Проект фундаментов под здание гаража в г. Быхове

Размещено на http://www.allbest.ru/

55

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

В данном курсовом проекте нужно рассчитать и запроектировать фундаменты под здание гаража в г. Быхове.

Проектирование конструкций сооружения и их оснований осуществляется по предельным состояниям, которые подразделяются на две группы. Первая группа - по несущей способности - потеря устойчивости или формы, возможные виды разрушений, ползучесть или текучесть материала, чрезмерное раскрытие трещин и др. Вторая группа - по непригодности к нормальной эксплуатации.

Предельные состояния оснований существенно отличаются от предельных состояний строительных конструкций, в том числе и самого фундамента, т.к. у них различные условия работы, а именно: материалы в строительных конструкциях и грунтов в основаниях; физико-механические свойства; критерии оценки прочности и деформативности оснований и возводимых на них фундаментов и надземных конструкций.

Проектирование оснований и фундаментов состоит из обоснованного соответствующим расчетом выбора типа основания (естественного и искусственного), фундамента (конструкции, типа материала и размеров, мелкого или глубокого заложения), мероприятий по уменьшению влияния деформаций здания или сооружения на эксплуатационную пригодность.

Данное здание представляет собой гараж, наружные стены которой выполнены кирпичными толщиной 510 мм, внутренние - кирпичные 380мм. Под зданием между осями Ж-И предусмотрен подвал глубиной 3м. Здание имеет следующие размеры в осях: длина - 42,0 м; ширина - 36,0 м.

Под наружные стены предусматривается сборный ленточный фундамент. Колонны для данного здания запроектированы сборными железобетонными сечением 300х400 мм, 300х300мм под них запроектированы фундаменты стаканного типа.

Инженерно--геологические условия площадки определялись по трем пробуренным скважинам, одна - в центре плана здания и две - на расстоянии 5м от крайних осей здания по продольной стороне.

1. Оценка инженерно-геологических условий строительной площадки

Инженерно-геологические условия строительной площадки представляются по данным буровых скважин.

Оценку инженерно-геологических условий строительной площадки начинают с построения инженерно-геологического разреза. По данным колонок скважин (скважин должно быть минимум три) строится инженерно-геологический разрез (см. графическую часть) в масштабах: вертикальном - 1:100, горизонтальном -1:200. При построении геологического разреза указывается граница каждого слоя грунта, проставляются отметки каждого слоя, наносятся отметки уровня грунтовых вод по каждой из скважин. Чтобы наглядно представить особенности каждого слоя грунта, справа от геологического разреза строится эпюра табличных значений R_o по вертикали.

В данном курсовом проекте, исходя из предварительного изучения данных на проектирование, скважины прошли 5 слоев грунта. Отметки устьев скважин, мощность каждого из слоев, отметки уровня грунтовых вод по каждой скважине приведены в задании на проектирование.

2. Анализ грунтовых условий строительной площадки

2.1 Определение наименования грунтов

Толщина растительного слоя - 0,3 м.

Слой № 2(53):

Таблица 1 - Исходные данные

Номер варианта грунта	Физико-механическая характеристика
	сs, г/см3	с, г/см3	W, %	WL, %	Wp, %
53	2,3	1,69	17,4	40	23

Определим основные показатели:

- число пластичности:

I_P = W_L - W_P, (2.1)

где W_L и W_p - влажность на границе текучести и границе раскатывания соответственно.

I_P = 40 - 23 = 17 %

Показатель текучести:

(2.2)

Так как I_P = 17? 17, а I_L = -0,329 < 0, то данный грунт - глина твёрдая .

Плотность грунта с_d в сухом состоянии определяется по формуле (2.3):

 (2.3)

г/см³

Определим коэффициент пористости по формуле (2.4):

(2.4)

Определим степень влажности по формуле (2.5):

(2.5)

Т.к. 0,5<S_r = 0,67 < 0,8, то грунт является влажным.

Прочностные и деформативные характеристики для глины твёрдой при е = 0,597; R₀ = 503кПа; с_n =74,89кПа; ц_n = 20,53є; Е_n =26,12 МПа.

Слой № 3(51):

Таблица 2 - Исходные данные

Номер варианта грунта	Физико-механическая характеристика
	сs, г/см3	с, г/см3	W, %	WL, %	Wp, %
51	2,71	1,72	36,0	34,2	19,1

Определим основные показатели:

- число пластичности:

I_P = W_L - W_P, (2.1)

где W_L и W_p - влажность на границе текучести и границе раскатывания соответственно.

I_P = 34,2 - 19,1 = 15,1 %

Показатель текучести:

(2.2)

Т.к. 7< I_P = 15,1<17, а I_L = 1.119 >1, то данный грунт - суглинок текучий.

Плотность грунта с_d в сухом состоянии определяется по формуле (2.3):

г/см³

Определим коэффициент пористости по формуле (2.4):

Определим степень влажности по формуле (2.5):

Т.к. S_r =0,85 >0,8, то грунт является насыщенным водой.

Прочностные и деформативные характеристики для суглинка текучего при е = 1,14; R₀ = 150кПа; с_n =12кПа; ц_n = 12є; Е_n =5 МПа.

