у_zqw = у_zq2 + h'₃ г₃= 119,91+0,320,6 = 126,09 кПа

0,2у_zqw=25,218кПа

6. На границе слоев ИГЭ-3 и ИГЭ-4 с учетом взвешивающего действия воды:

у_zq3 = у_zqw + h₃г_sb3= 126,09 + 4,8510,7 = 177,985 кПа

0,2у_zq3=35,597 кПа

7. От действия столба воды:

у_гидр= h_w·г_w= 4,8510 = 48,5 кПа

8. Полное напряжение на границе слоев ИГЭ3 и ИГЭ4 (на кровлю водоупора):

у_zqполн= у_zq3 + у_гидр = 177,985 + 48,5 =226,485 кПа

0,2у_zqполн=45,3 кПа

9. На подошве ИГЭ-4:

у_zq4 = у_zqполн + h₄г₄= 226,485 +2,8520,9 = 286,05 кПа

0,2у_zq4 =57,21кПа

Значения напряжений у_zq откладывают влево от оси фундамента. Вспомогательная эпюра напряжений от собственного веса грунта, значения абсцисс которой составляют 20% соответствующего значения напряжения от собственного веса грунта у_zq, откладывается вправо от оси фундамента.

h 0,4b, 0,4·3,2=1,28 м условие выполняется

Результаты вычислений приведены в табл. 4

Наименование слоев грунта	Z, м			, кПа	Е, кПа	S, см
Суглинок мягкопластичный	0 1,28 2,56 3,84	0 0,8 1,6 2,4	1 0,881 0,642 0,477	100,53 88,57 64,54 47,95	8800	2,65
Песок средней крупности, средней плотности, насыщенный водой	5,12 6,40	3,2 4,0	0,374 0,306	37,6 30,76	40000	0,9

S=2,65+0,9=3,55 см < Sи=10 см Условие выполняется

4. Расчет и проектирование свайных фундаментов

4.1 Основные положения расчета

Расчет свайных фундаментов и их оснований производят по двум группам предельных состояний:

по первой группе - по несущей способности грунта основания свай, по устойчивости грунтового массива со свайным фундаментом; по прочности материала свай и ростверков;

по второй группе - по осадкам свайных фундаментов от вертикальных нагрузок; по перемещению свай совместно с грунтом основания от действия горизонтальных нагрузок и моментов; по образованию иди раскрытию трещин в элементах железобетонных конструкций свайных фундаментов.

Одиночную сваю в составе фундамента и вне его по несущей способности грунтов основания следует рассчитывать исходя из условия:

,

где N - расчетная нагрузка, передаваемая на сваю, кН;

F_d - расчетная несущая способность грунта основания одиночной сваи, называемая несущей способностью сваи;

- коэффициент надежности, величина которого принимается в зависимости от метода определения несущей способности сваи; =1,4, если несущая способность сваи определена расчетом.

Проектирование свайных фундаментов выполняют в такой последовательности:

1. Определяют величины и невыгодные сочетания нагрузок, действующих на фундамент на уровне отметки поверхности земли или верхней поверхности обреза ростверка;

2. Выбирают глубину заложения ростверков с учетом конструктивных особенностей, сооружения и размера ростверка;

3. Выбирают тип, способ погружения и размеры свай, сообразуясь с грунтовыми условиями, действующими нагрузками, конструктивными особенностями проектируемого здания или сооружения;

4. Определяют несущую способность сваи;

5. Определяют расчетную нагрузку, передаваемую на сваю;

6. Определяют число центрально нагруженных свай;

7. Уточняют размеры ростверка в плане из условия размещении полученного числа свай;

8. Уточняют нагрузку, действующую на одну сваю, с учетом размеров и веса ростверка, веса стеновых блоков и грунта обратной засылки;

9. Рассчитывают фундамент по второй группе предельных состояний:

- определяют размеры условного свайного фундамента, давления под его подошвой и последнее сопоставляют с расчетным сопротивлением;

- определяют осадку условного свайного фундамента.

4.2 Выбор глубины заложения и размеров ростверка

Глубина заложения подошвы низкого ростверка d_p назначается в зависимости от конструктивных особенностей сооружения (наличие подвала, технического подполья), а также высоты ростверка.

При строительстве на пучинистых грунтах подошва ростверка закладывается ниже расчетной глубины промерзания грунтов d_f, руководствуясь в расчете требованиями, изложенными в 3.1 настоящей расчетно-пояснительной записке и соответствующими требованиями СНиП [10].

Глубина заложения подошвы ростверков, согласно норм проектирования [14], назначается также с учетом следующих положений:

а) в зданиях при отсутствии подвала под внутренние стены закладывается подошва ростверка на 0.1 - 0.15 м ниже планировочных отметок;

б) в бесподвальных помещениях обрез ростверка под внутренние колонны закладывается на уровне отметки планировки:

в) при наличии подвала ростверки под наружные стены закладываются с отметкой подошвы, равной отметке пола подвала; а под внутренние стены с отметкой верха, равной отметке пода подвала.

При глинистых грунтах под ростверком наружных стен следует предусматривать укладку слоя щебня, шлака или крупнозернистого песка толщиной не менее 0,2 м, а под внутренними стенами - слоя щебня, шлака или тощего бетона толщиной не менее 0,1 м. При песчаных грунтах ростверк под наружные и внутренние стены нужно укладывать по слою щебня, шлака или тощего бетона толщиной не менее 0,1 м.

Размеры железобетонных ростверков отдельных свайных фундаментов под колонны принимают согласно расчетов по прочности: на продавливание колонной, угловой сваей нижней плиты ростверка, по поперечной силе наклонных сечений, на изгиб, на местное сжатие (смятие) под торцами железобетонных колонн или под опорными плитами стальных колонн.

Размеры подошвы ростверка под колонны, ступеней и подколонника в плане из условия унификации рекомендуется принимать кратными 300 мм. Высоту плитной части ступеней и подколенника следует принимать кратной 150 мм.

Толщина дна стакана как в сборных, так и в монолитных ростверках должна быть не менее 300 мм.

