонной смеси, вибрирование смеси;

уход за бетоном.

После набора бетоном проектной прочности производят снятие опалубки.

Приемка свайных работ сопровождается освидетельствованием свайного основания, проверкой соответствия выполненных работ проекту, инструментальной проверкой правильности положения свай или шпунта, контрольными испытаниями свай. Отклонение положения свай от проектного не должно превышать в ростверке ленточного типа одного диаметра сваи, в свайных полях двойных размеров сваи.

При осуществлении контроля качества в процессе и при окончании устройства свайных фундаментов руководствуются следующими критериями:

от качества выполнения свайных работ зависит несущая способность свайных фундаментов, что имеет важнейшее значение для всего здания или сооружения;

устройство свай относится к скрытым работам, требующим пооперационного контроля качества в процессе их устройства.

В общем случае контролируют:

- соответствие поступающих на строительную площадку изделий и материалов проекту;

- соблюдение утвержденной технологии погружения забивных или устройства набивных свай;

- несущую способность свай;

- соответствие положения свай в плане геодезической разбивке.

Основным контролируемым параметром является обеспечение несущей способности свай. Несущую способность погруженных свай определяют статическим и динамическим методами.

Определение несущей способности сваи. Для висячих свай их несущую способность определяют способами пробных нагрузок и динамическим.

До начала производства земляных работ в проекте организации строительства разрабатываются решения по охране природы в соответствии с действующим законодательством, стандартами и документами, регламентирующими рациональное использование и охрану природных ресурсов.

Плодородный (растительный) слой почвы в основании насыпей и на площади, занимаемой различными выемками, до начала основных земляных работ должен быть снят. Размеры снятия слоя устанавливаются проектом организации строительства. Снятый грунт перемещается в отвал для использования его при рекультивации или повышении плодородия малопродуктивных земель. Растительный слой допускается не снимать:

при толщине растительного слоя менее 10 см;

на болотах, заболоченных и обводненных участках;

на почвах с низким плодородием;

при разработке траншей шириной поверху 1 м и менее.

Необходимость снятия и толщина слоя устанавливаются с учетом уровня плодородия, природной зоны в соответствия с действующими стандартами. При этом необходимо учесть, что снятие растительного слоя следует производить, когда грунт находится в немерзлом состоянии.

Способы хранения грунта и защиты его от эрозии, подтопления, загрязнения устанавливаются в проекте организации строительства.

Недопустимо использовать растительный слой для устройства перемычек, подсыпок и других постоянных и временных земляных сооружений.

Зеленые насаждения - деревья, декоративный кустарник, рельеф местности, представляющий собой экзотическое своеобразие, должны быть защищены и максимально сохранены.

Если при производстве земляных работ будут обнаружены археологические и палеонтологические объекты, то следует работы приостановить и сообщить об этом местным органам власти.

Для предохранения грунтов от промерзания применение быстротвердеющей пены не допускается:

на водосборной территории открытого источника водоснабжения в пределах зоны санитарной охраны водопроводов и водоисточников;

в пределах зоны санитаркой охраны подземных централизованных хозяйственно-питьевых водопроводов;

на территориях, расположенных выше по течению подземного потока в районах, где подземные воды используются для хозяйственно-питьевых целей;

на пашнях и кормовых угодьях.

Земляные работы в затопляемых поймах, сброс воды после намыва, подводные земляные работы осуществляются по проекту, согласованному с государственными водохозяйственными и здравоохранительными учреждениями, а в водоемах, имеющих значение, - с рыбохозяйственными, в морских акваториях - с гидрометеослужбой (учреждением).

Техника безопасности

При земляных работах в местах, где могут находиться действующие подземные коммуникации, надо строго выполнять устанавливаемые их владельцами требования по производству работ.

При разработке бурильно-крановыми машинами котлованов спуск рабочих в них не разрешается.

При бурении бурильно-крановыми машинами не разрешается приближаться к вращающемуся буру на расстояние менее 1 м. Запрещается также отбрасывать грунт от края котлована при вращающейся штанге бура и очищать буровую головку при работающем двигателе бурильно-крановой машины.

Котлованы, вырытые вблизи мест прохода людей, следует ограждать или закрывать щитами с предупредительными плакатами, а в ночное время - зажженными фонарями. При рытье котлованов на крутых склонах в населенных районах должны быть приняты меры против падения и скатывания камней.