Слой № 4(7):

Таблица 3 - Исходные данные

N грунта	Гранулометрический состав - содержание частиц грунта в %, крупностью, мм	Физико-механическая характеристика
	2--1	1--0,5	0,5--0,25	0,25--0,1	0,1--0,05	0,05--0,01	0,01--0,005	менее 0,005	сs, г/см3	с, г/см3	W, г/см3
7	4	25	28,9	39	2,8	1	1	0,7	2,66	2,08	20

Частиц > 2 мм 4% < 25%.

Частиц > 0,5мм 25%+4%=29 < 50%.

Частиц > 0,25мм 29%+28,9%=57,9% > 50%.

Так как частиц крупнее 0,25 мм - 57,9%, что больше 50% следовательно, песок средней крупности.

Плотность грунта с_d в сухом состоянии определяется по формуле (2.3):

(2.3)

г/см³

Устанавливаем плотность сложения по коэффициенту пористости, определяется по формуле (2.4):

(2.4)

Таким образом, при е = 0,535 < 0,55 имеем песок средней крупности, плотный.

Определим степень влажности по формуле (2.5):

 (2.5)

Так как, при > 0,8 - пески, насыщенные водой.

Прочностные и деформативные характеристики для песка гравелистого, средней плотности, насыщенного водой при е = 0,535; R₀ = 500 кПа; с_n = 2,15 кПа; ц_n = 38,3; Е_n = 36,5 МПа.

Слой № 5(67):

Таблица 4 - Исходные данные

Номер варианта грунта	Физико-механическая характеристика
	сs, г/см3	с, г/см3	W, %	WL, %	Wp, %
67	2,69	1,95	25,3	35,0	22,0

Определим основные показатели:

- число пластичности:

I_P = W_L - W_P, (2.1)

где W_L и W_p - влажность на границе текучести и границе раскатывания соответственно.

I_P = 35 - 22 = 13 %

Показатель текучести:

(2.2)

Т.к. 7< I_P = 13<17, а 0,25< I_L = 0,254<0,55, то данный грунт - суглинок тугопластичный.

Плотность грунта с_d в сухом состоянии определяется по формуле (2.3):

г/см³

Определим коэффициент пористости по формуле (2.4):

Определим степень влажности по формуле (2.5):

Т.к. S_r =0,934 >0,8, то грунт является насыщенным водой.

Прочностные и деформативные характеристики для суглинка тугопластичного при е = 0,729; R₀ = 314,95кПа; с_n =24,05кПа; ц_n = 21,21є; Е_n =15,05 МПа.

Таблица 5 - Сводная таблица физико-механических свойств грунтов

№ п.п	Наименование грунта	Мощность слоя	Физическая характеристика грунта	Прочностная и деформационная характеристики
			сs, г/см3	с, г/см3	сd, г/см3	W, %	WL, %	WP, %	Ip	IL	e	Sr	cn, кПа	цn	R0, кПа	En, МПа
			гS	г	гd
1	Растительный слой	0,3	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
2	Глина твёрдая	3,4	2,3	1,69	1,44	17,4	40	23	17	-0,329	0,597	0,67	74,89	20,53	503	26,12
			23,0	16,9	14,4
3	Суглинок текучий	11,15	2,71	1,72	1,27	36	34,2	19,1	15,1	1,119	1,143	0,8535	12	12	150	5
			27,1	17,2	12,7
4	Песок средней крупности, плотный	1,07	2,66	2,08	1,733	20	-	-	-	-	0,535	0,994	2,15	38,3	500	36,5
			26,6	20,8	17,33
5	Суглинок тугопластичный	3,72	2,69	1,95	1,556	25,3	35	22	13	0,2538	0,729	0,934	24,05	21,21	314,95	15,05
			26,9	19,5	15,56

3. Анализ грунтовых условий строительной площадки

Характер напластований и сведения о физико-механических свойствах грунтов позволяют выделить в пределах исследованной толщи пяти инженерно-геологических элементов:

Горизонт 1 - растительный слой;

Горизонт 2 - глина твёрдая, влажная, с коэффициентом пористости е = 0,597 может служить естественным основанием;

Горизонт 3 - суглинок текучий, с коэффициентом пористости е = 1,143, не может служить естественным основанием;

Горизонт 4 - песок средней крупности, плотный с коэффициентом пористости е = 0,535, может служить естественным основанием;

Горизонт 5 - суглинок тугопластичный, с коэффициентом пористости е = 0,729, может служить естественным основанием.

Вывод: Исходя из оценки инженерно-геологических условий строительной площадки и анализа физических характеристик грунтов можно сделать вывод, что верхний слой - глина твёрдая, влажная может служить основанием.

4. Расчет и конструирование фундаментов по выбранным вариантам

При выборе типа фундамента необходимо рассмотреть два-три конкурентоспособных варианта, которые зависят от инженерно-геологических условий площадки и величины нагрузки на фундамент. Возможны следующие основные варианты:

-фундаменты мелкого заложения;

-свайные фундаменты.

4.1 Расчёт фундаментов мелкого заложения

4.1.1 Определение глубины заложения фундаментов

1) по назначению и конструктивным особенностям - здание не имеет подвала.

При применении железобетонных колонн верхний обрез фундамента проектируем на 150 мм ниже отметки чистого пола. Планировочная отметка DL = (62,9+ 62,5 + 62,0) / 3 = 62,5 м(-0,15), тогда получаем отметку чистого пола 62,65 м.

