Расчёт и проектирование фундаментов различного заложения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Анализ инженерно-геологических данных. Определение значения условного расчетного сопротивления грунта R₀

2. Расчет фундамента мелкого заложения

2.1 Определение глубины заложения фундамента

2.2 Определение размеров подошвы фундамента в плане

2.3 Расчет осадки фундамента методом послойного суммирования

2.4 Расчет осадки фундамента методом эквивалентного слоя (метод Цытовича)

2.5 Расчет затухания осадки во времени

3. Расчет свайного фундамента

3.1 Выбор глубины заложения ростверка, несущего слоя грунта и конструкции сваи

3.2 Определяем несущую способность и силы расчётного сопротивления сваи по материалу и грунту

3.3 Определение приближённого веса ростверка и числа свай

3.4 Конструирование ростверка

3.5 Расчет осадки свайного фундамента

Список литературы

Введение

1. Местоположение площадки

Изучаемая площадка расположена на пересечении ул.Урожайной и ул.Полевой в г.Уфе.

2. Климат

В климатическом отношении площадка относится ко II климатическому району. Средняя t⁰ января -14,9⁰ С, средняя t⁰ июля +18,8⁰ С, средняя годовая t⁰ +4,3⁰ С. Число дней со снежным покровом составляет 140 дней. Холодный период длится с середины сентября до середины мая.

3. Геоморфология рельефа

В геоморфологическом отношении площадка расположена в пределах среднерусской возвышенности (на абсолютной отметке поверхности земли 137,4).

4. Геологическое строение

В геологическом строении площадки до изучаемой глубины 15-20 м принимают участие покровные и мореные отложения четвертичной системы. Представленные грунты: супесь твёрдая, суглинок тугопластичный, песок мелкий, глина полутвёрдая.

5. Гидрогеологические условия

В процессе производства буровых работ подземные воды вскрыты скважинами на глубине 5,30 м от поверхности земли на абсолютной отметке 135,30 м. Максимально высокое положение уровня воды следует ожидать в весеннее время. Подземные воды являются слабоагрессивными.

6. Инженерно-геологические условия

Определение физико-механических характеристик грунтов выполнялось в соответствии с требованиями нормативных документов. С учетом геологического строения, выделено 5 инженерно-геологических элементов:

1. Инженерно-геологических элемент 1:

Насыпной слой из почвы, шлака, бытовых и строительных отходов, мощностью 3,2 м.

Растительный слой состоит из почвы мощностью 0,3м.

2. Инженерно-геологических элемент 2:

Супеси желтовато-бурого цвета. Залегают на глубине 135,80 м, мощностью 1,60 м.

3. Инженерно-геологических элемент 3:

Суглинки темно-бурого цвета. Залегают на глубине 134,10 м, мощностью 1,70 м.

4. Инженерно-геологических элемент 4:

Пески желтовато-бурого цвета. Залегают на глубине 130,20 м, мощностью 3,90 м.

5. Инженерно-геологических элемент 5:

Глины темно-бурого цвета. Залегают на глубине 125,50 м, мощностью 4,70 м.



Рисунок 1. Геологический разрез.



Рисунок 2. Данные о физических свойствах грунтов.

1. Анализ инженерно-геологических данных. Определение значения условного расчётного сопротивления грунта R₀

Для заданного варианта грунтовых условий производим оценку характеристик слоев грунта, с целью использования его в качестве естественного основания.

1 слой:

1. Число пластичности:

;

=0,189-0,152=0,037

Так как число пластичности I_p находится в интервале 0,01 < I_p ?0,07, то делаем вывод, что 1 слой - супесь.

2. Показатель текучести:

;

==-2,46

Так как показатель текучести I_L находится в интервале I_L<0, то делаем вывод, что 1 слой - супесь твердая.

3. Коэффициент пористости:

е=(1+W)-1;

е=

4. Расчетное сопротивление:

Таблица 1.

e	R0
	IL=0
0,5	300

Вывод: 1 слой - супесь твердая с расчетным сопротивлением R₀=300 кПа.

2 слой:

1. Число пластичности:

=0,21-0,11=0,10

Так как число пластичности находится в интервале 0,07 < <0,17 , то делаем вывод, что 2 слой - суглинок.

2. Показатель текучести:

Так как показатель текучести находится в интервале 0,25< I_L<0,5 , то делаем вывод, что 2 слой - суглинок тугопластичный.

3. Коэффициент пористости:

е=•(1+W)-1;

е=

4. Расчетное сопротивление:

Таблица 2.

e	R0
	IL=0	IL=0,48	IL=1
0,5	300		250
0,62	270	240,24	208
0,7	250		180

y=300+ кПа

y=250+ кПа

y=270+ кПа

Вывод: 2 слой - суглинок тугопластичный с расчетным сопротивлением R₀=240,24 кПа.

