Проектирование фундаментов

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

Проектирование фундаментов является основой проектирования конструкций зданий и сооружений. При проектировании конструкций требуется выбрать материал, оценить сжимаемость грунта на площадке строительства и использовать их сравнительные свойства, чтобы принять наиболее рациональные решения.

Прежде чем приступить к проектированию фундаментов зданий и сооружений необходимо иметь информацию о геологических, гидрогеологических условиях района строительства, а также о свойствах грунтов строительной площадки. Для этого на строительной площадке проводятся инженерно-геологические изыскания. Они включают проведение следующих работ: бурение скважин и разработку шурфов, обязательный отбор образцов с целью выяснения геологического строения и особенностей напластования, лабораторных исследований для установления физико-механических свойств грунтов.

Материалы инженерно-геологических изысканий включают топографический план участка строительства с указанием рельефа и горизонталей, уже существующих и проектируемых зданий и сооружений. На плане указывают геологические выработки (скважины, шурфы и штольни), геолого-литологические разрезы и профили с указанием абсолютных отметок, уровень подземных вод и его колебания. Этот иллюстративный материал дополняют пояснительной запиской, в которой излагаются общая инженерно-геологическая оценка строительной площадки;

возможность проявления физико-геологических процессов и их последствия; общая оценка особенностей напластований грунтов, особенностей их свойств и возможности использования в качестве оснований сооружений; описание условий проведения работ по инженерной подготовке территории застройки и возведению фундаментов; данные для расчета прочности устойчивости и деформируемости оснований.

В задании на проектирование приведены колонки скважин и план строительной площадки, по которым требуется построить геолого-литологический разрез и оценить инженерно-геологические условия строительства. Требуется оценить характер залегания слоев грунта, их мощности на различных участках территории строительства; наличие линз грунта, обладающего свойствами, значительно отличающимися от преобладающих грунтов; характер включений (валуны, торфяные отложения, и т.д.); направление потока и положение подземных вод, наличие напорных вод в подстилающих водоносных горизонтах.

Для каждого вида грунта в задании приведены характеристики физического состояния:

плотность грунта с, т/м3 равная отношению массы грунта к его объему;

плотность твердых частиц грунта сs, т/м3 равная отношению массы частиц грунта к их объему;

природная влажность W, равная отношению массы содержащейся в грунте воды к массе твердых частиц;

влажность на границе текучести WL, при которой стандартный конус погружается в образец грунта на 10 мм;

влажность на границе раскатывания WР, при которой грунт теряет возможность раскатываться в шнур диаметром 2..3 мм;

коэффициент сжимаемости mo, кПа-1, определяемый по данным компрессионных испытаний. Остальные данные необходимо вычислить.



1. Природно-климатические характеристики района проектирования

1.1 Погодно-климатические условия

Центральная часть Воронежской области расположена в зоне со значительным увлажнение весной и осенью. В отдельные годы коэффициент увлажнения составляет 0,6-1. грунтовые воды залегают глубоко.

Климат области умеренно-континентальный. Средняя температура января - 8 єС, июля +20 єС.

Средняя глубина промерзания грунта 68 см. Средняя за зиму высота снежного покрова равна 18 см, а число дней со снежным покровом (с 15 ноября по 1 апреля) - до 137.

Количество осадков на северо-западе области 500 мм в год, а на юго-востоке около 450 мм в год (максимум в весенне-летний период).

Основные показатели климата Белгородской области приведены в таблицах 1.1, 1.2, 1.3.

Таблица 1.1 - Высота снежного покрова

Месяцы	XI	XII	I	II	III	IV
Декады	1	2	3	1	2	3	1	2	3	1	2	3	1	2	3	1	2	3
Высота снежного покрова, см	-	-	6	6	8	13	16	22	22	25	27	27	27	25	16	6	-	-

Таблица 1.2 - Повторяемость и скорость ветра

Месяцы	Повторяемость, %, (числитель) и скорость ветра, м/с, (знаменатель) по направлениям
	С	СВ	В	ЮВ	Ю	ЮЗ	З	СЗ
январь	8 5,8	14 5,2	9 4,3	14 5,3	11 5,1	17 5,9	18 5,7	9 5,7
июль	13 4,4	18 4,1	10 4,0	8 3,5	6 3,3	10 4,2	16 4,1	19 4,9

Таблица 1.3 - Температура воздуха и количество осадков

Температура воздуха, єС, (числитель) и количество осадков, мм, (знаменатель) по месяцам
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
-7,9 50	-6,8 48	-2,6 50	6,5 47	14,4 50	18,0 65	20,1 70	19,0 57	13,2 38	6,3 50	-0,3 54	-5,6 58

1.2 Рельеф местности и инженерно-геологические условия

Белгородская область расположена на юго-западных склонах Среднерусской возвышенности. Поверхность - всхолмленная равнина (максимальная высота 276 м на севере области), сильно изрезанная оврагами и балками (в восточной части - более 10 % общей земельной площади).