Глубину заделки сборных колонн сплошного сечения Н_з принимают равной:

Н_з=(11,5)·h_k = (11,5)·0,3 = 0,3 0,45 м,

где h_k - больший размер колонны.

Толщина дна стакана не менее 200 мм, примем

h_f = 0,3+0,45 = 0,75 м.

2) по существующему и проектируемому рельефу - рельеф спокойный - ограничений нет;

3) по глубине заложения фундаментов существующих сооружений - ограничений нет;

4) по нагрузкам - на основания и фундаменты - ограничений нет;

5) по инженерно-геологическим и гидрологическим условиям площади строительства - несущий слой - глина твёрдая, влажный с коэффициентом пористости е = 0,597 может служить естественным основанием;

6) по глубине сезонного промерзания грунтов - нормативная глубина промерзания для г. Быхов глины d_fn =1,05 м.

Вычисляем расчетную глубину промерзания:

d_f = k_h · d_fn = 0,6 · 1,05 = 0,63 м,

где k_h - коэффициент, учитывающий влияние теплового режима здания на глубину промерзания грунта у фундаментов наружных стен.

Следовательно, в любом случае подошва фундамента будет ниже глубины промерзания.

Минимальная глубина заполнения фундамента по конструктивным соображениям, используя унифицированный подколонник размером 0,9Ч0,9 м, глубиной 0,9 м 0,45 м и плитную часть толщиной 0,3 м.

d = 0,9 + 0,45 = 1,35 м.

Примем типовой монолитный фундамент под колонну 0,3Ч0,3 м высотой h=1,35 м.

4.1.2 Определение размеров подошвы фундамента

Исходные данные: схема 9, сечение 5-5.

Расчетное значение нагрузок по двум группам предельных состояний(нагрузки даны на уровне обреза фундамента).

По 1-ой группе: F_V0,1= 612,3 кH М_0,1 = 58,6 кНм F_h0,1= 16,5 кН

По 2-ой группе: F_V0,11= 556,6 кH М_0,11= 53,3 кНм F_h0,11= 15 кН

Определим площадь подошвы фундамента в плане:



Рисунок 1 - К определению глубины заложения в сечении 5-5

(4.1)

м²,

тогда м.

Уточняем расчетное сопротивление грунта при b₁ =1,08 м по формуле для здания без подвала:

, (4.2)

где _С1 и _С2 - коэффициенты условий работы, учитывающие особенности работы разных грунтов в основании фундаментов: _С1 = 1,25; _С2 = 1 при L/Н = 42/8,6 = 4,88;

k - коэффициент, принимаемый: k = 1,1 - т.к. прочностные характеристики грунта приняты по нормативным таблицам;

k_Z - коэффициент принимаемый k_Z = 1 при b<10 м; b - ширина подошвы фундамента, м;

_II и '_II - усредненные расчетные значения удельного веса грунтов, залегающих соответственно ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды) и выше подошвы, кН/м³; '_II = _II = 16,9 кН/м³;

С_II - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа; С_II =74,89 кПа;

М , М_q , М_с - безразмерные коэффициенты; при ц_n=20,53⁰ M = 0,5365; М_q = 3,1554; М_с = 5,7554;

d₁ - глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала; d₁=1,35 м.

Уточняем А₂ при R₁ = 582,73 кПа:

м²

тогда м.

Принимаем b = 1,5 м.

Уточняем расчетное сопротивление грунта при b =1,5 м:

Найдем экцентриситет при b = 1,5 м:

м (4.3)

Так как м >м, то размеры подошвы фундамента определяем как для внецентренно загруженного прямоугольного фундамента.

Принимаем размеры фундамента в плане b x l = 1,5 х 2,1 м.

Для внецентренно сжатых фундаментов:

Р_m ? R; P_max ? 1,2R; P_min > 0 (4.4)

Фактическое давление под подошвой фундамента:

(4.5)

(4.6)

Определим вес фундамента:

кН (4.7)

Вес грунта обратной засыпки:

кН (4.8)

кН

кПа

(4.8) (4.9)



(4.10)

Так как Р_m=231,35? R=587,06; P_max =271,03?1,2R=704,47; P_min=137,67>0 - условия, необходимые для расчета по деформациям, выполняются.

Следовательно, размеры подошвы фундамента подобраны правильно.

Рисунок 2 - К определению размеров фундамента

4.2 Проверка подстилающего слоя

Наличие в пределах сжимаемой толщи слоя грунта менее прочного, чем грунт под подошвой фундамента, требует проверки условия:

_Zp + _Zq R_z , (4.11)

где _Zp и _Zq - вертикальные нормальные напряжения в грунте на глубине z от подошвы фундамента соответственно дополнительные от нагрузки на фундамент и от собственного веса грунта, кПа;

R_z - расчетное сопротивление грунта на кровле слабого слоя для условного фундамента шириной b_z.

Проверяем прочность подстилающего слоя грунта - суглинка мягкопластичного, расположенного под подошвой фундамента на глубине z = 2,05 м.

Напряжение на уровне подошвы фундамента от собственного веса грунта:

у_zq0 = г₁ · h₁ =16,9· 1,35=22,815 кПа;

На глубине z = 2,05 м:

у_zq1 = у_zq0 + г₂ · h₂ =22,815+16,9· 2,05=57,46 кПа.

