Фундамент под возводимое здание

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту

по дисциплине «Геотехника II. Основания и фундаменты»

1. ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ

грунт фундамент ростверк свая

Строительство ведется в городе Астана. Здание четырехэтажное, жилое, кирпичное. Высота этажа 3,6 м. Отметка дна подвала от уровня чистого пола составляет -2,300 м. Размер здания в осях 48х13 м. По оси Б расположены колонны, шаг колонн составляет 6 м.

Уровень грунтовых вод располагается на глубине 3,8 м от поверхности земли. Основание представлено несколькими грунтами, слоисто - согласно структуры. Толщина наружных стен - 640 мм, внутренней стены - 510 мм. Плиты перекрытия и покрытия, а также лестничные марши и площадки сборные железобетонные. Толщина конструкции перекрытия 300 мм. Перегородки выполняются кирпичной кладкой, толщиной 120 мм. Здание имеет жесткую конструктивную схему, и относится к зданиям со смешанным безригельным каркасом.

Цель проектирования - сконструировать и рассчитать два вида фундамента под возводимое здание: ленточный и свайный. Расчет и конструирование произвести с учетом требований действующих ГОСТ и СНиП.

Размеры здания, последовательность расположения слоев, уровень подземных вод и район строительства

№ варианта	А, м	В, м	Длина в осях L, м	Шаг колонн, м	Кол-во этажей N	Расположение слоев грунта от поверхности вглубь	Глубина расположения уровня подземных вод от поверхности dщ, м	Район строительства
А-1	5,2	2,6	48	6,0	4	11, 6, 1	3,8	Астана

Нормативные нагрузки на обрезах фундаментов

Фундамент	Нагрузки, ед.изм.	№ варианта
		2
По осям А и Г	N0II, кН/м	300
По оси Б (под колонны)	N0II, кН М0II, кНм	1000 125
По оси В	N0II, кН/м	340

Характеристики грунтов

№ слоя	Кривая грансостава	Мощ-ность, м	S, г/см3	, г/см3	щ	щL	щр	, град	с, МПа	Е, МПа
1	1	3,5	2,63	1,70 1,90	0,170 0,308	-	-	35	-	50,0 50,0
6	6	5,3	2,64	1,80 1,92	0,215 0,317	-	-	24	-	28,0 28,0
11	-	4,8	2,75	1,78 1,95	0,192 0,306	0,39	0,18	7	0,056 0,034	11,0 7,5

2. АНАЛИЗ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ПЛОЩАДКИ

2.1 Определение наименования грунтов

По заданным характеристикам необходимо для каждого номера грунта из задания определить его наименование (см. приложение, таблицы 1-5):

1) Первый слой, до уровня грунтовых вод:

С=0,056 (МПа), ц=7°, Е=11(МПа)

Коэффициент пористости определяется по формуле:

е = (сs - сd)/сd (2.1)

где:

сs - плотность твердых частиц грунта, г/см3;

сd - плотность грунта в сухом состоянии:

сd = с/(1+щ) (2.2)

где:

с - плотность грунта ненарушенной структуры, г/см3;

щ - природная влажность грунта в долях единицы;

сd = с/(1+щ)=1,78/(1+0192)=1,49 (г/см3)

е = (сs - сd)/сd=(2,75-1,49)/1,49=0,84

Степень влажности грунта определяется по формуле:

Sr = сs щ/(есщ) (2.3)

где:

сщ - плотность воды, принимаемая равной 1г/см3;

Sr = сs щ/(есщ)=(2,75•0,192)/(0,84•1)=0,63

Число пластичности определяется по формуле:

Ip = (щL - щр)·100% (2.4)

где:

щL - влажность грунта на границе текучести;

щр - влажность грунта на границе раскатывания;

Ip = (щL - щр)·100% = (0,39-0,18)·100% = 21%

Показатель текучести определяется по формуле:

IL = (щ-щр)/(щL - щр) (2.5)

IL = (щ-щр)/(щL - щр) = (0,192-0,18)/(0,39-0,18) = 0,06

Грунт - глина, полутвердая.