При появлении запаха газа земляные работы должны быть немедленно прекращены, а места их - ограждены и обозначены указателями.

При устройстве фундаментов под опоры подъемные механизмы следует устанавливать на расстоянии не менее 1-1,5 м от края котлована в зависимости от плотности грунта и глубины разработки. Опускать подножники в котлованы нужно осторожно, не касаясь стенок. При этом запрещается находиться в котлованах.

При работе с подъемными и тяговыми механизмами и приспособлениями предварительно должна быть проверена их исправность, а также надежность заделки в землю якорей для оттяжек. К работе могут быть допущены механизмы и приспособления, испытанные в установленные сроки. На всех механизмах и приспособлениях должны быть указаны предельная нагрузка и сроки испытания. Масса поднимаемых грузов и тяговые усилия на тросах не должны превышать допустимые.

Перед началом работ должно быть проверено знание сигналов всеми членами бригады, включая персонал, обслуживающий механизмы.

При погрузочно-разгрузочных работах место производства работ по подъему и перемещению грузов должно быть освещено в соответствии с нормами. Все чалочные и захваточные приспособления должны быть испытаны и иметь клеймо или бирки с указанием срока испытания и предельной грузоподъемности.

Рабочие, занятые на погрузочно-разгрузочных работах, должны иметь соответствующие удостоверения. Работы, связанные с погрузкой и выгрузкой железобетонных и металлических конструкций (столбов, опор, подножников), выполняются под руководством прораба, мастера или опытного бригадира. Предварительно прораб (мастер или бригадир) обязан провести подробный инструктаж по технике безопасности.

Строповку длинномерных и тяжеловесных грузов выполняют в соответствии со схемой, выдаваемой такелажнику и крановщику. Для разворота грузов при подъеме или перемещении такелажник должен применять специальные оттяжки, а также следить за тем, чтобы при подъеме груза тяговые канаты находились в вертикальном положении, и не допускать подтаскивания груза крюком. Перед опусканием груза необходимо осмотреть место выгрузки и убедиться в невозможности падения, сползания или опрокидывания груза при установке.

Используемая литература

Задание и методические указания к курсовому проекту

1. Задание на курсовой проект с методическими указаниями по дисциплине "Основания и фундаменты".

Основная литература

2. Основания и фундаменты транспортных сооружений. Учебник для вузов железнодорожного транспорта / Пусков В.И., Караулов А.М., Смолин Ю.П., Королев К.В., Крицкий М.Я.; под ред. А.М. Караулова. - М.: ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2008--293 с.

Дополнительная литература

3. М.В. Малышев, Г.Г. Болдырев. Механика грунтов. Основания и фундаменты (в вопросах и ответах).

4. С.Б. Ухов. - 2-е изд., перераб. и доп. Механика грунтов, основания и фундаменты.

5. А.В. Пилягин. Проектирование оснований и фундаментов зданий и сооружений.

6. Дудинцева И.Л. Основания и фундаменты: Курс лекций. - М.: РГОТУПС, 2008.

7. Агроклиматический справочник по Смоленской области / Под ред. М.С. Бачина. Смоленск: Городская типография, 1970. - 345 с.

8. 2.Далматов Б.И. Механика грунтов, основания и фундаменты. - Л.: 1988.

9. 3.Дaлматов Б.И,, Морарескул Н.Н., Науменко B.Г. Проектирование фундаментов зданий и промышленных сооружений. Уч. пос. - М.: Высшая школа 1986.

10. 4.Проектирование фундаментов зданий и подземных Сооружений. Уч. пос./ Под. ред. Б.И. Далматова изд. АСВ М. - С.-П. 1999.

11. 5.Справочник проектировщика. Основания, фундаменты и подземные сооружения./ Под. ред. Е.А.Сорочана и Ю.Г.Трофименкова. - М.: 1985.

12. 6.Веселов В.А. Проектирование оснований и фундаментов. Уч. пос. - М,: 1990.

Нормативная литература

13. СП 22.13330.2011 Основания зданий и сооружений.

14. СП 24.13330.2011 Свайные фундаменты.

15. СП 26.13330.2012 Фундаменты машин с динамическими нагрузками.

16. СП 20.13330 Нагрузки и воздействия.

17. СП 131.13330 Строительная климатология.

18. СП 50-101-2004 Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений.

Размещено на Allbest.ru