Дополнительное давление под подошвой фундамента:

P₀ = Р_m - у_zq0 =231,35-22,815=208,535 кПа.

Дополнительное вертикальное напряжение, действующее на кровлю слабого грунта от нагрузки на фундамент на глубине z =2,05м, определим по формуле:

_Zp = P₀

Для определения найдем и , тогда = 0,2714, откуда

_Zp = 0,2714 • 208,535 = 56,6 кПа.

Определяем расчетное сопротивление R_z суглинка текучего на глубине 2,05 м от подошвы фундамента по формуле 4.2.

Для этого по значению ц_n = 12⁰ находим M = 0,23, M_q = 1,94, M_c = 4,42, C_II = 12 кПа, _C1=1,1 и _C2=1 , кН/м³.

Находим ширину квадратного фундамента:

, (4.12)

где м².

м.

кПа

Условие выполняется:

_Zp + _Zq = 56,6 + 57,46 = 114,06 кПа < R_Z = 120,3 кПа,

следовательно, размеры фундамента подобраны удовлетворительно.

Рисунок 3 - К расчету подстилающего слоя

4.3 Расчет оснований по деформациям

Задача расчета по деформациям состоит в том, чтобы не допустить такие деформации основания, при которых нарушается нормальная эксплуатация надземных конструкций. Основное условие расчета определяется выражением:

S S_u , (4.13)

где S - совместная деформация основания и сооружения, определяемая расчетом;

S_u - предельное допустимое значение деформации основания.

Если условие (4.13) не удовлетворяется, то возможно применение следующих мероприятий: изменение размеров фундамента, переход к другому типу фундаментов, улучшение деформативно-прочностных показателей грунта основания, изменение верхнего строения.

Осадка основания S с использованием расчетной схемы в виде линейно-деформируемого полупространства определяется методом послойного суммирования по формуле (4.14):

, (4.14)

где в = 0,8 - безразмерный коэффициент, корректирующий упрощенную схему расчета;

h_i - толщина i-го слоя грунта, м;

Е_i - модуль деформации i-го слоя грунта, кПа;

- среднее дополнительное напряжение в i-ом слое грунта, равное полусумме дополнительных напряжений на верхней и нижней границах i-го слоя, кПа:

, (4.15)

Размеры фундамента в плане: b Ч l = 1,5 Ч 2,1 м, среднее давление под подошвой условного свайного фундамента - Р_m = 231,35 кПа.

Построим эпюру распределения вертикальных напряжений от собственного веса грунта в пределах глубины 6 · b = 6 · 1,5 = 9 м ниже подошвы фундамента.

Нижняя граница сжимаемой толщи основания принимается на глубине Z = H_c от подошвы фундамента, где выполняется условие:

_zp = 0,2 · _zq (4.16)

Вертикальные природные напряжения _zq на некоторой глубине Z от поверхности грунта определяют по формуле:

, (4.17)

где _i - удельный вес грунта i-го слоя;

h_i - толщина i-го грунта;

n - число слоев грунта в пределах глубины Z.

Удельный вес грунтов залегающих ниже уровня подземных вод, но выше водоупора, должен приниматься с учетом взвешивающего действия воды, т.е:

, (4.18)

где _si , e_i - соответственно удельный вес частиц грунта и коэффициент пористости i-го слоя грунта;

_w = 10 кН/м³ - удельный вес воды.

- по подошве фундамента:

у_zq0 = г₁ · h₁ = 16.9 · 1,35 = 22,815 кПа 0,2·у_zq0 = 0,2·22,815 = 4,563 кПа.

- на подошве первого слоя:

у_zq1 = у_zq0 + г₁ · h₂ = 22,815 + 16,9 · 2,05 =57,46 кПа

0,2·у_zq1 = 0,2·57,46 = 11,492 кПа.

- по подошве суглинка текучего без учета взвешивающего действия воды:

у_zq2 = у_zq1 + г₂ · h₃ = 57,46 +17,2 · 0,9 = 72,94 кПа

0,2·у_zq2 = 0,2 · 72,94 = 14,588 кПа.

- по подошве суглинка текучего с учетом взвешивающего действия воды:

у_zq3 = у_zq2 + · h₄ = 72,94 + · 10,25 = 154,73 кПа

0,2·у_zq3 = 0,2·154,73 = 30,95 кПа

- по подошве песка средней крупности с учетом взвешивающего действия воды:

у_zq4 = у_zq3+· h₅ =154,73 + · 1,07 = 166,03 кПа

0,2·у_zq4 = 0,2 · 166,03 = 33,26 кПа

- по подошве суглинка тугопластичного с учетом взвешивающего действия воды:

у_zq5= у_zq4 +· h₆ = 166,03 + · 3,72 = 202,66кПа

0,2·у_zq5 = 0,2 · 202,66 = 40,53 кПа

Определяем дополнительное давление на основание под подошвой фундамента:

P₀ = Р_m - у_zq0 = 231,35 - 22,815 = 208,535 кПа. (4.19)

Толщу грунта ниже подошвы фундамента разбиваем на слои:

Полученные значения ординат напряжений отложим на геологическом разрезе (см. графическую часть) и построим эпюры от собственного веса грунта и вспомогательную.