2) первый слой, ниже уровня грунтовых вод:

С=0,034 (МПа), ц=7°, Е=7,5(МПа)

Коэффициент пористости:

сd = с/(1+щ)=1,95/(1+0,306)=1,49 (г/см3)

е = (сs - сd)/сd=(2,75-1,49)/1,49=0,84

Степень влажности грунта:

Sr = сs щ/(есщ)=(2,75•0,306)/(0,84•1)=1,002

Ip = (щL - щр)·100% = (0,39-0,18)·100% = 21%

IL = (щ-щр)/(щL - щр) = (0,306-0,18)/(0,39-0,18) = 0,6

Грунт - глина мягкопластичная

3) Второй слой:

ц=24°, Е=28 (МПа)

Коэффициент пористости:

сd = с/(1+щ)=1,92/(1+0,317)=1,46 (г/см3)

е = (сs - сd)/сd=(2,64-1,46)/1,46=0,81

Степень влажности грунта:

Sr = сs щ/(есщ)=(2,64•0,317)/(0,81•1)=1,03.

Ip,IL - не считаем так как грунты песчаные

Грунт - песок пылеватый, насыщенный водой, рыхлый.

4) Третий слой:

ц=35°, Е=50 (МПа)

Коэффициент пористости:

сd = с/(1+щ)=1,90/(1+0,308)=1,45 (г/см3)

е = (сs - сd)/сd=(2,63-1,45)/1,45=0,81

Степень влажности грунта:

Sr = сs щ/(есщ)=(2,63•0,308)/(0,81•1)=1

Ip,IL - не считаем так как грунты песчаные

Грунт - песок гравелистый, насыщенный водой, рыхлый.

2.2 Определение табличных значений расчетного сопротивления грунтов

Расчетные сопротивления грунтов для предварительного определения ширины подошвы фундаментов вычислим по таблицам 6-8 (см. приложение), для промежуточных значений воспользуемся интерполяцией:

R0 (е,IL) = [(е2-е) / (е2-е1)]·[(1-IL) R0 (1,0) + IL R0 (1,1)] +

+ [(е-е1) / (е2-е1)]·[(1-IL) R0 (2,0) + IL R0 (2,1)] (2.6)

где:

е, IL - характеристики грунта, для которого определяется R0;

е1, е2 - соседние значения коэффициента пористости, в интервале между которыми находится коэффициент пористости для рассматриваемого грунта;

R0 (1,0) и R0 (1,1) - табличные значения R0 для е1 при IL=0 и IL=1 соответственно;

R0 (2,0) и R0 (2,1) - то же для е2

Расчетные сопротивления:

1 слой, до уровня грунтовых вод (глина, полутвердая) - 283,4 (кПа)

1 слой, ниже уровня грунтовых вод (глина, мягкопластичная) - 224 (кПа)

2 слой (песок пылеватый, насыщенный водой, рыхлый) - 100 (кПа)

3 слой (песок гравелистый, насыщенный водой, рыхлый) - 500 (кПа)

2.3 Определение нормативной и расчетной глубины промерзания грунта

Нормативная глубина промерзания грунта определяется по формуле:

(2.7)

где:

d0 - величина, принимаемая равной, м, для: суглинков и глин - 0,23;

Мt - безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе, принимаем по таблице 9 (см. приложение), Мt =64,4 (для города Астана).

Расчетная глубина промерзания грунтов в бесподвальной части здания определяется по формуле:

(2.8)

где:

- коэффициент, учитывающий влияние теплового режима здания, принимаемый: для наружных фундаментов отапливаемых зданий в зависимости от конструкции пола и температуры внутри помещения по таблице 9*(см. приложение), (для наружных и внутренних фундаментов неотапливаемых зданий =1,1).

=0,7·1,84=1,288(м),(=0,7 - утепленное цокольное перекрытие)

=0,5·1,84=0,92(м),(=0,5 - подвал)

2.4 Определение расчетных нагрузок и расчетных характеристик грунтов

Основания зданий и сооружений рассчитываются по двум группам предельных состояний. Расчетные значения нагрузок получают путем умножения нормативных нагрузок на коэффициент надежности по нагрузке гf. Допускается принимать гf =1.