В области преобладают черноземные почвы: оподзоленные и выщелоченные - на северо-западе, типичные тучные - в центральной части, обыкновенные - на юго-востоке, в лесных массивах - серые лесные, а в долинах рек - аллювиальные. В районе проектирования трассы преобладают в верхних слоях суглинки и супеси.

Большая часть области расположена в зоне лесостепи, а меньшая (юго-восток) в степной зоне. Леса (в основном дубравы) занимают около 9 % площади. На левобережных песчаных террасах Северского Донца, Оскола и других рек имеются сосновые боры. Степная разнотравно-луговая растительность сохранилась по склонам оврагов и балок, а также в речных поймах.

Основные реки: Северский Донец, Оскол, Тихая Сосна (бассейн Дона), Ворскла (бассейн Днепра). Большинство рек маловодные, широко используются для снабжения населения и хозяйства.

Глубина промерзания грунта в данной области составляет 1,1 метра. [3]

2. Определение физико-механических характеристик грунта

В соответствии с геологическим разрезом имеем следующие типы грунта: песок жёлтый, суглинок красно-бурый, песок светло-коричневый, глина тёмно-серая.

Определяем для этих типов грунтов физико-механические характеристики:

- Удельный вес грунта:

г = с * g; (2.1)

- Коэффициент пористости:

е = n/(1-n); (2.2)

- Пористость:

n = 1- св/ сt; (2.3)

- Степень влажности:

S = w*св/(е* сt); (2.4)

- Показатель текучести:

I = WL-Wр; (2.5)

- Коэффициент относительной сжимаемости:



m г = m0/(1+е) ; (2.6)

Результат вычислений по указанным выше формулам, приведён в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Сводная таблица физико-механических деформативных свойств грунтов строительной площадки

№	НАИМЕНОВАНИЕ ГРУНТА	ДАННЫЕ	ВЫЧИСЛЕННЫЕ
		плотность, с, т/м3	плотность твердых частиц, сs, т/м3	природная влажность, W	влажность на границе текучести WL	влажность на границе раскатывания WР	коэффициент сжимаемости mo, кПа-1	угол внутреннего трения, ц, град	удельное сцепление, С, кПа	удельный вес г, кН/ м3	пористость, n	коэффициент пористости, е	степень влажности Sr	показатель текучести IL	коэффициент относительной сжимаемости mv, кПа-1	модуль деформации Е, МПа	условное расчетное сопротивление Rо, кПа
1	Песок средней крупности	1,9	2,66	0,146	-	-	0,0001	26	4	18,62	0,38	0,60	0,64	-	0,00006	12,835	400
2	Суглинок	1,84	2,69	0,26	0,35	0,2	0,0002	17	16	18,03	0,46	0,84	0,83	0,4	0,00011	7,368	226,67
3	Песок крупный	2	2,65	0,25	-	-	0,0001	31	1	19,60	0,40	0,66	1,00	-	0,00006	13,25	500
4	Суглинок	1,96	2,69	0,28	0,39	0,23	0,0002	18	20	19,21	0,43	0,76	0,99	0,31	0,00011	7,027	221,75
5	Песок крупный	2,05	2,7	0,28	-	-	0,0001	42	0	20,09	0,41	0,69	1,0		0,00059	13,487	500

3. Определение глубины заложения фундамента

Выбор глубины заложения подошвы фундаментов является одним из главных этапов их проектирования. При этом решаются вопросы о несущем слое грунта и принимаемом типе основания. Обычно стремятся принимать минимальную глубину заложения подошвы фундаментов, так как этим можно добиться наименьшей стоимости устройства фундаментов. Однако самые верхние слои грунта часто обладают большей сжимаемостью, малой несущей способностью и могут периодически изменять объем и прочность под действием метеорологических факторов и деятельности растительного и животного мира

При выборе глубины заложения фундамента учитывают следующие факторы:

1) Инженерно-геологические и гидрологические условия площадки строительства;

2) Климатические условия района строительства;

3) Особенности соседних сооружений;

4) Способ проведения работ по возведению фундамента.