При проектировании ростверков под типовые железобетонные колонны в курсовом проекте рекомендуется использовать ростверки высотой Н_р=1200, 1350 мм серии 1.411.1-2/91. Марка ростверка выбирается в зависимости от требуемого количества свай.

Для свайного фундамента под стену (ленточный свайный фундамент) требуемая высота ростверка назначается согласно расчета с учетом высоты и количества стеновых блоков марки ФБС. При этом рекомендуемая минимальная высота ростверка должна быть не менее 300 мм.

4.3 Выбор типа, размеров и способа погружения свай

В курсовом проекте проектируются железобетонные висячие сваи сплошного квадратного сечения от 200х200 до 400х400 мм с ненапряженной арматурой длиной 3-16 м (Серия 1.011.1-10), погружаемые в грунт без его выемки забивкой дизельным молотом.

Длина сваи выбирается в зависимости от грунтовых условий строительной площадки, глубины заложения подошвы ростверка. Нижний конец сваи следует заглублять в прочные грунты, прорезая напластования более слабых грунтов; при этом заглубление нижнего конца сваи в несущий слой должно быть:

- в крупнообломочные, гравелистые, крупные и средней крупности песчаные грунты, а также пылевато-глинистые грунты с показателем текучести I_L ? 0.1 - не менее 0,5 м;

- в прочие нескальные грунты - не менее 1 м. При выборе длины сваи, согласно норм проектирования [12, 14], рекомендуется:

- принимать длину сваи не менее 3 м;

- выполнять заделку головы сваи в ростверк на глубину 5-10 см.

Требуемая длина сваи (без острия) определяется из условия:

l = l₁ + l₂ + l₃,

где l₁ - величина заделки головы сваи в ростверк, м;

l₂ - величина заглубления нижнего конца сваи в несущий слой, м;

l₃ - толщина слоев грунтов, прорезаемых сваей, м.

Окончательные размеры типовых свай принимаются по табл. 8 [17], где приведена характеристика свай сплошного квадратного сечения с ненапрягаемой арматурой обычной ударостойкости согласно Серии 1.011.1-10* «Сваи забивные железобетонные». Вып. 1. «Сваи цельные сплошного квадратного сечения с ненапрягаемой арматурой».

4.4 Расчет несущей способности забивных висячих свай по грунту при действии вертикальной нагрузки

Расчет несущей способности F_d, кН, забивных висячих свай по грунту при действии вертикальной нагрузки выполняют, как правило, по прочности грунта как сумму сил расчетных сопротивлений грунтов основания под нижним концом сваи и на ее боковой поверхности по формуле:

где - коэффициент условий работы сваи в грунте. принимаемый = 1;

- коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, принимаемые равными 1 при погружении сваи дизельным молотом;

R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, принимаемое по табл. 9 [17];

А - площадь опирания на грунт сваи, м², принимаемая по площади поперечного сечения сваи;

И - наружный периметр поперечного сечения сваи, м;

f_i - расчетное сопротивление 1-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа, принимаемое по табл. 10 [17];

h_i - толщина I-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м.

4.5 Определение числа свай в фундаменте и конструирование ростверка

Число свай n определяют исходя из условия, что ростверк осуществляет равномерное распределение нагрузки на свайный куст или свайный ряд по формуле:

где - коэффициент надежности, величина которого принимается в зависимости от метода определения несущей способности сваи; =1,4, если несущая способность сваи определена расчетом.

- расчетная нагрузка на куст (кН) иди на 1 м длины ленточного фундамента (кН/м), приложенная на уровне обреза фундамента;

,

где - основная нормативная нагрузка на куст. кH, или на 1 м длины ленточного фундамента, кН/м; - коэффициент надежности по нагрузке, = 1,1);

F_d - несущая способность висячей сваи, кН.

Для отдельно стоящего фундамента - куста свай полученное число свай округляется до целого числа в сторону увеличения.

При определении размера ростверка в плане сваи в кусте размещают так, чтобы ростверк получился наиболее компактным. Расстояние между осями свай принимают:

с = (3 + 6) d,

где d - сторона квадратной сваи; обычно принимают с = 3d, так как при большем расстоянии между осями свай значительно увеличиваются размеры ростверка. Расстояние от края плиты ростверка до ближайшей грани сваи (свес ростверка) принимают не менее 100 мм.

При проектировании свайных фундаментов под типовые колонны в зависимости от числа свай выбирается марка куста свай и ростверка согласно табл. 11, рис. 10, [17].

Для ленточного свайного фундамента под стену число свай на 1 м может быть дробным [4]. Расстояние между осями свай (шаг свай) вдоль стены определяется по формуле

Полученный результат округляется таким образом, чтобы шаг свай был кратен 5 см. В зависимости от величины с определяется число рядов свай.

Предлагаются следующие варианты расположения свай в плане:

- однорядное, когда 3d < с < 6d. Если по расчету получилось, что с > 6d, то следует уменьшить несущую способность свай, изменив ее длину или сечение;

- двухрядное шахматное, если n 2 и l, 5d < c 3d. Расстояние между двумя рядами свай с_р в этом случае определяется по формуле

- двухрядное, если n > 2. Расстояние между рядами принимается c_р = 3d.

Для недопущения увеличения размера ростверка рекомендуется принимать не более 2-х рядов свай. Если по расчету получится с < 1,5d, то следует увеличить несущую способность сваи, увеличив, длину сваи или ее сечение.

Ширину ростверка ленточного свайного фундамента при расположении свай в один ряд определяют по формуле:

b_р = d + 2 с_о, мм,

где d - поперечный размер ствола свай, мм;

с_о - расстояние от края плиты ростверка до ближайшей грани сваи (свес ростверка), мм.

Ширину ростверка при многорядном расположении свай вычисляют по формуле:

b_р = с_р (м - 1) + d + 2 с_о,

где м - число рядов свай;

с_р - расстояние между осями свай в соседних рядах;

d - поперечный размер ствола свай, мм;

с_о - расстояние от края плиты ростверка до ближайшей грани сваи (свес ростверка), мм.

Рекомендуется принимать не более двух рядов свай при минимальной ширине ростверка 400 мм.

