Механика грунтов, основания и фундаменты

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

• Оглавление

1. Исходные данные для проектирования

1.1 Исходные данные

1.2 Характеристика площадки. Инженерно - геологические и гидрогеологические условия

1.3 Строительная классификация грунтов площадки

2. Расчет фундаментов на естественном основании

2.1 Выбор типа и конструкции фундаментов. Назначение глубины заложения фундамента

2.2 Определение размеров подошвы фундамента

2.3 Проверка напряжений в основании фундамента

2.4 Расчет осадки фундаментов

2.5 Расчет осадки во времени

3. Вариант свайных фундаментов

3.1 Выбор типа и конструкции свай и свайного фундамента Назначение глубины заложения ростверка

3.2 Определение несущей способности сваи и расчётной нагрузки, допускаемой на сваю

3.3 Определение количества свай в фундаменте и фактической нагрузки на сваю

4. Экономическое сравнение вариантов

4.1 Подсчет объемов работ и расчет стоимости устройства одного фундамента по первому и второму вариантам

4.2 Технико-экономическое сравнение вариантов и выбор основного

Литература

1. Исходные данные и оценка инженерно-геологических условий площадки строительства

1.1 Исходные данные

Таблица 1

Номер слоя	Мощность слоя, м	Глубина подошвы слоя, м	Отметка подошвы слоя, м	Отметка Уровня подземных вод, м	Наименование грунта по типу	Плот-ность , г/см3	Плот- ность частиц S, г/см3	Влаж-ность w	Предел теку-чести wl, %	Предел плас-тичности wP, %	Коэффициент фильтрации kf, см/с
1	0,2	0,2	144,8	142,0	Растительный слой	1,50	-	-	-	-	-
2	4,0	4,2	140,8		Песок пылеватый	2,00	2,66	0,25	0	0	810-4
3	3,0	7,2	137,8		Супесь	2,08	2,67	0,19	21	15	610-5
4	5,5	12,7	132,3		Глина	2,01	2,74	0,27	44	24	210-8
5	6,0	18,7	126,3		Песок средней крупности	1,99	2,64	0,20	0	0	410-2

Отметка поверхности природного рельефа NL = 145,0 м; нормативная глубина промерзания грунта d_fn = 2,2 м.

Типы грунтов по заданному геологическому разрезу (вариант № 24) с нормативными значениями характеристик физических свойств грунтов сведены в таблицу 1.

Конструктивная схема здания представлены на рис. 1, там же приведены усилия по обрезу фундамента.



1.2 Характеристика площадки. Инженерно - геологические и гидрогеологические условия

Оценка инженерно-геологичеких условий площадки начинаем с изучения напластования грунтов. Для этого по исходным данным (табл. 1) строим геологический разрез, а также в колонке скважины показываем уровень воды, зафиксировав его отметку.

рис. 2 План-контур строительной площадки

Для количественной оценки прочностных и деформационных свойств грунтов площадки строительства вычисляются производные характеристики их физических свойств, к которым относятся:

а) для песчаных грунтов - коэффициент пористости и степень влажности;

б) для пылевато-глинистых грунтов - число пластичности, показатель текучести, коэффициент пористости и степень влажности.

Коэффициент пористости определяется по формуле:

.

Для наших грунтов получаем:

; ;

; .

Степень влажности грунта определяется по формуле:

.

Получаем:

; ;

;

Тип пылевато-глинистых грунтов устанавливается по числу пластичности, определяемому по формуле :

.

Для слоёв № 2, 3, 4, 5 получаем:

; %; %.

Показатель текучести пылевато-глинистых грунтов определяем по формуле

Для слоёв № 3, 4 получаем:

; .

Таким образом, исходя из полученных результатов, грунт слоя № 2 является песок пылеватый, средней плотности; слоя № 3 - супесь; слоя № 4 - глина; слой № 5 является песком средней крупности, средней плотности насыщенный водой.

В целях наглядного представления строительных свойств грунтов площадки строительства их классификационные показатели сводим в табл.2:

1.3 Строительная классификация грунтов площадки

В механике грунтов выделяют два существенно различающихся по своим механическим свойствам основных класса грунтов: скальные и нескальные.

Скальными называют твердые горные породы, которые в невыветрелом состоянии и при отсутствии тектонической раздробленности и трещиноватости отличаются очень малой сжимаемостью и значительной прочностью.

Нескальными - грунты, состоящие из легко разделяющихся в воде несцементированных или слабо сцементированных обломков горных пород и минеральных частиц различной крупности. Они образуют пористые толщи, часто достигающие значительной мощности.