Все расчеты оснований должны выполняться с использованием расчетных значений характеристик грунтов Х, определяемых по формуле:

Х= Хn / гg, (2.9)

где:

Хn - нормативное значение данной характеристики для каждого слоя грунта;

гg - коэффициент надежности по грунту.

Характеристики грунтов принимаемые в расчетах по первой группе предельных состояний:

1 слой: ( до уровня грунтовых вод):

С=Сn/гg=0,056/1,5=0,037 (МПа)

ц=цn / гg=7/1,15=6,087є

Е = 11 (МПа)

1 слой (ниже уровня грунтовых вод):

С=Сn/гg=0,034/1,5=0,022 (МПа)

ц=цn / гg=7/1,15=6,087є

Е = 32 (МПа)

2 слой

ц=цn / гg=24/1,1=21,8є

Е = 32 (МПа)

3 слой:

ц=цn / гg=35/1,1=31,82є

Е = 50 (МПа)

3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТОВ НА ЕСТЕСТВЕННОМ ОСНОВАНИИ

3.1 Определение глубины заложения подошвы фундаментов

Глубина заложения подошвы фундаментов назначается на основе анализа геологических и гидрогеологических условий, конструктивных особенностей здания (наличие или отсутствие подвала), а также с учетом условий недопущения возникновения сил морозного пучения грунтов под подошвой фундаментов, если фундаменты проектируются на пучинистых грунтах.

3.1.1 Глубина заложения фундаментов для здания без подвала принимается не менее расчётной глубины промерзания df = 1,288(м)

Глубина заложения фундаментов для зданий с подвалом принимается не менее расчётной глубины промерзания df = 0,92(м).

Таким образом, принимаем заглубление фундаментов:

по оси А: d = 1,2 (м)

по оси Б: d = 2,1 (м)

по оси В: d = 2,4 (м)

по оси Г: d = 2,4 (м)

3.1.2 По конструктивным соображениям для зданий с подвалом обрез фундаментных плит располагается 0,2 м ниже пола подвала. Таким образом, при использовании сборных железобетонных подушек высотой 0,3 м минимальная глубина заложения фундаментов по конструктивным соображениям для подвальной части здания составит:

d кmin = db + 0,2 + 0,3 (3.1)

где:

db - глубина подвала от уровня планировки.

Для сборных фундаментов глубина их заложения дополнительно зависит от принятой конструкции фундаментных подушек (высота подушек hf = 0,3; 0,5 м) и стеновых блоков (высота блока с учетом шва равна 0,6 м)

d кmin = db + 0,2 + 0,3=1,7+0,2+0,3=2,2(м)

3.1.3 Оставим фундамент заложенным в первом слою, так как мощность у данного слоя достаточная - 4,7(м)

3.1.4 Фундаменты под внутренние стены, колонны и наружные стены здания можно закладывать на различной глубине, но при этом допустимая разность отметок заложения соседних фундаментов - ?h должна назначаться в соответствии с рисунком 3.1 по формуле 3.2:

?h а (tgI + cI / p) (3.2)

где:

a - расстояние между фундаментами в свету;

I, cI - расчетные значения соответственно угла внутреннего трения и удельного сцепления грунта, определяемые по подразделу 2.4;

р - среднее давление под подошвой вышерасположенного фундамента от расчетных нагрузок (в первом приближении р=0,2 МПа, с последующей корректировкой после определения размеров подошвы фундамента)

а = 2,6-0,75-0,6=1,25 (м), tgI = tg10,43=0,166, с1=0,037 (МПа)

?h а (tgI + cI / p) = 1,25·(0,166+0,185)=0,44(м)

3.2 Предварительное определение размеров подошвы фундаментов

При выбранной глубине заложения подошвы фундамента ее площадь А, м2, можно предварительно определить по формуле:

A = N0II m / (R0 - вгm d), (3.3)

где:

N0II - расчетная нагрузка на погонный метр ленточного фундамента или на фундамент под колонну, кН;

R0 - расчетное сопротивление грунта несущего слоя, кН/м2;

d - глубина заложения подошвы фундамента, м;

гm - удельный вес материала фундамента (гm = 24 кН/м3);

в - коэффициент, учитывающий меньший удельный вес грунта по сравнению с удельным весом материала фундамента;

m - коэффициент, учитывающий влияние момента внешних сил, принимаемый равным, для внецентренно загруженных фундаментов под колонны m =1,1ч1,2, для ленточных фундаментов m =1.