После размещения свай в плане и уточнения габаритных размеров ростверка определяют нагрузку N_ф, приходящуюся на каждую сваю и проверяют условие:



где , F_d,, n - то же, что и в формуле;

- расчетная нагрузка от веса стеновых блоков (при проектировании ленточных фундаментов);

- расчетная нагрузка от веса ростверка;

- расчетная нагрузка от веса грунта на уступах ростверка, кН.

При вычислении и , коэффициент надежности по нагрузке = 1,1, а при вычислении -= 1,15.

Если условие не выполняется, то необходимо или выбрать другой тип свай, имеющих более высокую несущую способность, или увеличить число свай в фундаменте и повторить расчет.

4.6 Расчет свайных фундаментов по 2-ой группе предельных состояний (по деформациям)

Расчет свай и свайных фундаментов по деформациям следует производить исходя ив условия:

S S_n,

где S_n - предельное значение совместной деформации основания и сооружения, определяемой по таблице приложения 4 СНиП [10], S_n = 10 см;

S - совместная деформация основания и сооружения, определяемая расчетом в соответствии с указаниями приложения 2 СНиП [10].

Расчет фундамента из висячих свай и его основания по деформациям производят как для условного массивного фундамента на естественном основании в соответствии с требованиями СНиП [10]. Условный фундамент рассматривается как единый массив, ограниченный снизу плоскостью, проходящей через нижние концы свай, сверху - поверхностью планировки грунта, с боков - вертикальными плоскостями, отстоящими от наружных граней крайних рядов вертикальных свай на расстоянии а, равном:

где - осредненное расчетное значение угла внутреннего трения грунта, определяемое по формуле:

где - расчетное значение углов внутреннего трения для отдельных пройденных сваями слоев грунта толщиной h_i.

Размеры подошвы условного свайного фундамента при этом находят по формулам:

ширина b_у = с_b (m_b - 1) + d + 2а;

длина I_у = с_I (m₁ - 1) + d + 2а;

где с_b и с₁ - расстояния между осями свай соответственно по поперечным и продольным осям, м;

m_b и m₁ - количество рядов свай по ширине и длине условного фундамента;

d - диаметр или сторона поперечного сечения сваи, м.

Расчетная нагрузка, передаваемая условным свайным фундаментом на грунт основания, принимается равномерно распределенной.

При этом также требуется выполнение основного требования расчета оснований по деформациям: среднее давление под подошвой условного фундамента P_II не должно превышать расчетного сопротивления грунта основания R на этой глубине:

P_II < R,

Среднее давление под подошвой условного свайного фундамента определяют по формуле:

где А_у = b_уl_y - площадь подошвы условного свайного фундамента, м²;

b_у, l_y - ширина и длина подошвы условного фундамента, м,

для ленточного свайного фундамента l_y= 1 м;

N_II - расчетная нагрузка по второй группе предельных состояний, кН. определяемая по формуле:

где No_II - расчетная нагрузка от веса сооружения на уровне обреза фундамента, кН;

N_CII, N_pII, N_блII, N_грII - нагрузка от веса соответственно свай, ростверка, фундаментных блоков и грунта в объеме условного свайного фундамента.

Расчетное сопротивление грунта основания R определяется как и при расчете фундаментов мелкого заложения, но ширина и глубина заложения принимаются для условного свайного фундамента.

Далее определяется осадка S условного свайного фундамента методом послойного суммирования, изложенного в расчете фундаментов мелкого заложения (см. п. 3.5).

Сечение 1-1

Выбор глубины заложения и размеров ростверка

В данной части здания подвал отсутствует.

При строительстве на пучинистых грунтах подошва ростверка закладывается ниже расчетной глубины промерзания грунтов d_f=1,477 м.

Принимаем глубину заложения ростверка d_р=1,6 м.

Выбор типа, размеров и способа погружения свай

Принимаем следующие размеры сваи:

- длина - не менее 3 м

- заделка головы сваи в ростверк -10 см

- заглубление нижнего конца сваи в несущий слой (пески мелкие) - не менее 1 м.

Требуемая длина сваи (без острия) определяется из условия:

l = l₁ + l₂ + l₃ = 0,1 + 4,8 + 1,1 = 6 м

где l₁ - величина заделки головы сваи в ростверк, м;

l₂ - величина заглубления нижнего конца сваи в несущий слой, м;

l₃ - толщина слоев грунтов, прорезаемых сваей, м.

Согласно серии 1.011.1-10* «Сваи забивные железобетонные» принимаем сваи сплошного квадратного сечения с ненапрягаемой арматурой обычной ударостойкости С60.35-1:

длина призматической части - z=6000 мм

длина острия - a=300 мм

ширина грани - d=350 мм

вес сваи - 19,0 кН

Расчет несущей способности забивных висячих свай по грунту при действии вертикальной нагрузки

Расчет несущей способности F_d выполняют по формуле:

- коэффициент условий работы сваи в грунте. принимаемый = 1;

- коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, принимаемые равными 1 при погружении сваи дизельным молотом;

R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, принимаем по табл. 9 [17] для песчаных грунтов средней плотности, средней крупности - R=3750 кПа;

А - площадь опирания на грунт сваи, м², принимаемая по площади поперечного сечения сваи А=0,35²=0,1225 м²;

И - наружный периметр поперечного сечения сваи И=0,35·4=1,4 м;

f_i - расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа, принимаемое по табл. 10 [17];

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

Толщу грунта, пронизываемого сваей, разбиваем на слои толщиной не более 2 м и для первого слоя грунта при средней глубине расположения слоя

z₁=1,3+=2,025 м;

f₁= 19,89 кПа (для супеси с показателем текучести I_L =0,43 по табл. 10 [17]);

Далее действуя аналогичным образом, находим расчетные сопротивления грунта основания на боковой поверхности последующих слоев,

z₁= 2,025 м h₁ = 0,85 м f₁= 19,37 кПа

z₂= 1,6+0,85+=3,45 м h₂ = 2 м f₂= 19,89 кПа

z₃= 1,6+0,85+2,0+=5,425 м h₃ = 1,95 м f₃= 22,33 кПа

z₄ =1,6+0,85+2,0+1,95+=6,95 м h₄ = 1,1 м f₄ = 59,9 кПа

Несущую способность одиночной висячей сваи определяем по формуле:

кН

Определение числа свай в фундаменте и конструирование ростверка

Число свай n определяют по формуле:

=1,4, если несущая способность сваи определена расчетом;

- расчетная нагрузка на 1 м длины ленточного фундамента (кН/м), приложенная на уровне обреза фундамента;

= 1,1, коэффициент надежности по нагрузке

=237,6 кН/м, основная нормативная нагрузка на 1 м длины ленточного фундамента;

кН,

F_d - несущая способность висячей сваи, F_d = 690,5 кН

шт.