Выбирая глубину заложения фундамента, тем самым выбирают несущий слой основания, поэтому исходят из основных требований, предъявляемых к основаниям, учитывая прочность, устойчивость, допустимость деформаций грунтов основания, долговечность основания и экономичность решения (по стоимости, расходу материалов, трудозатратам). Заглубление фундаментов в грунт ниже поверхности земли принимают не менее 0,5 м.

Нормальная глубина промерзания грунта определяется по формуле:

аfn = а0*vмt; (3.1)

где а0 - глубина промерзания, м.; при мt = 1, для песков а0 = 0,28 м.;

мt - коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур воздуха в районе проектирования.

Так же глубину промерзания можно определить по карте нормативных глубин промерзания (рис 3.4 [1]). Для данной области, она составляет 1,5 метра. Так как верхний слой представлен песком то нормативная глубина промерзания составит dfn =1,1*1,2=1,32 м;

Расчетная глубина промерзания определяется по формуле:

df = Kh*гc*dfn; (3.2)

где Kh - коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения на глубину промерзания грунтов, в проекте принимаемый равным 1;

гc - коэффициент условий промерзания грунта, учитывающий изменчивость климата, принимаемый равным 1,1;

dfn - нормативная глубина промерзания, принимаемая по данным наблюдений средней из ежегодных максимальных глубин сезонного промерзания грунтов. При отсутствии таких наблюдений ее можно принимать для суглинков и глин по схематической карте. Для песков и супесей значения dfn, найденные по карте, требуется увеличивать на 20%.

Подставим имеющиеся данные в формулы, указанные выше и произведём вычисления:

df = 1,1*1,0*1,32=1,45 м.

По конструктивным соображениям принимаем глубину заложения фундамента df=1,70 м.



4. Расчёт фундаментов на естественном основании

4.1 Расчёт центрально нагруженного фундамента

Для расчёта фундамента необходимо выполнение условия прочности:

РII?R2; (4.1)

где РII - среднее давление на подошву фундамента, определяемое по формуле:

РII = NoII/( b*l)+гср*d; (4.2)

где NoII - внешняя распределенная нагрузка, действующая на центр фундамента, кН;

b и l - ширина и длина подошвы фундамента, м.;

гср - средний удельный вес грунта фундамента, примем его равным 20 кН/м.;

Площадь подошвы фундамента определяется по формуле:

Аф = NoII/(Ro - гсрII*d) ; (4.3)

где NoII - расчетная нагрузка по II группе предельных состояний, приложенных к обрезу фундамента (в уровне планировочной поверхности земли), кН; В нашем случае 2000 кН.;

Ro - условное расчетное сопротивление грунта основания, кПа;

гсрII - средний удельный вес грунта и материала фундамента, кН/м3;

d - глубина заложения фундамента, считая от планировочной отметки около фундамента, м;

Тогда размеры подошвы фундамента будут равны:

b=vA/1,3; (4.4)

Расчётное сопротивление грунта определяется по формуле:

R = гc1*гc2*(Mг*kz*b*гII + Mq*d *г'II + McCII)/k; (4.5)

где гc1 и гc2 - коэффициенты условий работы соответственно грунтового основания и сооружения во взаимодействии с основанием, принимаемые по таблице П.1 [1];

k - коэффициент (k=1 при определении ц и С по результатам испытаний образцов грунта строительной площадки; k=1,1 при определении ц и С по таблицам нормативных документов);

Mг, Mq, Mc - безразмерные коэффициенты, зависящие от расчетного угла внутреннего трения ц при расчете по деформациям и принимаемые по таблице П.2 [3];

kz = коэффициент, при b<10 м kz=1, при b>10 м kz=8/b+0,2; b - ширина подошвы фундамента, м;

гII - средневзвешенный удельный вес грунта под фундаментом в пределах слоя толщиной 0,5b, кН/м3;

г'II - то же, в пределах глубины d, кН/м3;

d - глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от планировочной отметки, м;

CII - расчетное сцепление грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа.

В нашем случае Mг = 0,84, Mq =4,37, Mc =6,9, гс1 = 1,4, гс2 = 1,2.

Расчет.

Аф=200/(400-20Ч1,7)=5,46 м2;

b=v5,46/1,3=2,05 м; l=2,05*1,3=2,66 м.

Из конструктивных соображений примем bЧl=1,8Ч3,0 м;

Рассчитываем сопротивление грунта по формуле 4.5:

R=1,4Ч1,2Ч(0,84Ч1Ч1,8Ч18,62+1,37Ч1,7Ч18,62+6,9Ч4)/1=326,06 кПа;

Уточняем площадь фундамента :

Аф=2000/(326,06-20Ч1,7)=6,85 м2;

Находим:

b=v6,85/1,3=2,3 м. ; l=2,3*1,3=2,98 м.