В практических расчетах средневзвешенное значение удельного веса фундамента, грунта на его обрезах и прилегающей конструкции пола принимают равным гmt = в гm = 20 (кН/м3)

Для ленточных фундаментов расчет ведется на 1 м длины, следовательно, ширину подошвы фундамента - b находят по формуле 3.4

b = A / 1. (3.4)

Для фундаментов, имеющих прямоугольную подошву (фундамент под колонну), предварительно задавшись соотношением сторон з = l/b, ширину подошвы определяют по формуле 3.5

b = . (3.5)

В курсовой работе принимаем з = 1 - фундамент имеет квадратную подошву.

По оси А:

A = N0II m / (R0 - вгm d)=300*1/(283,4-20*1,2)=1,15(м2)

b=А/1=0,15/1=0,15 (м) b= 1200

По оси Б:

A = N0II m / (R0 - вгm d)=1000·1,1/(283,4-20·2,1)=4,14 (м2)

b=vА/?=v4,14/1=2,03 (м) b=2100

По оси В:

A = N0II m / (R0 - вгm d)=340·1/(283,4-20·2,4)=1,2 (м2)

b=А/1=1,2/1=1,2 (м) b=1200

По оси Г:

A = N0II m / (R0 - вгm d)=300·1/(283,4-20·2,4)=1,13 (м2)

b=А/1=1,13/1=1,13 (м) b=1200

3.3 Предварительное конструирование фундаментов

Размеры фундамента, блоков, стен подвала, ширину и высоту подушки фундамента следует принимать относительно проведённых предварительных расчетов, с учётом типизации, модульности и унификации конструкции.

По оси А фундамент представлен двумя блоками шириной 0,6 м и подушкой шириной 1,2 м. По оси Б - монолитный фундамент под колонну с подошвой 2,1Ч2,1. По оси В и Г стены подвала состоят из подушек шириной 1,2 м, и блоков шириной 0,5 м и 0,6м соответственно. В торцевых сторонах здания глубина заложения фундамента меняется в соответствии с фундаментами продольных стен.

Для зданий с колоннами квадратного сечения 400х400 мм разработаны одноблочные фундаменты марки 1Ф. Отметка верха подколонника назначается на 150 мм ниже отметки планировки поверхности земли.

Фундаментные плиты укладываются на выровненную поверхность песчаного основания или на слой предварительно утрамбованного песка средней крупности толщиной 100 мм. Имеющиеся зазоры между фундаментными плитами заделывают бетоном. При этом площадь сечения рабочей (поперечной) арматуры в монолитных участках принимается эквивалентной арматуре сборных железобетонных фундаментных плит, а класс бетона равным.

Для обеспечения пространственной жесткости фундамента делается связь между продольными и поперечными стенами путем перевязки блоков и закладки в швы сеток из арматуры класса А-I диаметром 8 мм. Сетки располагают в горизонтальных швах через один по высоте.

Для устройства вводов в здание коммуникаций и уменьшения числа типоразмеров фундаментных стеновых блоков в стенах фундаментов оставляют проемы шириной не более 0,6 м (при большей ширине проема он перекрывается перемычками), которые при необходимости заполняются кирпичом или бетоном. Проемы в углах здания не допускаются.

Вдоль наружных стен здания устраивается отмостка из водонепроницаемых материалов. Горизонтальная гидроизоляция выполняется в виде непрерывного горизонтального шва толщиной 20 мм из цементного раствора состава 1:2. Вертикальная поверхность фундаментных стен соприкасающихся с грунтом обмазывается горячит битумом за 2 раза.