Для ленточного фундамента под стену число свай на 1 м, может быть дробным. Расстояние между осями свай (шаг свай) вдоль стены определяется по формуле:

,

Полученный результат округляется таким образом, чтобы шаг свай был кратен 5 см. В нашем случае расстояние между осями свай равно:

м,

Таким образом шаг свай принимаем равным с = 1,90 м.

Расположение свай в плане принимаем однорядное, т.к. 3d=1,05<c=1,90<6d=2,1.

Ширину ростверка вычисляют по формуле:

b_р = d + 2 с_о, мм,

где d= 350 мм - ширина сваи;

c₀ = 100 мм - расстояние от края плиты ростверка до ближайшей грани сваи (свес ростверка).

С учетом конструктивных особенностей, принимаем b_р=600 мм

После размещения свай в плане и уточнения габаритных размеров ростверка определяют нагрузку N_ф, приходящуюся на каждую сваю и проверяют условие:

где =1,4, если несущая способность сваи определена расчетом;

кН, - расчетная нагрузка на 1 м длины ленточного фундамента (кН/м), приложенная на уровне обреза фундамента;

= 1,1, коэффициент надежности по нагрузке

F_d - несущая способность висячей сваи, F_d = 666 кН

= кН - расчетная нагрузка от веса стеновых блоков;

= 25·0,4·0,6·1·1,1=6,6 кН; - расчетная нагрузка от веса ростверка;

= 0,2·1,2·1·19,6·1,15=5,41 кН - расчетная нагрузка от веса грунта на уступах ростверка, кН.

кН

кН

N_ф = 536,3кН < N = 493,2 кН

Условие не выполняется. Выберим другой тип свай, имеющих более высокую несущую способность.

Примем сваи С60.40.1, тогда

А - площадь опирания на грунт сваи, м², принимаемая по площади поперечного сечения сваи А=0,4²=0,16 м²;

И - наружный периметр поперечного сечения сваи И=0,4·4=1,6 м;

Несущую способность одиночной висячей сваи определяем по формуле:

кН

, кН

N_ф = 536,3 кН < N = 617,24 кН

Условие выполняется

Схема свай в плане в ленточном свайном фундаменте

Расчет фундамента по второй группе предельных состояний

Определим расстояние а, между условной вертикальной плоскостью и наружной гранью сваи крайнего ряда:

Осредненное значение угла внутреннего трения:

=

h=6,25 м

ширина: b_у = с_b(m_b-1)+d+2а=1,9·(1-1)+0,4+2·0,43=1,34 м;

длина: l_у = 1 м;

Среднее давление под подошвой условного свайного фундамента:

А_у = b_уl_y=1,34·1= 1,34 м²

N_oII = 236 кН

N_cII = 24,5 кН

N_рII = 0,4·0,6·1·25·1,1 = 6,6 кН

N_блII = кН

N_II=236+24,5+6,6+10,85+114,6=392,55 кН

Определяем расчетное сопротивление грунта основания:

где _с1 и _{с2 -} коэффициенты условий работы, принимаемые по таблице 3 СНиПа [10],

_с1 = 1,4 (т.к. пески средней крупности)

_с2 =1,4 (т.к. отношение длины сооружения к высоте L/H=1,25<1,5);

k - коэффициент, принимаемый в курсовом проекте равным 1,1, т.к. прочностные характеристики грунта ( и с) приняты по таблицам СНиПа [10];

M, M_q, M_с - коэффициенты, принимаемые по таблице 4 СНиПа [10], в зависимости от угла внутреннего трения () грунта

: M=2,11, M_q=9,44, M_с=10,8;

k_z - .коэффициент, принимаемый равным: при b < 10 м - k_z = 1;

b =1,34 м - ширина подошвы фундамента;

_II - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяются с учетом взвешивающего действия воды) - _sb, кН/м³, определяемого по формуле:

,

где _i и h_i - соответственно удельный вес и толщина i-ого слоя грунта, залегающего ниже подошвы;

Удельный вес грунта , кН/м³ определяется:

g

где - плотность грунта, т/м³ (см. табл. 1),

g - ускорение свободного падения, g = 10 м/с².

г₁=1,96·10=19,6 кН/м³,

г₂=1,82·10=18,2 кН/м³,

г₃=2,06·10=20,6 кН/м³,

кН/м³,

кН/м³,

 кН/м³

'_II - то же для грунтов, залегающих выше подошвы фундамента. Для грунтов обратной засыпки:

кН/м³

'_II0 = 0,95'_II,

кН/м³

С_{п -} расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, С_п =2 кПа;

d₁ - глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки

d_b - глубина подвала

d_b=0 м

Итак расчетное сопротивление грунта основания под подошвой фундамента равно:

2440,2кПа

Проверим условие:

P_II=292,9 кПа < R=2440,2 кПа - условие выполняется.