Дополнительные вертикальные напряжения от внешней нагрузки определяют по формуле:

_zp = P₀ , (4.20)

где Р₀ = Р_m - _zg,0 - дополнительное вертикальное давление на основание;

Р_ср - среднее давление под подошвой фундамента;

_zg,0 - вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента;

- коэффициент, учитывающий уменьшение дополнительных напряжений по глубине.

Вычисления произведем в табличной форме. Нижнюю границу сжимаемой толщи находим по точке пересечения вспомогательной эпюры и эпюры дополнительных вертикальных напряжений. Эта точка соответствует мощности сжимаемой толщи Н_c = 4,2 м.

Осадку вычисляем с помощью послойного суммирования. Суммарная осадка не должна превышать предельно допустимых деформаций основания, которые составляют для данного вида сооружения 8 см.

Кроме того, глубина сжимаемой толщи не должна превышать значения, равного 6 · b = 6 · 1,5 = 9,0 м. Это условие выполняется:

Н_с = 4,2 м ? 6·b = 9,0 м.

Таблица 6 - К расчету осадки фундамента мелкого заложения

Наименование грунта	Еi, Мпа	Толщина пласта грунта, м	?i, кН/м3	уz0, кПа	0,2уzp, кПа	hi, м	Zi, м	ж=2Z/b b=1.5м	б	уzp, кПа	Si, м
Глина твёрдая	26,12	2,2	16,9	22,815	4,563	0	0	0	1	208,5350	0
				32,955	6,591	0,6	0,6	0,8	0,848	176,8377	0,00325
				43,095	8,619	0,6	1,2	1,6	0,532	110,9406	0,00204
				53,235	10,647	0,6	1,8	2,4	0,325	67,7739	0,00125
				57,46	11,492	0,3	2,05	2,733	0,271	56,5130	0,00043
Суглинок текучий	5	0,9	17,2	67,78	13,556	0,6	2,65	3,5333	0,179	37,3695	0,00359
				72,94	14,588	0,3	2,95	3,9333	0,15	31,2177	0,00150
	5	10,25	7,98	77,728	15,546	0,6	3,55	4,7333	0,108	22,5218	0,00216
				82,516	16,503	0,6	4,15	5,5333	0,081	16,8913	0,00162
				87,304	17,461	0,6	4,75	6,3333	0,063	13,2003	0,00127
				92,092	18,418	0,6	5,35	7,1333	0,05	10,42675	0,00100
				96,88	19,376	0,6	5,95	7,9333	0,041	8,487375	0,00081
				101,67	20,334	0,6	6,55	8,7333	0,034	7,02763	0,00067
				106,46	21,291	0,6	7,15	9,5333	0,029	5,943248	0,00057
				111,24	22,249	0,6	7,75	10,333	0,024	5,067401	0,00049
				116,03	23,206	0,6	8,35	11,133	0,021	4,420942	0,00042
				120,82	24,164	0,6	8,95	11,933	0,018	3,816191	0,00037
				121,22	24,244	0,1	9	12	0,018	3,75363	0,00003

Суммируем осадку в пределах сжимаемой толщи H_с = 4,2 м:

S_i= 0,00325 + 0,00204 + 0,00125 + 0,00043 + 0,00359 + 0,0015 + 0,00216 + 0,00162 + 0,00127 = 0,0171 м. = 1,71см.

S_i = ?S_i = 1,71 cм < S_U = 8 cм.

Следовательно, основное условие расчета по 2-ой группе предельных состояний удовлетворяется.

5. Расчет свайного фундамента

Расчет свайных фундаментов и их оснований производится по двум группам предельных состояний. По первой группе определяют несущую способность сваи по грунту, прочность материалов свай и ростверков. По второй группе предельных состояний рассчитываются осадки оснований фундаментов.

5.1 Предварительное определение размера сваи

Второй слой мощностью 3,4 м - глина твёрдая, влажная с коэффициентом пористости е = 0,575 имеет удовлетворительные деформационно-прочностные показатели, может служить естественным основанием, а также опорным пластом для опирания свай, но не хватает для заглубления сваи конструктивно, следовтельно не подходит.

Третий слой мощностью 11,15 м - суглинок текучий с коэффициентом пористости е = 1,143 имеет неудовлетворительные деформационно-прочностные показатели, не может служить естественным основанием, а также опорным пластом для опирания свай: г = 17,2 т/м³; г_s = 27,1 т/м³; W = 36 %; I_p = 15,1 %; I_L = 1,119; Е_n = 5 МПа; С_n = 12 кПа; ц_n =12; R_o =150 кПа.

Четвертый слой мощностью 1,07 м - песок средней крупности, плотный насыщенный водой с коэффициентом пористости е = 0,535 имеет удовлетворительные деформационно-прочностные показатели, может служить естественным основанием, а также опорным пластом для опирания свай: г = 20,8 т/м³; г_s = 26,6 т/м³; W = 20 %; Е_n = 36,5 кПа; С_n = 2,15 кПа; ц_n = 38,3є.