Примем l Чb=3,0Ч2,1 м, тогда:

R=1,4Ч1,2Ч(0,84Ч1Ч2,1Ч19,8+1,37Ч1,7Ч19,8+6,9Ч10)/1= 333,94 кПа;

Р=2000/(3,0*2,1)+20Ч1,7= 351 кПа;

Д=(351-333,94)/351*100=4,5%;

Условие (4.1) выполняется с недогрузом 4,5%, следовательно, принимаем фундамент с размерами нижней подушек 3,0Ч2,1Ч0,3; 2,1Ч1,5Ч0,3; и размерами стакана 0,9Ч0,9Ч1,1 м.

4.2 Расчёт внецентренно нагруженного фундамента

Когда равнодействующая всех сил какой-либо комбинации нагружения не проходит через центр тяжести площади подошвы фундамента, размеры подошвы фундамента определяют как внецентренно нагруженного элемента.

Расчет внецентренно нагруженного фундамента производят методом последовательного приближения. Ориентировочные значения расчетного сопротивления грунта основания и размеров подошвы фундамента требуется сначала определить как для фундамента центрально нагруженного.

Полученные значения площади увеличивают на 10..20% и более в зависимости от эксцентриситета внешних сил.

Последовательным приближением добиваются удовлетворения следующих условий:

для среднего давления, определяемого по формуле:

РII ? R; (4.6)



для максимального краевого давления при эксцентриситете относительно одной главной оси инерции подошвы фундамента:

РmaxII ? 1,2*R; (4.7)

для максимального давления под углом фундамента:

РmaxII ? 1,5*R; (4.8)

Также требуется не допускать отрыва подошвы фундамента от грунта. Это достигается соблюдением условия:

РminII ? 0; (4.9)

В общем случае, если момент действует относительно обеих главных осей инерции, краевое давление:

PmaxII = NII/Aф ± MxII*y/Ix ± MyII*x/Iy; (4.10)

где NII - вертикальная расчетная нагрузка в уровне подошвы фундамента, кН;

Aф - площадь подошвы фундамента, м2;

MxII и MyII - моменты от данного сочетания нагрузок относительно соответствующих главных осей инерции площади подошвы фундамента, кН*м;

Ix и Iy - моменты инерции площади подошвы фундамента относительно осей x и y, м4;

Значение NII определяют по формуле:

NII=NoII + NфII + NгрII; (4.11)

где NoII - внешняя расчетная нагрузка в сечении на отметке поверхности грунта при расчете по II группе предельных состояний, кН;

NфII - расчетная нагрузка от веса фундамента, кН;

NгрII - то же от веса грунта на уступах фундамента, кН.

Когда равнодействующая приложена в точке прямоугольной площади подошвы фундамента:

PmaxII = NII/Aф*(1 ± 6*ех/l ± 6*ey/b) ; (4.12)

Эксцентриситеты ех и ey определяют по формулам:

ех = MxII / NII , и ey = MyII / NII; (4.13)

С целью уменьшения количества приближений можно после первого определения R1 и PmaxII найти площадь подошвы фундамента:

Aф2 = (PmaxII * NII)/( 1,2R12) ; (4.14)

Для Aф2 подбирают размеры l, b и уточняют R по формуле указанной выше. После повторного расчета опять производят проверку необходимых условий. Указанное выше условие должно выполняться с перегрузом или недогрузом не более 5%. [6]

Aф=3,0Ч2,1Ч1,2=7,56 м2;

b=v(7,56/1,3)=2,4 м.;

l=2,4Ч1,3=3,1 м.;

Примем типовые размеры: l Чb Ч h (3,0Ч2,1Ч0,3) м, (2,1Ч1,5Ч0,3) м.

R=1,4Ч1,2Ч(0,84Ч1Ч2,1Ч18,62+1,37Ч1,7Ч18,62+6,9Ч4)/1=333,94 кПа;

N=2000+3,0Ч2,1Ч20Ч1,7=2214,2 кН;

еx= еy=100/2214,2=0,0452м.;

Рmax=2214,2/(3,0Ч2,1) Ч (1+6Ч0,0452/3+6Ч0,0452/2,1)=418,62 кПа;

Рmin=2214,2/(3,0Ч2,1) Ч (1-6Ч0,0452/3-6Ч0,0452/2,1)=274,14 кПа;

РII=1500/(3,0Ч2,1)+20Ч1,7=320,86 кПа;

Проверяем соблюдение необходимых условий:

Условие (4.6) т.е. РII ? R 320,86 кПа <333,94 кПа, выполняется.