Определяем осадку S условного свайного фундамента методом послойного суммирования:

Определяем ординаты эпюры вертикальных напряжений от действия собственного веса грунта у_zq и вспомогательной эпюры 0,2у_zq:

1. На уровне спланированной поверхности:

у_zq = 0г₁= 0 кПа

0,2у_zq = 0 кПа

2. На границе слоев ИГЭ-1 и ИГЭ-2:

у_zq1 = у_zq +h₁ г₁= 0+19,62,45 = 48,02 кПа

0,2у_zq1 =9,604 кПа

3. На границе слоев ИГЭ-2 и ИГЭ-3:

у_zq2= у_zq1 + h₂ г₂ = 48,02+18,23,95 = 119,91 кПа

0,2у_zq2= 23,982 кПа

4. На уровне грунтовых вод:

у_zqw = у_zq2 + h'₃ г₃= 119,91+0,320,6 = 126,09 кПа

0,2у_zqw=25,218кПа

5. На уровне подошвы фундамента:

у_zq0 = у_zqw + h»'₃ г₃=126,09 + 1,1510,7 = 138,4 кПа

0,2у_zq0 = 27,68 кПа

6. На границе слоев ИГЭ-3 и ИГЭ-4 с учетом взвешивающего действия воды:

у_zq3 = у_zqw + h₃г_sb3= 126,09 + 4,8510,7 = 177,985 кПа

0,2у_zq3=35,597 кПа

7. От действия столба воды:

у_гидр= h_w·г_w= 4,8510 = 48,5 кПа

8. Полное напряжение на границе слоев ИГЭ3 и ИГЭ4 (на кровлю водоупора):

у_zqполн= у_zq3 + у_гидр = 177,985 + 48,5 =226,485 кПа

0,2у_zqполн=45,3 кПа

9. На подошве ИГЭ-4:

у_zq4 = у_zqполн + h₄г₄= 226,485 +2,8520,9 = 286,05 кПа

0,2у_zq4 =57,21кПа

Значения напряжений у_zq откладывают влево от оси фундамента. Вспомогательная эпюра напряжений от собственного веса грунта, значения абсцисс которой составляют 20% соответствующего значения напряжения от собственного веса грунта у_zq, откладывается вправо от оси фундамента.

Р₀=Р_II - у_zq0=292,9-138,4=154,5 кПа

h_i 0,4b

h 0,4b, 0,4·1,34=0,536 м условие выполняется

Результаты вычислений приведены в табл.

Наименование слоев грунта	Z, м			, кПа	Е, кПа	S, см
Пески средней крупности, средней плотности, насыщенные водой	0 0,536 1,072 1,608 2,144 2,68 3,216 3,752	0 0,8 1,6 2,4 3,2 4,0 4,8 5,6	1 0,881 0,642 0,477 0,374 0,306 0,258 0,223	154,5 136,1 99,2 73,7 57,8 47,3 39,9 34,45	40000	0,59

S=0,59 см < Sи=10 см Условие выполняется

Схема к расчету осадки методом послойного суммирования

Сечение 2-2

Выбор глубины заложения и размеров ростверка

В данной части здания подвал отсутствует, фундамент проектируем под внутреннюю стену. Подошва ростверка закладывается ниже планировочной отметки земли на 0,15 м

Принимаем глубину заложения ростверка d_р=0,15 м.

Выбор типа, размеров и способа погружения свай

Принимаем следующие размеры сваи:

- длина - не менее 3 м

- заделка головы сваи в ростверк -10 см

- заглубление нижнего конца сваи в несущий слой (пески мелкие) - не менее 1 м.

Требуемая длина сваи (без острия) определяется из условия:

l = l₁ + l₂ + l₃ = 0,1 + 6,25 + 2,65 = 9 м

где l₁ - величина заделки головы сваи в ростверк, м;

l₂ - величина заглубления нижнего конца сваи в несущий слой, м;

l₃ - толщина слоев грунтов, прорезаемых сваей, м.

Согласно серии 1.011.1-10* «Сваи забивные железобетонные» принимаем сваи сплошного квадратного сечения с ненапрягаемой арматурой обычной ударостойкости С80.40-5:

длина призматической части - z=8000 мм

длина острия - a=350 мм

ширина грани - d=400 мм

вес сваи - 32,5 кН

Расчет несущей способности забивных висячих свай по грунту при действии вертикальной нагрузки

Расчет несущей способности F_d выполняют по формуле:

 - коэффициент условий работы сваи в грунте. принимаемый = 1;

- коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, принимаемые равными 1 при погружении сваи дизельным молотом;

R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, принимаем по табл. 9 [17] для суглинка мягкопластичного с I_L=0,53 - R=1392 кПа;

А - площадь опирания на грунт сваи, м², принимаемая по площади поперечного сечения сваи А=0,4²=0,16 м²;

И - наружный периметр поперечного сечения сваи И=0,4·4=1,6 м;

f_i - расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа, принимаемое по табл. 10 [17];

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

Толщу грунта, пронизываемого сваей, разбиваем на слои толщиной не более 2 м и для первого слоя грунта при средней глубине расположения слоя

z₁=0,15+=1 м;

f₁= 14,1 кПа (для супеси с показателем текучести I_L =0,43 по табл. 10 [17]);

Несущую способность одиночной висячей сваи определяем по формуле:

кН

Определение числа свай в фундаменте и конструирование ростверка

Число свай n определяют по формуле:

=1,4, если несущая способность сваи определена расчетом;

- расчетная нагрузка на 1 м длины ленточного фундамента (кН/м), приложенная на уровне обреза фундамента;

= 1,1, коэффициент надежности по нагрузке

=353,6 кН/м, основная нормативная нагрузка на 1 м длины ленточного фундамента;

кН,

F_d - несущая способность висячей сваи, F_d = 383,4 кН

шт.

Для ленточного фундамента под стену число свай на 1 м, может быть дробным. Расстояние между осями свай (шаг свай) вдоль стены определяется по формуле:

,

Полученный результат округляется таким образом, чтобы шаг свай был кратен 5 см. В нашем случае расстояние между осями свай равно:

м,

Таким образом шаг свай принимаем равным с = 1,25 м.

Расположение свай в плане принимаем однорядное, 3d=1,2<c=1,25<6d=2,4.

Ширину ростверка вычисляют по формуле:

b_р = d + 2 с_о, мм,

где d= 400 мм - ширина сваи;

c₀ = 100 мм - расстояние от края плиты ростверка до ближайшей грани сваи (свес ростверка).