На площадке по исходным данным имеются глинистые грунты, а именно супесь, суглинок и глина. Мощность почвенного слоя составляет 0,3 м. Отметка уровня подземных вод равна 152,0 м, и по данным геологического разреза грунтовые воды находятся в слое суглинка, под которым находится слой глины - водоупора.

2. Расчет фундаментов на естественном основании

2.1 Выбор типа и конструкции фундамента. Назначение глубины заложения фундамента.

Для заданного производственного корпуса устраиваем отдельный фундамент стаканного типа из сборных элементов, глубина заложения которого зависит от:

- инженерно-геологических и гидрогеологических условий площадки;

- глубины промерзания грунта;

- конструктивных особенностей подземной части здания.

Рассмотрим влияние каждого из этих факторов по отдельности.

Анализируя физико-механические свойства грунтов площадки строительства (табл. 2) видим, что 1-й слой грунта не может быть использован в качестве основания фундамента. Исходя из этого, глубина заложения фундамента должна отвечать условию

d 0,2 м.

Расчётная глубина сезонного промерзания грунта d_f у фундамента определяется по формуле

.

Принимаем k_h = 0,7 (табл. 1 СНиП [1]). Получаем:

м.



Таким образом, принимаем d = 3,9 м.

2.2 Определение размеров подошвы фундаментов

Ширину подошв фундаментов под наружную и внутреннею стены определим графическим способом, предложенным Н.В. Лалетиным :

- для фундамента под наружную стену с усилием в плоскости обреза N_0II = =1150 кН ширина подошвы фундамента составит приблизительно 1,8 м (из дальнейших расчетов);

- для фундамента под внутреннею стену с усилием в плоскости обреза N_0II = =1350 кН ширина подошвы фундамента составит приблизительно 2,1 м (из дальнейших расчетов). Увеличиваем глубину заложения до 4,5

В порядке приближения площадь подошвы фундамента определяется по формуле:

.

Для фундамента Ф1.

м²,

грунт фундамент свая строительный

тогда ширина подошвы фундамента

м.

Для фундамента Ф2.

м²,

тогда ширина подошвы фундамента

м.

В соответствии с ГОСТ 13579-78 и ГОСТ 13580-78 выбираем:

для наружной стены здания ФА 43-46 3000х1800, А₁=7,2 м²,

для внутренней стены здания ФА 49-52 3000х2100, А₁=7,92 м².

1) а=3000, а₁=2100, b=1800, b₁=1800.

2) а=3000, а₁=2100, b=2100, b₁=1500.

Схематический чертеж фундамента стаканного типа



Подсчитаем нагрузки и воздействия, передающиеся на основание.

h_пр = q/_II =10/16=0,6 м.

При этом боковое давление грунта на отметке планировки:

_б1 = _б2 = _IIh_прtg²(45 - /2) = 160,6tg²(45 - 24/2) = 4,05 кПа.

Определение усилия от собственного веса фундамента и веса грунта на его уступах:

Ф1

кН,

кН,

Нормальная вертикальная нагрузка:

N_II = N_0II + G_фII + G_грII = 1150 + 110,95 + 316,34= 1577 кН;

Ф2

кН,

кН,

Нормальная вертикальная нагрузка:

N_II = N_0II + G_фII + G_грII = 1350 + 112,93 + 379,85= 1843 кН.

2.3 Проверка напряжений в основании фундамента

Для фундамента под наружную стену здания должны выполняться условия

p R;

p_max 1,2 R;

p_min > 0.

Определим расчётное сопротивление грунта основания

;

где:

(табл. 3 СНиП [1]);

k = 1,1;

(табл. 4 СНиП [1]);

k_z = 1;

b = 1,8 м;

_II = кН/м³;

_II = кН/м³;

с_II = 15,88 кПа;

Получаем:

кПа.

Среднее давление под подошвой фундамента

p = N_II/A = 1577/(31,8) = 292,04 кПа.

Определяем максимальное и минимальное краевое давление по подошве внецентренно нагруженного фундамента

p_max = N_II/A + M_II/W = 1577 + 406/(3²1,8) = 306,91кПа;

p_min = N_II/A - M_II/W = 1577 - 406/(3²1,8) = 277,28 кПа.

Итак, получаем:

292,04 < 457,6;

306,91 < 549,2;

277,28 > 0.

Расхождение между p и R составляет 36 %.

Для фундамента под внутреннею стену здания должно выполняться условие p R. Среднее давление под подошвой фундамента

p = N_II/A = 1843/(32,1) = 292,51 кПа.

Расчётное сопротивление грунта основания

кПа.

292,51 < 461,84.