Пятый слой мощностью 3,72 м - суглинок тугопластичный с коэффициентом пористости е = 0,729 имеет удовлетворительные деформационно-прочностные показатели, может служить естественным основанием, а также опорным пластом для опирания свай: г = 19,5 т/м³; г_s = 26,9 т/м³; W = 25,3 %; I_p = 13 %; I_L = 0,254; Е_n = 15,05 кПа; С_n = 24,05 кПа;ц_n = 21,21є; R_o = 314,95 кПа.

Высота ростверка должна быть не менее h_о + 0,25 = 0,3 + 0,25 = 0,55 м,

где h_о - рабочая толщина ростверка, не менее 0,3 м.

Примем h_о = 0,6 м и h_ст = 0,9 м, тогда высота ростверка составит:

h_р = 0,6 + 0,9 = 1,5 м > 0,55м.

Глубина заложения ростверка от отметки чистого пола составит:

1,5 + 0,15 = 1,65 м.

Глубина заложения ростверка от планировочной отметки составит:

1,65 - 0,15 = 1,5 м.

Полная длина сваи определяется как сумма:

, (5.1)

где l₀ - глубина заделки свай в ростверк, м;

?l_гр - расстояние от подошвы ростверка до кровли несущего слоя, м;

l_н.с. - заглубление в несущий слой.

м.

Принимаем l = 14 м, сваю марки С14-40 G = 5,62 т. Сечение сваи принимаем 400х400 мм. Класс бетона С18/22,5.

фундамент свайный грунтовый



Рисунок 4 - К определению длины сваи.

5.2 Определение несущей способности сваи

Рисунок 5 - К определению несущей способности сваи.

Используя схему разбивки слоев грунта h_i, приведенную на рисунке 5, определим несущую способность висячих свай, погружённых забивкой молотами в третий слой в соответствии с формулой (5.2):

, (5.2)

где _с - коэффициент условия работы сваи в грунте, принимаемый _с = 1;

_сR , _сf - коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления грунта, принимаемые _сR = 1, _сf =1;

А - площадь опирания на грунт сваи, принимаемая по площади поперечного сечения сваи брутто, А = 0,4•0,4 = 0,16 м²;

U_i - усредненный периметр поперечного сечения сваи в i-ом слое грунта, U_i = 4 • 0,4 = 1,6 м;

R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кН.

R_fi - расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа.

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

Расчет будем вести в соответствии с уточненной схемой на рисунке 5.

При z₀ = 14,975 м под нижним концом сваи для песка средней крупности, плотного R = 5398,33 кПа.

Определим расчетное сопротивление грунта на боковой поверхности сваи:

- глина твёрдая, I_L= - 0.329:

1) при z₁ = 2,45 м R_f1 = 57,25 кПа, h₁ = 1,9 м, R_f1 · 1,15 = 65,84 кПа;

- суглинок текучий, I_L= 1,119:

2) при z₂ = 4,4 м R_f2 = 6,7кПа, h₂ = 2 м;

3) при z₃ = 6,4 м R_f3 = 7,7кПа, h₂ = 2 м;

4) при z₄ = 8,4 м R_f4 = 8кПа, h₂ = 2 м;

5) при z₅ = 10,4 м R_f5 = 8кПа, h₂ = 2 м;

6) при z₆ = 12,4 м R_f6 = 8кПа, h₂ = 2 м;

7) при z₇ = 13,975 м R_f7 = 8кПа, h₂ = 2 м;

- песок средней крупности, плотный:

8) при z₈ = 14,975 м R_f8 = 113,967кПа, h₂ = 0,85 м; R_f8 · 1,3= 148,157кПа

Несущая способность сваи будет равна:

Расчетная нагрузка, допускаемая на сваю:

кН. (5.3)

5.3 Определение количества свай и размещение их в ростверке

Нагрузки по обрезу ростверка F_V0,1= 612,3 кH; М_0,1 = 58,6 кНм;

F_h0,1= 16,5кН.

Необходимое количество свай в грунте определяется по формуле:

свай (5.4)

Примем количество свай n = 1 шт.

Высота ростверка 0,6 м.

Расстояние от края ростверка до внешней стороны вертикально нагруженной сваи при жесткой заделке ее в ростверк принимается на 20 см больше размеров куста свай по наружному контуру, размеры ростверка в плане принимаются кратными 30 см: - ширина ростверка 0,4 + 2 · 0,2 = 0,8 м.

- длина ростверка 0,4+2 · 0,2 = 0,8 м.

Принимаем следующие размеры ростверка с учетом принятого стакана под колонну размером 0,9Ч0,9 м: 1,2 Ч 1,2 м.

Рисунок 6 - Конструирование ростверка.

Нагрузку, приходящуюся на каждую сваю во внецентренно нагруженном фундаменте, определяем по формуле:

, (5.5)

где

N_I = N_OI + G_р + G_гр. (5.6)

Объем ростверка:

V_р =1,2 · 1,2 · 0,6 + 0,9 · 0,9 · 0,9 = 0,864 + 0,729 = 1,593 м³

Вес ростверка:

G_р = V_p ·г_б = 1,593 · 24 = 38,232 кН.

Вес грунта на уступах:

;

;

Общий объем:

м³;

м³.

тогда:

кН.

кН.

кН·м.

кН

кНкН; (5.7)

кН > 0. (5.8)

Условие выполняется, свайный фундамент запроектирован рационально.