Принимаем b_р=600 мм

После размещения свай в плане и уточнения габаритных размеров ростверка определяют нагрузку N_ф, приходящуюся на каждую сваю и проверяют условие:

где =1,4, если несущая способность сваи определена расчетом;

кН, - расчетная нагрузка на 1 м длины ленточного фундамента (кН/м), приложенная на уровне обреза фундамента;

= 1,1, коэффициент надежности по нагрузке

F_d - несущая способность висячей сваи, F_d = 365,5 кН

=0 кН - расчетная нагрузка от веса стеновых блоков;

= 25·0,4·0,65·1·1,1=7,15 кН; - расчетная нагрузка от веса ростверка;

= 0 кН - расчетная нагрузка от веса грунта на уступах ростверка, кН.

кН

кН

N_ф = 275,1кН < N = 274,8 кН

Полученным расхождением можно пренебречь и принять, что данное условие выполняется

Схема свай в плане в ленточном свайном фундаменте

Сечение 6-6

Выбор глубины заложения и размеров ростверка

В данной части здания имеется подвал.

При наличии подвала ростверки под наружные стены закладываются с отметкой подошвы, равной отметке пола подвала.

Окончательно принимаем d_р=3,0-0,9=2,1 м

Выбор типа, размеров и способа погружения свай

Принимаем следующие размеры сваи:

- длина - не менее 3 м

- заделка головы сваи в ростверк -10 см

- заглубление нижнего конца сваи в несущий слой (пески мелкие) - не менее 1 м.

Требуемая длина сваи (без острия) определяется из условия:

l = l₁ + l₂ + l₃ = 0,1 + 4,3 + 2,5 = 7 м

где l₁ - величина заделки головы сваи в ростверк, м;

l₂ - величина заглубления нижнего конца сваи в несущий слой, м;

l₃ - толщина слоев грунтов, прорезаемых сваей, м.

Согласно серии 1.011.1-10* «Сваи забивные железобетонные» принимаем сваи сплошного квадратного сечения с ненапрягаемой арматурой обычной ударостойкости С70.35-4:

длина призматической части - z=7000 мм

длина острия - a=300 мм

ширина грани - d=350 мм

вес сваи - 22,0кН

Расчет несущей способности забивных висячих свай по грунту при действии вертикальной нагрузки

Расчет несущей способности F_d выполняют по формуле:

- коэффициент условий работы сваи в грунте. принимаемый = 1;

- коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, принимаемые равными 1 при погружении сваи дизельным молотом;

R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, принимаем по табл. 9 [17] для песчаных грунтов средней плотности, средней крупности - R=3750 кПа;

А - площадь опирания на грунт сваи, м², принимаемая по площади поперечного сечения сваи А=0,35²=0,1225 м²;

И - наружный периметр поперечного сечения сваи И=0,35·4=1,4 м;

f_i - расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа, принимаемое по табл. 10 [17];

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

Толщу грунта, пронизываемого сваей, разбиваем на слои толщиной не более 2 м и для первого слоя грунта при средней глубине расположения слоя

z₁=2,1+=2,275 м;

f₁= 20,81 кПа (для супеси с показателем текучести I_L =0,43 по табл. 10 [17]);

Определение числа свай в фундаменте и конструирование ростверка

Число свай n определяют по формуле:

=1,4, если несущая способность сваи определена расчетом;

- расчетная нагрузка на 1 м длины ленточного фундамента (кН/м), приложенная на уровне обреза фундамента;

= 1,1, коэффициент надежности по нагрузке

=380 кН/м, основная нормативная нагрузка на 1 м длины ленточного фундамента;

кН,

F_d - несущая способность висячей сваи, F_d = 807,5 кН

шт.

Для ленточного фундамента под стену число свай на 1 м, может быть дробным. Расстояние между осями свай (шаг свай) вдоль стены определяется по формуле:

,

Полученный результат округляется таким образом, чтобы шаг свай был кратен 5 см. В нашем случае расстояние между осями свай равно:

м,

Таким образом шаг свай принимаем равным с = 1,4 м.

Расположение свай в плане принимаем однорядное, т.к. 3d=1,0,5<c=1,4<6d=2,1.

Ширину ростверка вычисляют по формуле:

b_р = d + 2 с_о, мм,

где d= 350 мм - ширина сваи;

c₀ = 100 мм - расстояние от края плиты ростверка до ближайшей грани сваи (свес ростверка).

С учетом конструктивных особенностей, принимаем b_р=600 мм

После размещения свай в плане и уточнения габаритных размеров ростверка определяют нагрузку N_ф, приходящуюся на каждую сваю и проверяют условие:

где =1,4, если несущая способность сваи определена расчетом;

кН, - расчетная нагрузка на 1 м длины ленточного фундамента (кН/м), приложенная на уровне обреза фундамента;

= 1,1, коэффициент надежности по нагрузке

F_d - несущая способность висячей сваи, F_d = 807,5 кН

= кН - расчетная нагрузка от веса стеновых блоков;

= 25·0,9·0,6·1·1,1=14,85 кН; - расчетная нагрузка от веса ростверка;

= 0,2·1,2·1·19,6·1,15=5,41 кН - расчетная нагрузка от веса грунта на уступах ростверка, кН.

кН

кН

N_ф = 623,7кН < N = 576,8 кН Условие не выполняется

Выберем другой тип свай, имеющих более высокую несущую способность.