Расхождение между p и R составляет 36,7 %.

2.4 Расчёт осадки фундамента

Осадку фундамента будем определять методом послойного суммирования. Ширина подошвы b = 1,8 м; глубина заложения d = 4,5 м; среднее давление под подошвой фундамента p = 292,04 кПа; напряжение от собственного веса грунта в уровне подошвы фундамента _zg,о = d + _wh_w = =164,5 + 100,8 = 80 кПа, дополнительное давление p_о = =292,04 - 80 = =212,04 кПа.

Расчёт осадки фундамента крайнего ряда

№	z, м	2z / b	zg, кПа		zp, кПа	zp,i, кПа	Ei, МПа	si, мм
0	0	0	80	0	212,04
1	0,72	0,8	94,67648	0,86	182,3544	197,1972	25,76	4,4093784
2	1,44	1,6	109,35296	0,563	119,37852	150,86646	25,76	3,3734115
3	2,16	2,4	124,02944	0,358	75,91032	97,64442	25,76	2,1833535
4	2,88	3,2	138,58244	0,237	50,25348	63,0819	25,76	1,410527
5	3,6	4	150,9128	0,166	35,19864	42,72606	21,57	1,1409462
6	4,32	4,8	165,09536	0,122	25,86888	30,53376	21,57	0,8153661
	13,332983

Эпюры напряжений в основании фундамента под наружный фундамент

Теперь определим значение конечной осадки отдельно стоящего фундамента внутри здания по методу послойного суммирования. Ширина подошвы b = 2,1 м; глубина заложения d = 4,5 м; среднее давление под подошвой фундамента p = 292,51кПа; напряжение от собственного веса грунта в уровне подошвы фундамента _zg,о = d + _wh_w = 164,5 + 100,8 = 80 кПа, дополнительное давление p_о = 292,51 - 80 = 212,51 кПа.

Расчёт осадки внутреннего фундамента

№	z, м	2z / b	zg, кПа	a	zp, кПа	zp,i, кПа	Ei, МПа	si, мм
0	0	0	80	0	212,51
1	0,84	0,8	97,12256	0,849	180,42099	196,4655	25,76	5,1251868
2	1,68	1,6	114,24512	0,535	113,69285	147,05692	25,76	3,8362675
3	2,52	2,4	131,36768	0,329	69,91579	91,80432	25,76	2,3948953
4	3,36	3,2	148,03748	0,213	45,26463	57,59021	21,57	1,7941873
5	4,2	4	162,7316	0,147	31,23897	38,2518	21,57	1,1917112
	14,342248



Эпюры напряжений в основании фундамента под внутренний фундамент

2.5 Расчет осадки фундамента во времени

Выполним расчёт консолидации основания ленточного фундамента с шириной подошвы b = 1,8 м, глубиной заложения d = 4,5 м. Под подошвой фундамента залегает пласт супеси мощностью h = 2,7 м. Конечная осадка фундамента s = 1,333 см. Коэффициент фильтрации k_f = 610^-5 см/с = =1893,4см/год =18,934 м/год.

Коэффициент относительной сжимаемости:

Па^-1

Вычисляем значение коэффициента консолидации:

м²/год.

Время осадки:

График осадки фундамента во времени

3. Проект свайного фундамента

3.1 Выбор типа и конструкции свай и свайного фундамента. Назначение глубины заложения ростверка

Для нашего здания принимаем отдельно стоящие свайные фундаменты, состоящие из свай и балочного ростверка. Глубину заложения ростверка принимаем из условия промерзания и принимаем глубину заложения подошвы ростверка d_р = 1,5 м.

Для выбора марки сваи необходимо определить её длину:

l = l_з + l_н + h = 0,5 + 0,8 + 5,7= 7 м.

По каталогу принимаем сваю марки С7-30 с характеристиками:

- бетон М200;

- расход арматуры на сваю 42,08 кг;

- расход бетона на сваю 0,73 м³;

- масса сваи 1,6 т.

3.2 Определение несущей способности сваи и расчётной нагрузки, допускаемой на сваю

Несущая способность сваи-стойки определяется по формуле

;

где:

_с = 1 (СНиП [3]);

R = 20000 кПа;

А = 0,09 м²;

Получаем:

кН.

Расчёт свайных фундаментов и свай по несущей способности грунтов производится исходя из условия

N F_d / _k = P; P = 1800/1,4 = 1286 кН;

а по несущей способности сваи

N _c(R_bA + R_scA_s) = P₁; P₁ = 145000,09 + 2250000,000452 = 1406 кН.