3 слой:

1. Тип песчаных грунтов:

Частиц крупнее: 2,0 мм - 9,5% по весу

0,5 мм - 23,4% по весу

0,25 мм - 48,7% по весу

0,10 мм - 88,3% по весу

0,05 мм - 93% по весу

0,01 мм - 96,2% по весу

0,005 мм - 97,4% по весу

Менее 0,005 мм - 2,6% по весу

Делаем вывод, что 3 слой - песок мелкий.

2. Коэффициент пористости:

е=•(1+W)-1;

е=

Так как коэффициент пористости е находится в интервале 0,60< е <0,75 , то делаем вывод, что песок средней плотности.

3. Степень влажности:

Sr=

Sr=

Так как степень влажности Sr находится в интервале 0,8< Sr <1 , то делаем вывод, что песок насыщенный водой.

Вывод: 3 слой - песок мелкий средней плотности насыщенный водой с расчётным сопротивлением R₀=200 кПа.

4 слой:

1. Число пластичности:

=0,461-0,205=0,256

Так как число пластичности находится в интервале 0,17 < , то делаем вывод, что 4 слой - глина.

2. Показатель текучести:

Так как показатель текучести находится в интервале 0< I_L<0,25 , то делаем вывод, что 4 слой - глина полутвёрдая.

3. Коэффициент пористости:

е=

4. Расчетное сопротивление:

Таблица 3.

e	R0
	IL=0	IL=0,215	IL=1
0,6	500		300
0,73	370	340,975	235
0,8	300		200

y=500+ кПа

y=300+ кПа

y=370+ кПа

Вывод: 4 слой - глина полутвёрдая с расчетным сопротивлением R₀=340,975 кПа.

Итог: В качестве основания для фундаментов наиболее благоприятным является 1 слой - супесь твёрдая, I_L<0 и R₀=300 кПа.

2. Расчёт фундамента мелкого заложения

фундамент заложение свая грунт

2.1 Определение глубины заложения фундамента

Расчет ведем в соответствии со СНиП 2.01.01 - 82 «Строительная климатология».

Дано:

г.Уфа

d_w=2,1

t=15⁰C

грунт - супесь твёрдая, I_L<0.

Определяем нормативную глубину промерзания по формуле:

,

где - глубина промерзания: для супесей =0,28м;

- коэффициент, равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур воздуха в данном районе.

М = 14,9+13,7+6,7+5,1+11,2=51,6

Определяем расчетную глубину промерзания по формуле:

,

где к_h - коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения на глубину промерзания грунтов у фундаментов, к_h =0,5;

. Т.к. (2+d_f) >d_wи грунт, залегающий под подошвой фундамента, - супесь c показателем текучести I_L<0 , то глубина заложения подошвы фундамента не менее d_f.

Принимаем d не менее d_f.

Глубина заложения фундамента d=1,1 м.

Рисунок 2.

2.2 Определение размеров подошвы фундамента в плане

1. Определяем необходимые размеры подошвы ленточного фундамента, при условии, что к нему приложена вертикальная сила N^?=150 кН.

В 1^ом приближении находим площадь подошвы фундамента

N^? - расчетная нагрузка по 2^ой группе предельных состояний, приложенная к обрезу фундамента.

R₀ - условное расчетное сопротивление грунта основания

г_m^? - осредненное расчетное значение удельного веса грунта и материала фундамента.

R₀=300 кПа

г_m^?=20 кН/м³ - для зданий без подвала

d=1,1 м

0,54 м²

2. Ширина подошвы.

м

3. Найдем расчетное сопротивление грунтов основания:

г_c1, г_c2 - коэффициенты условия работы

г_c1=1,25 - зависит от вида грунта

г_c2= - зависит от вида грунта и от отношения длины и высоты здания

к - коэффициент принимаемый равным 1, если характеристики определены опытным путём.

к=1

М_г, М_q, М_с - коэффициенты, принимаемые в зависимости от угла внутреннего трения ц =23⁰

М_г =0,69, М_q =3,65, М_с =6,24.

к_z - коэффициент, принимаемый равным 1, т. к. < 10 м.

г - осредненное значение удельного веса грунтов залегающих ниже подошвы фундамента.