Примем сваи С70.40.5, тогда

А - площадь опирания на грунт сваи, м², принимаемая по площади поперечного сечения сваи А=0,4²=0,16 м²;

И - наружный периметр поперечного сечения сваи И=0,4·4=1,6 м;

Несущую способность одиночной висячей сваи определяем по формуле:

кН

, кН

N_ф = 623,7 кН < N = 712,8 кН Условие выполняется

Схема свай в плане в ленточном свайном фундаменте

Расчет фундамента по второй группе предельных состояний

Определим расстояние а, между условной вертикальной плоскостью и наружной гранью сваи крайнего ряда:

Осредненное значение угла внутреннего трения:

=

h=7,25 м

ширина: b_у = с_b(m_b-1)+d+2а=1,4·(1-1)+0,4+2·0,5=1, 4 м;

длина: l_у = 1 м;

Среднее давление под подошвой условного свайного фундамента:

А_у = b_уl_y=1, 4·1= 1, 4 м²

N_oII = 380 кН

N_cII = 28,5 кН

N_рII = 0,6·0,9·1·25·1,1 = 14,85 кН

N_блII = кН

N_II=380+28,5+14,85+10,85+218,9=653,1 кН

Определяем расчетное сопротивление грунта основания:



где _с1 и _{с2 -} коэффициенты условий работы, принимаемые по таблице 3 СНиПа [10],

_с1 = 1,4 (т.к. пески средней крупности)

_с2 =1,4 (т.к. отношение длины сооружения к высоте L/H=1,25<1,5);

k - коэффициент, принимаемый в курсовом проекте равным 1,1, т.к. прочностные характеристики грунта ( и с) приняты по таблицам СНиПа [10];

M, M_q, M_с - коэффициенты, принимаемые по таблице 4 СНиПа [10], в зависимости от угла внутреннего трения () грунта

: M=1,55, M_q=7,22, M_с=9,22;

k_z - .коэффициент, принимаемый равным: при b < 10 м - k_z = 1;

b =1,4 м - ширина подошвы фундамента;

_II - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяются с учетом взвешивающего действия воды) - _sb, кН/м³, определяемого по формуле:

,

где _i и h_i - соответственно удельный вес и толщина i-ого слоя грунта, залегающего ниже подошвы;

Удельный вес грунта , кН/м³ определяется:

g

где - плотность грунта, т/м³ (см. табл. 1),

g - ускорение свободного падения, g = 10 м/с².

г₁=1,96·10=19,6 кН/м³,

г₂=1,82·10=18,2 кН/м³,

г₃=2,06·10=20,6 кН/м³,

кН/м³,

кН/м³,

кН/м³

'_II - то же для грунтов, залегающих выше подошвы фундамента. Для грунтов обратной засыпки:

кН/м³

'_II0 = 0,95'_II,

кН/м³

С_{п -} расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, С_п =2 кПа;

d₁ - приведенная глубина заложения для наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле:

,

где h_s=7,05 м - толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала;

h_cf -толщина конструкции пола (в курсовом проекте принимается равной 0,1 м);

- расчетное значение удельного веса конструкции пола подвала (в курсовом проекте принимается равным 22кН/м³)

7,19 м,

d_b - глубина подвала

d_b=2 м

Итак расчетное сопротивление грунта основания под подошвой фундамента равно:

2170,8кПа

Проверим условие:

P_II=466,5 кПа < R=2170,8 кПа - условие выполняется.

Определяем осадку S условного свайного фундамента методом послойного суммирования:

Определяем ординаты эпюры вертикальных напряжений от действия собственного веса грунта у_zq и вспомогательной эпюры 0,2у_zq:

1. На уровне спланированной поверхности:

у_zq = 0г₁= 0 кПа

0,2у_zq = 0 кПа

2. На границе слоев ИГЭ-1 и ИГЭ-2:

у_zq1 = у_zq +h₁ г₁= 0+19,62,45 = 48,02 кПа

0,2у_zq1 =9,604 кПа

3. На границе слоев ИГЭ-2 и ИГЭ-3:

у_zq2= у_zq1 + h₂ г₂ = 48,02+18,23,95 = 119,91 кПа

0,2у_zq2= 23,982 кПа

4. На уровне грунтовых вод:

у_zqw = у_zq2 + h'₃ г₃= 119,91+0,320,6 = 126,09 кПа

0,2у_zqw=25,218кПа

5. На уровне подошвы фундамента:

у_zq0 = у_zqw + h»'₃ г₃=126,09 + 2,6510,7 = 155,3 кПа

0,2у_zq0 = 31,05 кПа

6. На границе слоев ИГЭ-3 и ИГЭ-4 с учетом взвешивающего действия воды:

у_zq3 = у_zqw + h₃г_sb3= 126,09 + 4,8510,7 = 177,985 кПа

0,2у_zq3=35,597 кПа

7. От действия столба воды:

у_гидр= h_w·г_w= 4,8510 = 48,5 кПа

Полное напряжение на границе слоев ИГЭ3 и ИГЭ4 (на кровлю водоупора):

у_zqполн= у_zq3 + у_гидр = 177,985 + 48,5 =226,485 кПа

0,2у_zqполн=45,3 кПа

8. На подошве ИГЭ-4:

у_zq4 = у_zqполн + h₄г₄= 226,485 +2,8520,9 = 286,05 кПа

0,2у_zq4 =57,21кПа

Значения напряжений у_zq откладывают влево от оси фундамента. Вспомогательная эпюра напряжений от собственного веса грунта, значения абсцисс которой составляют 20% соответствующего значения напряжения от собственного веса грунта у_zq, откладывается вправо от оси фундамента.

Р₀=Р_II - у_zq0=466,5-155,3=311,2 кПа

h_i 0,4b

h 0,4b, 0,4·1, 4=0,56 м условие выполняется

Результаты вычислений приведены в табл.

Наименование слоев грунта	Z, м			, кПа	Е, кПа	S, см
Пески средней крупности, средней плотности, насыщенные водой	0 0,56 1,12 1,68 2,24	0 0,8 1,6 2,4 3,2	1 0,881 0,642 0,477 0,374	311,2 274,2 199,8 148,4 116,4	40000	0,96
Глина полутвердая	2,8 3,36 3,92 4,48 5,04	4,0 4,8 5,6 6,4 7,2	0,306 0,258 0,223 0,196 0,175	95,2 80,3 69,4 61,0 54,5	23400	0,85

S=0,96+0,55=1,81 см < Sи=10 см Условие выполняется

Схема к расчету осадки методом послойного суммирования

5. Краткое описание технологии работ по устройству фундаментов

Устройство фундаментов - это комплексный процесс, в состав которых входят следующие виды работ:

- подготовительные (подготовка территории, разбивка и закрепление осей, проверка отметок основания, выравнивание и подготовка основания);

- вспомогательные (искусственное водопонижение, закрепление грунтов, ограждение от поверхностных и грунтовых вод, устройство креплений котлована и траншей);

- основные (непосредственное возведение фундамента).