5.4 Проверка прочности основания куста свай

Удовлетворение условия (5.7), для каждой сваи в отдельности не означает, что основание свай будет работать надежно. С цель проверки прочности основания свайный фундамент рассматривают как условный массивный фундамент (схема условного фундамента для свайного фундамента под колонну рисунок 7).

Для внецентренно-загруженного фундамента:

P_min/max= 1,2R_усл, (5.9)

где N_{OI I}, G_р , G_гр - соответственно, нагрузка по обрезу фундамента N_{OI I}, вес ростверка G_р и грунта на его уступах G_гр, в пределах условного фундамента, кН;

a_усл, b_усл - соответственно длина и ширина подошвы условного фундамента, м;

a_yсл=a₁+2•h•tg( _II,mt 4) (5.10)

b_yсл=b₁+2•h•tg(_II,mt 4), (5.11)

где _II,mt - осредненное расчетное значение угла внутренного трения грунта, определенное по формуле (5.12):

_{II, mt} = , (5.12)

где _II,i - расчётные значения углов внутреннего трения грунта по второй группе предельных состояний в пределах слоёв h _i;

h_i - глубина погружения сваи в грунт, считаем от подошвы ростверка

М - расчетный момент, действующий в уровне нижних концов свай, т.е. по подошве условного свайного фундамента и равен М = М_0II + F_0II,h ?d_усл , кН·м;

W - момент сопротивления подошвы условного свайного фундамента, м³;

R_усл - расчетное сопротивление грунта в плоскости подошвы условного фундамента, кПа.

Если условие (5.9) не выполняется, то необходимо либо увеличить количество свай, либо изменить расстояние между сваями, либо изменить размеры свай, или же увеличить глубину погружения свай.

; .

Определяем ширину условного фундамента:

a_yсл = b_yсл =0,4 + 2 · 13,9 • tg(15,33⁰ 4) = 2,262 м Принимаем b_yсл =2,3м

Рисунок 7 - К определению размеров условного фундамента.

Объем условного фундамента ABCD:

(5.13)

Площадь условного фундамента:

м² (5.14)

м³.

Объем ростверка и подколонника:

V_р =1,2 · 1,2 · 0,6 + 0,9 · 0,9 · 0,9 = 0864 + 0,729 = 1,593 м³

Объем свай:

м³.

Объем грунта в пределах условного фундамента:

м³. (5.15)

Вес грунта в объеме условного фундамента:

G_гр = ^ґ_II ·V_гр = 10,64 • 77,65= 826,2кН. (5.16)

где ^/_II --средний удельный вес грунтов, лежащих выше уровня подошвы:

Вес свай и ростверка:

G_св = V_св • _б = 2,224 • 24 = 53,38 кН (5.17)

G_р = V_р • _б = 1,593 • 24 = 38,232 кН. (5.18)

Вертикальная составляющая нормальных сил в уровне нижних концов свай:

N = F_V0II+G_р +G_св +G_гр =556,6+ 38,232 + 53,38 + 826,2 = 1474,41 кН (5.19)

Момент в уровне нижних концов свай:

M = M_{OI I} + F_0II,h • h_p = 53,3 + 15 1,5 = 75,8 кН•м. (5.20)

кПа.

Р_мах = 278,72 + 263,19 = 541,91 кПа;

P_min = 278,72 - 263,19 = 15,53 кПа.

Расчетное давление на грунт основания условного свайного фундамента в уровне его подошвы, при котором еще возможен расчет оснований по II группе предельных состояний:

(5.21)

Так как при L/Н = 42/8,6=4,88 _С2 = 1,2; _С1 = 1,4; k = 1,1; k_Z = 1; _II = 10,81 кН/м³; '_II = 10,64 кН/м³

При ц = 38,3⁰ M = 2,161; М_q = 9,641; М_с = 10,935; С_n = 2,15 кПа.

кПа

Р_ср = 278,72 кПа < R = 2530,65 кПа;

Р_max = 541,91 кПа < 1,2·R = 1,2 ? 2530,65 = 3036,78 кПа;

P_min =15,53 кПа > 0.

Все условия соблюдаются.

6. Технико-экономическое сравнение вариантов фундаментов

В данном курсовом проекте рассматриваются два варианта фундаментов: фундамент мелкого заложения и свайный фундамент. В применении к заданным геологическим условиям в качестве проектного выбран фундамент мелкого заложения. Это связано с тем, что проектирование свайного фундамента является экономически и технологически невыгодным. Причиной этому - наличие в верхней части слоя грунта - глины твёрдой, влажной, которая может служить надежным основанием для опирания на него фундаментов мелкого заложения, а сваю нужно бить до 4 слоя грунта, который находится на 15 м глубже проектной отметки. И так, исходя из вышеизложенного, наиболее приемлемыми являются два варианта фундаментов: мелкого заложения на естественном основании и свайного.

Однако при возведении свайного фундамента, возникают некоторые трудности, а именно - необходимо задействовать большее количество технических средств, затраты связаны с большим объемом земляных работ и т.д. Поэтому затраты при возведении фундамента мелкого заложения значительно меньше чем при возведении свайных фундаментов, в данных инженерно-геологических условиях.

7. Расчет фундамента по прочности материала

Необходимо рассчитать армирование фундамента стаканного типа под колонну для сечения 5-5.