г^' - тоже, но выше подошвы фундамента

г=

г_sb2= кН/м³

г_sb3= кН/м³

г= Кн/м³

г^' = г=20,1 Кн/м³

c_II - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента.

d₁ - глубина заложения фундамента

d_в - глубина пола подвала, принимаемая в зависимости от ширины подвала.

c_II=12 кПа

d₁=1,1 м

d_в=0 м

кПа

4. Определяем площадь подошвы фундаменты при новом расчетном сопротивлением грунта.

м²

м

Подбираем фундамент.

Размеры фундаменты принимаем: b =800 мм, l=1180 мм, V_f=0.274 м³, h=300 мм

Выполняем расчет сопротивления для подобранного фундамента:

кПа

5. Проверка фундамента.

p_II =

N=N^II+N_f^II+N_s^II

N_f^II -вес фундамента

N_f^II =V_f ? г_b , г_b=25 кН/м³

N_f^II =0,274•25=6,85 кН

N_s^II -вес грунта над уступами фундамента

N_s^II =V_s? гII'

N_s^II =0,636*20,1=12,79 кН

N=150+6,85+12,79=169,64 кН

p_II = кПа

179,70 кПа < 224,07 кПа

Разница превышает 5 %-фундамент подобран неэкономично

Принимаем размеры фундамента =1м, l=0,78 м, V_f=0,17 м³ h=0.3 м

Выполняем расчет сопротивления для подобранного фундамента:

кПа

Произведем проверку подобранных размеров

p_II =

N=N^II+N_f^II+N_s^II

N_f^II -вес фундамента

N_f^II =V_f ? г_b , г_b=25 кН/м³

N_f^II =0,17•25=4,25 кН

N_s^II -вес грунта над уступами фундамента

N_s^II =V_s? гII'

N_s^II =0,56*20,1=11,256 кН

N=150+4,25+11,256=165,506 кН

p_II = кПа

212,19 кПа < 227,73 кПа

Разница составляет 7 %, следовательно размеры фундамента подобраны верно. Окончательно принимаем фундамент ФЛ 10-8-2 с параметрами =1м, l=0,78 м, V_f=0,17 м³ h=0,3 м.

2.3 Расчет осадки фундамента методом послойного суммирования

1. Определяем природное и вспомогательное напряжение от собственного веса грунта.

- природное

- вспомогательное

Определяем удельный вес грунтов:

с·g =2,01·10=20,1 кН/м³

с·g =1,89·10=18,9 кН/м³

Так как во втором слое грунта проходит уровень грунтовых вод, то удельный вес необходимо пересчитать с учётом взвешивающего действия воды.

г_sb2= кН/м³

Аналогично

г_sb3= кН/м³

с·g =1,98·10=19,8 кН/м³

1) На поверхности земли:

Дополнительное вертикальное напряжение

2) Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на подошве фундамента:

= кПа

Дополнительное вертикальное напряжение

кПа

3) Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы 1-го слоя:

= кПа

кПа

4) Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне грунтовых вод:

= кПа

кПа

5) Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы 2-го слоя:

= кПа

кПа

6) Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы 3-го слоя:

= кПа

кПа

7) Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на кровле водоупора:

кПа

кПа

кПа

7) Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на подошве 4-го слоя:

кПа

кПа

2. Определяем дополнительное давление на подошву фундамента

кПа

3. Сжимающую толщу грунта ниже подошвы фундамента разбиваем на элементарные слои высотой z_i Определяем высоту элементарного слоя :



м < 0,3м, следовательно z_i=0,4 м

4. Определяем напряжение на каждом элементарном слое.

Для этого составляем таблицу.

Таблица 4.

№	Наименование слоя	zi, м	hi, м			кПа	Eo, кПа
1	Супесь твёрдая IL=-2,46 е=0,42	0	1,1	0	1	190,08	32000
2		0,4	1,5	0,8	0,881	167,46
3	Суглинок тугопластичный IL=0,48 е=0,62	0,8	1,9	1,6	0,642	122,03	19000
4		1,2	2,3	2,4	0,477	90,67
5		1,6	2,7	3,2	0,374	71,09
6		2,0	3,1	4,0	0,306	58,16
7	Песок мелкий средней плотности насыщенный водой е=0,72	2,4	3,5	4,8	0,258	49,04	18000
8		2,8	3,9	5,6	0,223	42,39
9		3,2	4,3	6,4	0,196	37,26
10		3,6	4,7	7,2	0,175	33,26
11		4,0	5,1	8,0	0,158	30,03
12		4,4	5,5	8,8	0,143	27,18
13		4,8	5,9	9,6	0,132	25,09
14		5,2	6,3	10,4	0,122	23,19
15		5,6	6,7	11,2	0,113	21,48
16		6,0	7,1	12,0	0,106	20,15

5. Определяем осадку фундамента.