Условие (4.7) 1,2ЧR=333,94*1,2=400,73 кПа ?418,62 кПа выполняется, при этом недогруз составляет 4,3% что меньше 5%.

Условие (4.8) выполняется - отрыва подошвы фундамента нет.

Так как все необходимые условия выполняются, то принимаем ранее запроектированный внецентренно нагруженный фундамент на естественном основании с размерами подушек: первая 3,0Ч2,1Ч0,3 м; вторая 2,1Ч1,5Ч0,3 м; и размерами стакана 0,9Ч0,9Ч1,1 м.

Рисунок 4.1 - Схема внецентренно нагруженного фундамента



5. Расчёт свайного фундамента

Свайный фундамент состоит из свай и ростверка. Свайные фундаменты применяют при слабых грунтах или вследствие технико-экономических преимуществ. Основными их рабочими элементами являются сваи, то есть стержни, принимающие нагрузку от сооружения и передающие ее грунту.

Свайные фундаменты и сваи по несущей способности грунтов рассчитывают по формуле:

N ? Fd/гg=P; (5.1)

где N - расчетная нагрузка, передаваемая на сваю;

Fd - несущая способность сваи по грунту или по материалу (предельное продольное усилие);

гg - коэффициент надежности по грунту, принимаемый равным 1,4, а при определении по данным полевых испытаний - 1,25;

Р - расчетное сопротивление сваи (допускаемое).

Свайные фундаменты в целом и сваи , рассчитываемые по предельным состояниям второй группы (по деформациям), должны удовлетворять условию

S ? Su; (5.2)

где S - расчетная величина деформации (осадки, перемещения и т.п.) сваи и свайного фундамента в целом, определяемая расчетом;

Su - предельно допускаемая величина деформации, устанавливаемая в задание на проектирование, а при отсутствии ее в задании - по СНиП.

Длина сваи (размер от подошвы ростверка до начала заострения) определяется глубиной залегания слоя хорошего грунта, в который заглубляется свая, а также отметкой заложения подошвы ростверка. При назначении длины сваи слабые грунты необходимо прорезать и острие сваи заглублять в плотные грунты. Минимальная длина сваи при центральной сжимающей нагрузке 2,5 м, при дополнительном же действии горизонтальной нагрузки и момента - не менее 4 м. Нижний конец сваи рекомендуется заглублять в несущий слой грунта на 2..3 м и не доходя 1 м до подошвы этого слоя.

Определение сопротивления сваи по материалу на сжатие для железобетонных свай выполняется по формуле:

NM?гc*ц*(RПРAс+Rа.с.Aa); (5.3)

где NM - продольное усилие от расчетных нагрузок;

гc - коэффициент условий работы (гc = 0,9 при размере поперечного сечения свай менее h ? 200 мм и гc = 1 при h ? 200 мм);

ц - коэффициент, учитывающий особенности загружения, гибкость и др. (для свай, полностью находящихся в грунте, ц = 1);

RПР - расчетное сопротивление бетона при осевом сжатии (призменная прочность), определяемая по таблице 4;

Rа.с. - то же, арматуры сжатию (таблица 5);

Aс - площадь поперечного сечения сваи, м2;

Aa - то же, всех продольных стержней арматуры, м2;

Расчетное сопротивление висячей сваи по грунту по таблицам и формулам СНиП находят как сумму сопротивлений, оказываемых грунтами основания под нижним концом сваи и по ее боковой поверхности:

Fd = (гc/гg)*(гC.R.*R*A + U*?гc.f.*fi*li); (5.4)

где гc - коэффициент условий работы сваи; гc = 1;

гg - коэффициент надежности по грунту;

R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, определяемый по таблице 6, кПа;

А - площадь поперечного сечения сваи, м2;

U - наружный периметр поперечного сечения сваи, м;

fi - расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания по боковой поверхности сваи, определяемое по таблице 7, кПа;

li - толщина i-го слоя грунта основания, соприкасающегося с боковой поверхностью, м;

гC.R., гc.f. - коэффициенты условий работы грунта под нижним концом сваи, учитывающий влияние способа погружения сваи на значения R и f, принимаемое по СНиП (для свай, погружаемых забивкой гC.R. = гc.f. = 1; для других способов погружения значения коэффициентов даны в СНиП).

Определение нагрузки на свайный фундамент, включая ориентировочный вес ростверка и грунта на его ступенях, производят по следующим соображениям. Минимальное расстояние между сваями в кусте обычно составляет 3d. Следовательно, среднее давление на основание под ростверком:

Рр= Fd/(3d)2; (5.5)

где Fd - расчетное сопротивление сваи.