Исходные данные: бетон С²⁰/₂₅, f_ck = 20 MПа, f_ctd = f_ctk /1,5=1MПа арматура класса S500, f_yd = 435 MПа, г_с=1,5, г_f = 1,5, с = 80 мм.

Расчетные нагрузки на обрез фундамента:

N_sd = F_V0,1= 612,3 кH,

М_sd = М_0,1 = 58,6 кН м,

V_sd = F_h0,1= 16,5 кН.

Поскольку фундамент не имеет поперечной арматуры, высота нижней ступени должна быть проверена на прочность по наклонному сечению по условию восприятия поперечной силы бетоном:

V_sd1 = P • (a_f - a₁ - 2 • l_inc) • 0,5 • b_f ? V_cd,min = 0,6 • f_ctd • б • b_f • d₁ , (7.1)

где l_inc - длина проекции рассматриваемого наклонного сечения, принимаем: l_inc = d₁ = h₁ - c -0,5ш= 450 - 80 -5= 365 мм;

a_f = 1,5 м - ширина ступени.

Р = N_sd / A = 612,3/ 3,15 = 194,38 кН/м²

V_sd1 = 244,36 • (2,1 - 0,9 - 2 • 0,365) • 0,5 • 1,5 = 86,14кН < V_cd = 0,6 • 1 • 10⁶ • 1 • 1,5 • 0,365 = 328,5 кН

Условие прочности выполняется.

Определяем сечение арматуры плитной части фундамента. Расчетная схема фундамента представляет собой консольный свес, работающий на изгиб, на который действует давление грунта. Сечение рассматриваем на грани колонны и на гранях ступени.

Усилие определяем в каждом сечении:

M_I-I = ( P • ( a_f - a_col )² • b_f ) / 8;

M_II-II = ( P • ( a_f - a₁ )² • b_f ) / 8. (7.2)

M_I-I = ( 222,13 • ( 2,1 - 0,4 )² • 1,5 ) / 8 = 120,37 кН•м;

M_II-II = (244,36 • ( 2,1 - 0,9 )² • 1,5 ) / 8 = 65,98 кН•м;

Определяем площадь сечения арматуры по максимальному моменту:

A_s = M_sd / 0,9 • d₁ • f_yd , (7.3)

A_sI-I = 120,37/ 0,9 • 1265 • 435 = 2,448• 10^-4 м² = 244,79 мм²

A_sII-II = 65,98 / 0,9 • 365 • 435 = 4,617• 10^-4 м² = 461,73 мм²

Принимаем требуемое количество рабочих стержней:

- в продольном направлении: Ш10 S500 c с шагом 200 мм;

- в поперечном направлении: Ш10 S500 c с шагом 200 мм;

Поперечную арматуру в подколоннике назначаем конструктивно.

Рисунок 8 - К расчету фундамента под колонну

8. Технология производства работ по устройству фундаментов

Перед устройством фундаментов необходимо выполнить ряд работ по разработке грунта. В самом начале производится очистка строительной площадки от мусора, деревьев, различного рода корчей, пней и т.д. Следующим этапом идет срезка растительного слоя, который может вывозиться или оставаться в отвалах для благоустройства и в дальнейшем использоваться для благоустройства территории. Следующим этапом является планировка площадки до проектной отметки, в данном случае DL=62,5 м, затем идет разработка грунта экскаваторами до проектной отметки.

При устройстве фундаментов мелкого заложения разбивку мест установки элементов фундамента проводят до их монтажа путем натягивания проволоки между обносками по продольным и поперечным осям.

С помощью отвеса на дно котлована переносят точку пересечения проволоки оси и размещают положение трех узлов фундаментной плиты. Нивелиром проверяется отметка основания дна котлована под фундамент, горизонтальность основания в различных направлениях выверяют рейкой и уровнем.

С помощью теодолита определяется правильность установки плитной части фундамента по осевым рискам или отвесом, подвешенным к проволочным осям.

Монтаж отдельных сборных фундаментов разделяется на:

- устройство основания;

- подачу сборных элементов в котлован с их установкой в проектное положение;

- заделкой стыков и швов.

Сборные элементы монтируются краном с установкой его внутри контура котлована, что обуславливает максимальное приближение крана к монтируемому фундаменту.

Особое внимание обращается на сохранность естественной структуры грунтов основания. Не допускается движение монтажных средств по подготовленной поверхности основания фундаментов.

Список использованной литературы

1. Бартоломой А.А. Механика грунтов: Учебник

2. Берлинов М.В. Основания и фундаменты: Учебник

3. Механика грунтов, основания и фундаменты: учебное пособие / С.Б. Ухов; под редакцией С.Б. Ухова - 2-е изд., стер. - М.

4. Механика грунтов, основания и фундаменты: учебное пособие / С.Б. Ухов; под редакцией С.Б. Ухова - 3-е изд., стер. - М.

5. СНБ 5.01.01-99 Основания и фундаменты зданий и сооружений.

6. СНиП 2.01.07-85 Нагрузка и воздействия.

7. СниП 2.02.01-83 Основания зданий и сооружений - М.: Стройиздат, 1985. - 41 с.

8. СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты.- М.: Стройиздат, 1990. - 51 с.

9. СТБ 943-94 Грунты. Классификация.

Размещено на Allbest.ru