3.4 Определение расчетного сопротивления грунта

Для определения расчетного сопротивления грунта используется следующая формула:

(3.6)

где:

гС1 и гС2 - коэффициенты условий работы, принимаемые по таблице 10 (см. приложение) в зависимости от вида грунта, а также от конструктивной схемы и жесткости здания (кирпичные здания с малым шагом несущих стен имеют жесткую конструктивную схему);

k - коэффициент принимаемый равным 1 (прочностные характеристики грунта определены непосредственными испытаниями);

Mг , Mq , Mc - коэффициенты, зависящие от угла внутреннего трения грунта, залегающего под подошвой фундамента, принимаемые по таблице 11 (см. приложение);

kz - коэффициент принимаемый в курсовом проекте равным 1;

b - ширина подошвы фундамента, м;

гII - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), кН/м3;

г'II - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента, кН/м3 (принять г'II = гbf = 16 кН/м3 - грунт обратной засыпки);

сII - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа;

db - глубина подвала (см. рисунок 3.1)

Рисунок 3.1 - К определению приведенной глубины заложения фундаментов

В - ширина подвала;

d1 - глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала (смотри рисунок 3.1), определяемая по формуле (для оси В и Г)

d1 = hs+ hcf гcf / г'II , (3.7)

где по рисунку 3.1:

hs - толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м;

hcf - толщина конструкции пола подвала, м (hcf = 0,15 м);

гcf - расчетное значение удельного веса конструкции пола подвала, кН/м3 (гcf = 22 кН/м3).

Расчетные значения II,, сII, гII находятся для слоя грунта толщиной z ниже подошвы фундамента, при b < 10 м z = b/2.

Для удобства занесем данные необходимые при вычислении расчетных сопротивлений грунтов в таблицу 3.1

Таблица 3.1 - Расчетные характеристики грунтов

Характеристика	К расчету R, по осям
	А	Б	В	Г
гС1	1,25	1,25	1,25	1,25
гС2	1	1	1	1
Мг	0,18	0,18	0,18	0,18
Mq	1,47	1,47	1,47	1,47
Mc	3,82	3,82	3,82	3,82
kz	1	1	1	1
cII	56 (кПа)	56 (кПа)	56 (кПа)	56 (кПа)
гII	17,8 (кН/м3)	17,8 (кН/м3)	17,8 (кН/м3)	17,8 (кН/м3)
г`II	16 (кН/м3)	16 (кН/м3)	16 (кН/м3)	16 (кН/м3)
d1	1,2 (м)	1,65 (м)	2,6 (м)	2,6 (м)
db	0	0	2	2
b	1,2 (м)	2,1 (м)	1,2 (м)	1,2 (м)

Определяем расчетные сопротивления грунтов R:

Ось А:

R = 1,25•1•(0,12•1•1,2•17,8 + 1,47•1,2•16 + 3,82•56)/1 = 305,87 (кПа)

Ось Б:

R = 1,25•1•(0,12•2,1•1•17,8 + 1,47•2,1 •16 + 3,82•56)/1 = 334,75 (кПа)

Ось В:

R = 1,25•1•(0,12•1,2•1•17,8 + 1,47•2,6•16 + (1,47-1)•2•16 +3,82•56)/1 = =365,84 (кПа)

Ось Г:

R = 1,25•1•(0,12•1,2•1•17,8 + 1,47•2,6•16 + (1,47-1)•2•16 +3,82•56)/1 = =365,84 (кПа)

3.5 Проверка давления под подошвой фундамента

После предварительного подбора типовых элементов фундаментов определяют давления под подошвой фундамента.

Для центрально нагруженного фундамента должно выполняться условие

р R. (3.8)

Для внецентренно нагруженного фундамента должны выполняться следующие условия:

рmax 1,2R (3.9)

рmin 0 (3.10)

рср = N'II / А R (3.11)

Давление под подошвой центрально нагруженного ленточного фундамента определяется по формуле:

р = N'II / А = (N0II l + NfII + NgII + NkII + NqII)/(b l) (3.12)

где:

N0II - вертикальная нагрузка на ленточный фундамент, кН/м;

NfII - нагрузка от веса фундамента;

NgII - нагрузка от грунта обратной засыпки на обрезах фундамента;

NkII - нагрузка от веса конструкции пола подвала;

NqII - нагрузка от временной равномерно распределенной нагрузки q на поверхность прилегающего к зданию грунта (q=10 кН/м2);

b - ширина подошвы фундамента, м;

l = 1м - погонный метр длины ленточного фундамента.