Зная Рр, определяют площадь подошвы ростверка.

Ар = No /( Рр - гср*dр* гf); (5.6)

где No - расчетная нагрузка по обрезу фундамента, кН;

гср - средний удельный вес материала фундамента и грунта, принимаемый гср=20 кН/м2;

гf - коэффициент надежности по нагрузке принимаемый равным 1,1; dр - глубина заложения ростверка, м;

Тогда ориентировочный расчетный вес ростверка и грунта:

Nр.г. = гf*Ар* гср* dр; (5.7)

Количество свай в фундаменте:

nс = (No + Nр.г.)/Fd; (5.8)

Полученное количество округления до целого числа свай в кусте, удобного для размещения и забивки nс.ф. При необходимости изменяют количество свай , принимая их других размеров. В этом случае уменьшается или увеличивается несущая способность. [4]

После размещения свай и конструирования ростверка находят фактический вес ростверка и грунта - Nф, определяют фактическое давление на каждую сваю Рф и проверяют условие:

Рф = (No + Nр.г.)/ nс.ф. ? Fd; (5.9)

Далее рассчитывают среднее давление на грунт в плоскости нижних концов свай. При этом весь свайный фундамент рассматривается как условный сплошной массив, включающий грунт и сваи. Контуры условного массива при длине свай не более 12 м определяют сверху поверхностью планировки, с боков - вертикальными плоскостями, снизу - плоскостью в уровне нижних концов свай в границах, находимых пересечением с этой плоскостью наклонных под углом цср/4 к вертикали линий (цср - среднее значение углов внутреннего трения грунтов в пределах длины свай), проведенных от наружного контура свайного куста (или ряда) в уровне подошвы ростверка.

Расчетом устанавливают условие:

РII = ?NII/AM?R; (5.10)



где ?NII - сумма расчетных нагрузок в плоскости подошвы свайного фундамента, кН, включая вес условного массива;

AM - площадь подошвы условного массива, м2;

R - расчетное сопротивление грунта основания условного массива, кПа.

Значение R определяют по формуле

R = гc1*гc2*(Mг*kz*bу*гII + Mq*dу *г'II + McCII)/k; (5.11)

где гc1, гc2, Mг, kz, Mq, Mc , СII, k - то же, что в формуле (4.3);

bу и dу - соответственно ширина и глубина заложения условного фундамента;

г'II - средневзвешенный удельный вес грунта природного залегания в пределах высоты условного массива, кН/м3.

гII - то же ниже условного массива, кН/м3. Угол цср при слоистом напластовании в пределах длины сваи принимается средневзвешенным:

цср = ?( цi*li)/? li; (5.12)

где цi - расчетные значения углов внутреннего трения грунта при расчете по второй группе предельных состояний в пределах соответствующих участков сваи li. [2]

Произведём расчёты по вышеуказанной методике.

Назначаем глубину заложения ростверка, при этом она должна быть не менее расчётной глубины промерзания. H=1,5 м.



Рисунок 5.1 - Схема к расчету свайного фундамента

Выбираем сваю С9-30, 0,3Ч0,3, марка бетона М-250, продольная арматура 4d12.

Определяем сопротивление сваи по формуле (5.4), где R=5060 мПа.

Для песка средней крупности z1=2,4 м, l1=1,8 м, f1=45 кН;

Для суглинка z2=3,4 м, l2=2 м, f2=34 кН;

z3=5,75 м, l2=0,9 м, f2=36 кН;

Для песка крупного z4=7,2 м, l4=2,0 м, f3=60 кН;

z5=8,25 м, l5=0,1 м, f4=62 кН;

Для суглинка z6=9,3 м, l6=2 м, f6=64 кН;

z7=10,4 м, l7=0,2 м, f7=66 кН;

Fd=(1/1,4)Ч(1Ч5060Ч0,09+1,2Ч(45Ч1,8+34Ч2+36Ч0,9+2*60+0,1*62+64*2+0,2*66))=709,63 кН;

Определяем среднее давление на основание под ростверком по формуле (5.5):

Рр = 709,63/(3Ч0,3)2=876,08 кПа;

Определяем площадь подошвы под ростверком по формуле (5.6), где средний удельный вес грунта гср=20 кН/м2:

Ар=2000/(876,08-20Ч1.1Ч1,5)= 2,37 м2;

Вес ростверка и грунта, определяем по формуле (5.7):

Nр.г. = 1,1Ч2,37Ч20Ч1,5=78,21 кН;