где в=0,8 - коэффициент бокового расширения,

- модуль деформации,

- среднее напряжение в i-ом слое.

1,36 см < 8 см

Вывод: осадка удовлетворяет условию, следовательно, допустима.

Рисунок 3.

2.4 Расчет осадки фундамента методом эквивалентного слоя (метод Цытовича)

1. Найдем коэффициент относительной сжимаемости по формуле:

m0 -коэффициент сжимаемости

e- коэффициент пористости

кПа^-1

кПа^-1

кПа^-1

2. Определим мощность эквивалентной эпюры по формуле:

Aw=2,60 - коэффициент эквивалентного слоя (при коэффициенте Пуассона = 0,3- для песков и супесей)

b=1 м - ширина подошвы фундамента

3. Определяем величину сжимающей толщи по формуле:



4. Строим эпюру и определяем значения hi и zi

Рисунок 4.

h1=0,5 м z1=4,95 м

h2=1,7 м z2=3,85 м

h3=3,0 м z3=1,5 м

5. Определяем среднее значение коэффициента относительной сжимаемости:



6. Определяем осадку фундамента:

Вывод: 0,465 см <8 см, что удовлетворяет условию S<Su

2.5 Расчет затухания осадки во времени

Величина сжимаемой толщи:

Величина осадки:

Определение среднего значения коэффициента фильтрации:

Определение коэффициента консолидации:



Определение периода консолидации:

U	N	t=N*T, год	St=S*U, см
0,2	0,02	0,06	0,09
0,4	0,13	0,42	0,19
0,6	0,42	1,34	0,28
0,8	1,08	3,46	0,37
0,95	2,54	8,13	0,44

Рисунок 5. График затухания осадки во времени.

3. Расчет свайного фундамента

3.1 Выбор глубины заложения ростверка, несущего слоя грунта и конструкции сваи

Глубину заложения ростверка принимаем конструктивно d=2,45 м.

Высота ростверка принимаем 0,5 м

Принимаем глубину заделки сваи в ростверк ?Z=0,1 м

Рисунок 6.

Принимаем сечение сваи:

30 см 30 см, т. е. 0,3 м 0,3 м

длину сваи принимаем 3 м

3.2 Определяем несущую способность и силы расчётного сопротивления сваи по материалу и грунту

1.Определение силы расчетного сопротивления сваи по материалу:

, где

 - коэффициент условий работы сваи в грунте;

- коэффициент продольного изгиба (зависит от вида ростверка);

- коэффициент работы бетона (зависит от способа погружения сваи);

- расчетное сопротивление бетона;

- площадь сечения сваи;

- расчётное сопротивление арматуры;

- площадь поперечного сечения арматуры.

=1

=1

=1

=8,5МПа

=225МПа

=0,09 м²

=4,52*10^-4 м²

2.Определение силы расчетного сопротивления сваи по грунту:

- несущая способность сваи по грунту;

=1 - коэффициент условия работы сваи в грунте;

, - коэффициенты условия работы грунта соответственно под нижним концом сваи и по её боковой поверхности.

=1, =1 по СНиП.

R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи;

А - площадь опирания сваи на грунт (площадь сечения сваи);

u - наружный периметр поперечного сечения сваи;

f_i - расчетное сопротивление i-того слоя грунта по боковой поверхности сваи;

h_i - толщина i-того слоя грунта;

; м²; м;

f₁ =20 кПа h1=0,85 м

f₂ = 38 кПа h2=2,05 м

3.Определение силы расчетного сопротивления сваи по грунту:

F_RS - сила расчетного сопротивления сваи по грунту;

г_k - коэффициент надежности, назначаемый в зависимости от метода определения несущей способности сваи;

г_k=1,4

кН.



Рисунок 7.

3.3 Определение приближённого веса ростверка и числа свай

где N_II - нагрузка вертикальная по обрезу фундамента по 1 группе предельных состояний,

Определение среднего давления на основание под ростверком:



d - диаметр сваи

Определение площади подошвы ростверка A_g

г_f - коэффициент надежности по грунту,

г_m - коэффициент среднего значения удельного веса материала ростверка и грунта на уступах.

г_m с подвалом - 17 кН/м³

d_g - глубина заложения ростверка

г_f=1,1

г_m=17 кН/м³

d_g=2,45 м

Определение количества свай :

з_m - коэффициент, учитывающий действие момента, для центрально нагруженных фундаментов равен 1;

Ng- вес ростверка и грунта на уступах

Ng=18,5+71,73=90,23 кН

3.4 Конструирование ростверка

Минимальное расстояние между сваями 3d, d - диаметр поперечного сечения сваи. Расстояние в свету от края сваи до края ростверка должно быть не менее 5 см. Проверка усилий, передаваемых на сваю:

кН < 222,77кН

Где N - нагрузка

n - количество свай

Определяем перегруз:

% >5%-фундамент подобран верно

Рисунок 8.