5.1 Устройство ленточных фундаментов

Разбивка осей ленточных фундаментов начинается с того, что на обноске натягивают проволоку для определения осей здания. Затем устраивают угловые стеновые блоки, а на расстоянии 15 мм от них маячные блоки. Между угловыми и маячными блоками по линии фундамента на расстоянии 5 мм от его грани натягивают проволоку, по которой устанавливают промежуточные блоки одновременно с укладкой поясных блоков с нивелированием их положения по вертикали. Отклонение от проектных отметок не должно превышать ±10 мм. Монтаж сборных элементов подземной части здания выполняется при помощи гусеничных, пневмоколесных стреловых и башенных кранов на рельсовом ходу. К работам по монтажу ленточных фундаментов разрешается приступать только после выполнения всех земляных работ и разбивки осей фундаментов.

Перед укладкой блоки должны быть тщательно очищены от грязи и наледи, подъемные петли выправлены, металлические закладные детали очищены от ржавчины.

Фундаментные блоки и плиты поднимают двух- или четырехветвевыми стропами.

Блок, подаваемый краном, следует, остановив на высоте 0,2 м над местом установки, развернуть в необходимом направлении и плавно опустить. Затем проверяют правильность установки блока. При значительных отклонениях блок необходимо поднять и установить заново, незначительные отклонения устраняются с помощью монтажного лома. После окончательной выверки положения блока производят расстроповку. Монтажные петли после укладки 4-5 блоков срезаются заподлицо с поверхностью блока.

При монтаже ленточных фундаментов из блоков и подушек места сопряжения, продольных и поперечных стен для обеспечения жесткости армируют сетками и замоноличивают, для чего устанавливают простейшую опалубку из двух досок, укрепляя их распорками в грунт.

В ленточных фундаментах оставляют (по проекту) отверстия для трубопроводов, канализации и т.д., путем раздвижки соседних подушек, перекрываемых вышележащими блоками. Пропуски оставляемые для прокладки трубопроводов, после укладки труб заделывают бетонной смесью.

Горизонтальные швы кладки из крупных фундаментных блоков должны заполнятся ровным слоем раствора. Подкладка под блоки щебенки и кирпичного боя категорически запрещена. Толщина во всех случаях должна быть не более 2 см. Деформационные швы устраивают в соответствии с проектом, при этом необходимо следить за правильностью устройства изоляции.

5.2 Технология забивки свай

После завершения земляных работ и до начала забивки свай, дно котлована или основание площадки планируют. В это время завозят оборудование, принятое для погружения свай. Затем производят разбивку свайного поля, которое заключается в переносе в котлован сначала основных и промежуточных осей здания, а затем в определении положения каждой сваи согласно рабочему проекту.

Далее осуществляется подача свай к копру и их подъем. Сваи подают в котлован и раскладывают у места погружения.

Перед подъемом на копер сваю нужно разметить краской на метры, а в последнем метре - на дециметры. Установленную копром сваю перед погружением проверяют на точность положения. Вертикальность положения сваи проверяют имеющимся на копре приспособлением. Положение сваи регулируют перемещением стрелы копра без снятия с нее погружающего механизма. Первые удары по свае наносят с минимальной энергией удара. Погружается она от одного удара на 5…10 см. После погружения сваи на 50…80 см проверяют ее положение и при необходимости производят рихтовку сваи и стрелы. От каждого удара свая погружается в грунт на величину, называемую отказом. Эта величина зависит от сопротивления грунта при погружении сваи; по мере возрастания сопротивления величина отказа уменьшается. При малой величине отказа трудно определить величину погружения сваи от одного удара молота, поэтому отказ определяют как среднюю величину осадки сваи за один удар от залога в 10 ударов. Число ударов в залоге может быть назначено и другим. Забивка сваи прекращают после того как расчетный отказ был достигнут в трех последних залогах.

Весь процесс погружения с подсчетом количества ударов молота по свае на каждом метре погружения заносят в журнал забивки свай.

После погружения свай производят динамические испытания свай одним залогом в 10 ударов с замером величины отказа.

5.3 Гидроизоляция подвальных помещений

При строительстве зданий и сооружений, имеющих подвалы или технические подполья, возникает опасность проникновения влаги в подвальные помещения, а иногда и угроза их затопления. Для предотвращения этого устраивают гидроизоляцию помещений, конструкцию которой назначают в зависимости от уровня подземных вод, глубины подвальной части сооружений и грунтовых условий строительной площадки и др.

Когда уровень подземных вод располагается ниже пола подвала и влага может проникать по капиллярам в подземные помещения, ограничиваются устройством простейшей гидроизоляции. В этом случае наружную поверхность стен подвалов, соприкасающуюся с грунтом, обмазывают за 1-2 раза горячим битумом или гидроизоляционной мастикой. Для предохранения подземных помещений от поступления в них влаги снизу подкладывают рулонную изоляцию в стене на уровне пода подвала, а пол выполняют из плитки или в виде слоя цементно-песчаного раствора с железнением (рис. а).

Для исключения проникновения сырости в помещения первого этажа в подвальной и безподвальной частях зданий по выровненной поверхности всех стен на высоте 150-200 мм от верха отмостки прокладывают 1…2 слоя рулонной гидроизоляции на битумной мастике (рис. б).

Список используемой литературы

1. Берлинов М.В. Основания и фундаменты, М.: Высшая школа, 1988.

2. Веселов В.А. Проектирование оснований и фундаментов. м.:Стройиздат, 1990.

3. Мазаник В.Н., Симхаев В.3., Алексеев Г.В. Определений размеров центрально нагруженных фундаментов мелкого заложения с применением ЭВМ. Иваново, 1994.

4. Механика грунтов, основания и фундаменты С.Б. Ухов и др. М., 1994.

5. Рускевич Н.Л., Ткач Д.И., Ткач М.Н. Справочник по инженерно-строительному черчению. Киев: Будiвельник, 1967.