Определяем количество свай. С целью увеличения надёжности увеличиваем это количество на 20%. Количество свай определяем по формуле (5.8):

nс=1,2Ч(2000+78,21)/709,63=3,51 свай, принимаем целое количество свай, равное 4. Т. е. nсф=4. Имеющиеся сваи размещаем следующим образом:



Рисунок 5.2 - Схема расположения свай в кусте

Проверяем фактическую нагрузку на сваи:

Nф=(1,0Ч0,9Ч0,9+0,5Ч1,5Ч1,5)Ч25=48,38 кН;

Nгр=(1,5Ч1,5Ч1,5 -1,935)Ч18,62=26,81 кН;

N=2000+48,38+26,81=2075,19 кН;

Находим Рф=2075,19/4+100Ч0,45/(4Ч0,452)+ 100Ч0,45/(4Ч0,452)=629,91 кН;

Рф=629,91 кН < Fd= 709,63 кН следовательно, условие (5.9) выполняется и недогруз составляет 11 %, что можно допустить исходя из экономических и инженерно-проектировочных решений.

Проверяем давление на грунт по второй группе предельных состояний в плоскости нижних размеров сваи.

Находим средний угол внутреннего трения по формуле (5.12):

цср=(26Ч1,8+17Ч2,9+2,1Ч31+18Ч2,2)/9=22,310;

б=22,31/4=5,580;

Размер условного фундамента и площадь подошвы:

bу =lу=1,2 +2Ч9Чtg5,580= 2,96 м, тогда Ау=8,76 м2.

Вес условного фундамента:

Nу=8,76Ч(18,62Ч3,3+2,9Ч18,03+2,1Ч19,6+2,2Ч19,21) = 1727,08 кН; тогда:

гср= Nу/ АуЧdу; (5.13)

где dу- глубина погружения конца сваи, м2;

Ау - площадь подошвы условного фундамента, м2;

В соответствии с формулой (5.13):

гср=1727,08/(8,76Ч10,5)=18,78 кН/м;

Определяем расчётное сопротивления грунта по формуле (5.11):

R= 1,25Ч1,0Ч(0,43Ч2,96Ч19,21+2,73Ч18,78Ч10,5+20Ч5,31)=836,22 кПа;

Определяем среднее фактическое давление по подошве грунта условного фундамента:

Р11=(1727,08+2000)/8,76=425,47 кПа;

Условие (5.10) РII ? R (425,47 кПа < 836,22 кПа) выполняется. Окончательно принимаем ранее запроектированный фундамент.

При выполнения данного пункта расчётов были подобраны сваи С9-30, 0,3Ч0,3, марка бетона М-250, продольная арматура 4d12. Количество выбранных свай равно 4. Данная комплектация удовлетворяет всем условиям прочности и при этом является наиболее целесообразной с экономической точки зрения.

6. Технико-экономическое обоснование выбора фундамента под строительство

В данной работе выполнено технико-экономическое сравнение вариантов запроектированных фундаментов (свайного и мелкого заложения).

Таблица 6.1 - Расчёт стоимости работ по устройству фундаментов.

Наименование работ	Единицы измерения	Объём работ	Стоимость за единицу	Общая стоимость
Внецентренно нагруженный фундамент
Отрывка котлована	м3	34,85	3,6	125,46
Устройство фундамента	м3	3,92	44,90	175,78
Крепление	м2	30,94	0,85	26,30
				327,54
Свайный фундамент
Крепление	м2	21	0,85	17,85
Отрывка котлована	м3	18,38	3,6	66,15
Забивка свай	м3	3,24	88,40	286,42
Устройство фундамента	м3	1,935	31	59,99
				430,41

фундамент осадка глубина грунт

Итог стоимости по свайному фундаменту составляет 430,41 у.е., а по фундаменту на естественном основании 327,54 у.е. Следовательно, наиболее экономически целесообразно использование фундаментов на естественном основании. [1]



7. Расчёт осадки внецентренно нагруженного фундамента методом послойного суммирования

В результате нагружения свайного фундамента грунт основания уплотняется, сжимается, фундамент получает осадку, следовательно, получают осадку и надземные конструкции. Поэтому на свайные фундаменты полностью распространяется основной принцип проектирования и расчет по предельным состояниям первой и второй групп. Расчет оснований свайных фундаментов по деформациям обязателен.[5]

Напряжение, возникающее под действием Р:

уzp=бЧР; (7.1)

где б- коэффициент, зависящий от соотношения длинны и ширины фундамента;

Напряжение, возникающее от веса грунта:

угр=?hiЧгi (7.2)

Дополнительное среднее давление распределяется по подошве фундамента:

Р0=Р11- уzgo= Р11-г11dЧdn; (7.3)

Где уzgo -напряжение от веса грунта на глубине подошвы фундамента, кПА;

г11d- удельный вес грунта в пределах глубины заложения кН/м;

Р11- среднее давление на подошве фундамента, кН;

dn- глубина заложения фундамента, м..