3.5 Расчет осадки свайного фундамента

Определяем средневзвешенное значение угла внутреннего трения

- расчетное значение, соответственно угла внутреннего трения i слоя, прорезаемого сваей и толщина i-ого слоя

h₁=1,6 м, ц₁=23, h₂=1,7 м

ц₂=17

h₃=2,05 м

ц₃=27

Определяем размеры подошвы условного фундамента

Рисунок 9. Рисунок 10.

Определяем вес условного фундамента:

2,71*3,99*(1,6*20,1+0,5*18,9+1,2*10,185+2,05*9,65)=795,04кН

Давление на грунт от условного фундамента:

=(1200+795,04)/10,8=184,73 кПа

Определяем расчетное сопротивление грунта R, расположенного ниже условного фундамента

d_c - глубина заложения условного фундамента;

г₁₁=(9,65*1,85+19,8*4,7)/(1,85+4,7)=16,93 кН/м³ - осредненное значение удельного веса грунтов под подошвой фундамента

г₁₁¹=(2,05*9,65+1,2*10,185+0,5*18,9+1,6*20,1)/(2,05+1,2+0,5+1,6)=13,76 кН/м³ - выше подошвы фундамента

г_c1, г_c2 - коэффициенты условия работы

г_c1=1,3

г_c2=1,3

к - коэффициент принимаемый равным 1.

к=1

М_г, М_q, М_с - коэффициенты, принимаемые в зависимости от угла внутреннего трения ц =27⁰ С

М_г =0,91, М_q =4,64, М_с =7,14.

к_z - коэффициент, принимаемый равным 1, т. к. < 10 м.

c_II - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента.

184,73 кПа<R=647,57 кПа - требование выполняется.

Расчет осадки выполняем методом послойного суммирования.

1. Определяем ординаты эпюры.

1) На поверхности земли:

Дополнительное вертикальное напряжение:

2) Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы 1-го слоя:

= кПа

Дополнительное вертикальное напряжение: кПа

3) Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне грунтовых вод:

= кПа

кПа

4) Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы 2-го слоя:

= кПа

кПа 5) Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы условного фундамента:

= кПа

кПа

6) Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы 3-го слоя:

= кПа

кПа

7) Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на кровле водоупора:

кПа

кПа

кПа

7) Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на подошве 4-го слоя:

кПа

кПа

2. Определяем дополнительное давление на подошву фундамента.

;

 кПа.

3. Определяем элементарную высоту слоя.

;

м.

4. Разбиваем грунтовую толщу от подошвы на элементарные слои.

5. Определяем напряжения на каждом элементарном слое. Для этого составим таблицу:

Таблица 5.

№	Наименование слоя	zi, м	hi, м			кПа	Eo, кПа
1	Песок мелкий средней плотности насыщенный водой е=0,72	0	5,35	0	1	111,22	18000
2		0,54	5,89	0,4	0,972	108,11
3		1,08	6,43	0,8	0,848	94,31
4		1,62	6,97	1,2	0,682	75,85
5	Глина полутвёрдая е=0,73	2,16	7,51	1,6	0,532	59,17	21000
6		2,7	8,05	2,0	0,414	46,04
7		3,24	8,59	2,4	0,325	36,15
8		3,78	9,13	2,8	0,260	28,92

6. Определяем осадку фундамента.

,

где - корректирующий коэффициент,

- модуль деформации,

- среднее напряжение в i-ом слое.

Вывод: осадка удовлетворяет условию, следовательно допустима.

Рисунок 11.

Список литературы

1. СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений. М.: Стройиздат, 1983 г.

2. Берлинов М.В. Основания и фундаменты. М.: Высшая школа, 1988г.-319 с.

3. Гусева В. И. Методические указания «Механика грунтов, основания и фундаменты». М.: Издательство Всесоюзного заочного политехнического института, 1991 г.-50с.

4. Ухов С. Б., Семенов В. В., Знаменский В. В. и др. Механика грунтов, основания и фундаменты. М.: Издательства АСВ, 1994 г.-527 с.

5. Далматов Б. И. Механика грунтов, основания и фундаменты. М.: Стройиздат, 1981 г.-319с.

6. СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты / Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1983 г.

7. СНиП 2.01.01-82. Строительная климатология и геофизика / Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1987 г.

8. СНиП 25100-95. Грунты. Классификация. - М.: Из-во стандартов, 1986 г.

Размещено на Allbest.ru