В дальнейших расчётах будем использовать меньшее значение, т.е. расчётная нагрузка, передаваемая на сваю N 1285,7 кН.

3.3 Определение количества свай в фундаменте и фактической нагрузки на сваю

Среднее давление под ростверком р_р = Р / (3d)² = 1285,7 / (30,3)² = 1587,3 кПа.

Расчет для Ф2

Определяем площадь подошвы ростверка:

.

Определяем вес ростверка с грунтом на уступах:

кН.

Для наружной и внутренней стен здания соответственно получаем

n = (11501,2 + 29,24)/1285,7 = 1,09; n = (13501,2 + 29,24)/1285,7 = 1,28

принимаем по 3 сваи.

Сваи располагаем в рядовом порядке с расстоянием между осями равным 3d, т.е. равным 0,9 м.

Схема расположения свай в ростверке

Х

У

Размеры плиты ростверка в направлении оси Х: 0,2 + 0,3 / 2 + 0,9sin60^о + +0,3 / 2 + 0,2 = 1,48 м, размеры плиты ростверка в направлении оси У: 0,2 + +0,3 / 2 + 0,9 + 0,3 / 2 + 0,2 =1,6 м. Принимаем размеры подошвы ростверка с учетом модуля 1,51,8 м. При этом вес ростверка и расположенного на его ступенях грунта G_Р,ГР1 = 1,11,51,8201,5 = 89,1 кН

Определим фактическую нагрузку на сваю

для наружной стены М_OI = 1,2(40 + 81,5) = 62,4 кНм,

Р_max = (1380 + 89,1)/3 62,40,45(0,45² + 0,45²) = 489,7 11,372

N (N_0I + G_ф)/n = (11501,2 + 95)/3= 492 кН;

для внутренней стены

N (N_0I + G_ф)/n = (13501,2 + 95)/3= 572 кН.

Р_max = 501 < 1543 кН

Р_min = 489,5 кН > 0

Р_ср = 491,7 < 1285,7 кН

Перенапряжение более 5 % допускаем, т.к. конструктивно принимали большее количество свай, чем требовалось по расчету.

Основания фундаментов из свай-стоек по деформациям не рассчитываются.

4. Сравнение вариантов фундаментов и выбор основного

4.1 Подсчет объемов работ и расчет стоимости устройства одного фундамента по первому и второму вариантам

Расчёт стоимости устройства свайного ленточного фундамента

Наименование работ и конструктивных элементов	Количество	Стоимость (руб)
		единицы	общая
Разработка грунта под фундаменты жилых и гражданских зданий	145,5м3	3,3	510
Фундаменты железобетонные, отдельные (под колонны)	69,4м3	21,1	1465
Устройство песчаной подготовки	2,44м3	4,5	11
Итого	1986

Подсчитываем объем работ на устройство фундамента мелкого заложения, результаты сводим в таблицу.

Расчёт стоимости устройства свайного ленточного фундамента

Наименование работ и конструктивных элементов	Количество	Стоимость (руб)
		единицы	общая
Разработка грунта под фундаменты жилых и гражданских зданий	м3	3,3	495
Забивка свай	67,9м3	63,0	4278
Устройство песчаной подготовки	2,44м3	4,5	11
Итого	4784

4.2 Технико-экономическое сравнение вариантов и выбор основного

По вышеприведенным расчетам видно, что более экономично выгодный вариант - фундамент мелкого заложения. С точки зрения простоты устройства фундамента - фундамент мелкого заложения менее трудоемкий. Поэтому принимаем за основной вариант фундамент мелкого заложения.

Список литературы

Вотяков И.Ф. «Механика грунтов, основания и фундаменты»: Задание на курсовой проект и методические указания по его выполнению для студентов специальности «Промышленное и гражданское строительство». - Гомель: БелГУТ, 1996

Б.И. Далматов, Н.Н. Морарескул, В.Г. Науменко «Проектирование фундаментов зданий и промышленных сооружений»: Учебное пособие для студентов вузов по специальности «Промышленное и гражданское строительство»: 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 1986

М.Н. Гольдштейн, А.А. Царьков, И.И. Черкасов «Механика грунтов, основания и фундаменты»: Учебник для вузов ж.-д. трансп. - М.: Транспорт, 1981

СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты» - М.: Гос. комитет СССР по делам стр-ва, 1986

СНБ 5.01.01-99 «Основания и фундаменты зданий и сооружений» - Минск, 1999г.

СНиП III-4-80* «Строительные нормы и правила», ч.3 «Правила приемки и производства работ», глава 4 «Техника безопасности в строительстве» - М., 1989

Размещено на Allbest.ru