Р0= 320,86 - 18,62*1,5= 289,21 кПа;

уzgo = 18,62*1,5=31,65 кПа

Таблица 7.1 - Сводная таблица расчёта осадки

Слой	№ точки	z	m=2Чz/b	б	уzp	уzg	0,1Ч уzg	S
Песок средней крупности m=0,00006 кПа-1 г=18,62 кН/м3	1	0	0	1	289,21	31,65	6,33	0,0228
	2	0,8	0,76	0,860	248,72	46,55	9,31
	3	1,6	1,52	0,562	162,54	61,44	12,29
Суглинок m=0,00011 кПа-1 г=18,03 кН/м3	4	2,3	2,19	0,369	106,72	74,06	14,81	0,0256
	5	3,0	2,86	0,254	73,44	86,68	17,34
	6	3,7	3,52	0,181	52,33	99,3	19,86
	7	4,5	4,29	0,128	37,00	113,73	22,75
Суглинок m=0,00006 кПа-1 г=19,60 кН/м3	8	5,2	4,95	0,099	28,62	127,45	25,49	0,0031
	9	5,5	5,24	0,093	26,89	133,33	26,67

Поскольку Е > 5000 к,Па, то должно выполнятся условие:

уzp?0,1Ч уzg; (7,4)

Величина осадки фундамента определяется по одному из выражений:

; (7,5)

; (7,6)

где во - безразмерный коэффициент, учитывающий условность расчетной схемы, принимаемый равным 0,8;

n - число слоев, на которые разделена сжимаемая толща основания; уzpi - среднее вертикальное напряжение, возникающее в i-м слое, кПа;

hi - толщина i-го слоя (м) не более 0,4b;

Eoi - модуль деформации i-го слоя, кПа;

mvi - коэффициент относительной сжимаемости грунта i-го слоя, кПа-1.

S=0,8*0,00006*(289,21*0,5+248,72+152,64*0,5)+0,7*0,00011*(152,64*0,5+106,72+73,44+52,33+0,5*37)+0,7*0,00006*(37*0,5+28,62+26,89)=0,0228+0,0256+0,0031=0,0515 м;

Общая осадка составила 5,15 см.

Рисунок 7.1 - Схема к расчету осадки



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной курсовой работе была проведена работа по выбору несущего слоя основания, определению размеров подошвы фундаментов, при которых гарантировалось бы надёжная эксплуатация сооружения.

При расчёте фундамента на естественном основании были приняты следующие размеры подушек: первая 3,0Ч2,1Ч0,3 м; вторая 2,1Ч1,5Ч0,3 м; и размерами стакана 0,9Ч0,9Ч1,1 м.

В работе был выполнен расчёт свайного фундамента. В результате расчета был принят свайный фундамент с 4 сваями С9-30.

В результате технико-экономического сравнения вариантов фундаментов, было установлено, что наиболее экономически целесообразным в устройстве при данных условиях строительства и заданной нагрузке является внецентренно нагруженный фундамент на естественном основании.

Для принятого фундамента на естественном основании был выполнен расчет осадки методом послойного суммирования. Общая осадка составила 0,0515 м.

Выполненный курсовой проект дал мне необходимые навыки по проектированию и расчету оснований и фундаментов транспортных сооружений.



Список использованной литературы

1.Далматов Б.И. Механика грунтов, основания и фундаменты.- Л.: Стройиздат, 1988.-415с.

2.Бабков В.Ф., Безрук В.М.. Основы грунтоведения и механика грунтов.- М.: Высшая школа., 1986.-239с.

3. Маслов Н.Н. Основы инженерной геологии механики грунтов.- М.: Высшая школа,1990.- 431с.

4. СНИП 3.06.03-85. АВТОМОБИЛЬНЫЕ ДОРОГИ/ ГОССТРОЙ СССР.- М.: ЦИТП ГОССТРОЯ СССР, 1986.-112с.

5. Костерин Э.В. Основания и фундаменты.- М.: Высшая школа., 1990.-431с.

6. Левкович Т.И., Токар Н.И., Егорин А.В. Методические указания к практическим занятиям, самостоятельной работе студентов и выполнению курсовой работы по дисциплине «Механика грунтов».- Брянск : БГИТА. 2008.-35с.

Размещено на Allbest.ru