Нагрузки, передаваемые на несущий слой грунта от вышележащих конструкций здания и грунтов, определяются в соответствии с таблицей 3.2.

Таблица 3.2 - Определение нагрузок NfII, NgII, NkII, NqII

Фундамент	Схема действующей нагрузки	Формула для определения нагрузок
по оси А		N0II=300 (кН/м) NkII = 0 NfII = b hf l гm + bc H l гm= 1,2•0,3•1•24 + 0,6•1,2•1•24= =25,92 (кН/м) NgII=2·bk ·(d - hf )l гbf= 2•0,3•(1,2--0,3)·1•16=8,64 (кН/м) NqII =bk ·l· q= 0,3•1•10 = 3 (кН/м)
Фундамент	Схема действующей нагрузки	Формула для определения нагрузок
по оси В		N0II=340 (кН/м) NqII = 0 NfII = b hf l гm + bc H l гm= 1,2•0,3•1•24 + 0,5•2,4•1•24 = =37,44 (кН/м) NgII = bk [(d - hf )+(hs - hf )]l гbf = 0,35•[(2,4-0,3)+(0,55-0,3)]•1•16 =13,16 (кН/м) NkII = bk hcf l гcf = 0,35•0,15•1•22 =1,155 (кН/м)
по оси Г		N0II=300 (кН/м) NfII = b hf l гm + bc H l гm = 1,2•0,3•1•24 + 0,6•2,4•1•24 = =43,2 (кН/м) NgII = bk [(d - hf )+(hs - hf )] • гbf = 0,3•[(2,4-0,3)+(0,55-0,3)]•1•16 = =11,28 (кН/м) NkII = bk hcf l гcf = 0,3•0,15•1•22 = 0,99 (кН/м) NqII = bk l q = 0,3•1•10=3 (кН/м)
по оси Б		N0II=1000 (кН/м) М0II=125 (кН/м) NkII = 0 NqII =0
	где: bk = (b - bc )/ 2 l = 1(м) hcf = 0,15 (м)	гm = 24 (кН/м3) гbf = 16 (кН/м3) гcf = 22 (кН/м3) q = 10 (кН/м2)

Давление на основание под подошвой фундамента по оси А:

р = N'II / А = (N0II l + NfII + NgII + NkII + NqII)/(b l) =

=(300•1+25,92+8,64+3+0)/1,2•1= 281,3 (кН/м2)

р = 281,3 (кН/м2) < R=305,87 (кПа)

Недогрузка оснований б = ((305,87-281,3)/305,87)•100% = 8 %

(удовлетворяет)

Давление на основание под подошвой фундамента по оси В:

р = N'II / А = (N0II l + NfII + NgII + NkII + NqII)/(b l) =

=(3400•1+37,44+13,16+1,155+0)/1,2•1= 326,79 (кН/м2)

р = 326,79 (кН/м2 )< R=365,84 (кПа)

Недогрузка оснований б = ((365,84-326,79)/ 365,84) •100% = 10,6 %

(удовлетворяет)

Давление на основание под подошвой фундамента по оси Г:

р = N'II / А = (N0II l + NfII + NgII + NkII + NqII)/(b l) =

=(300•1+3+0,99+11,28+43,2)/1,2•1= 298,7 (кН/м2)

р = 248,73 (кН/м2 )< R=365,84 (кПа)

Недогрузка оснований б = ((365,84 - 298,7)/ 365,84) •100% = 15 %

(удовлетворяет)

Среднее давление на основание под подошвой фундамента по оси Б:

Максимальное и минимальное давление под подошвой внецентренно нагруженного фундамента колонны определяется по формуле 3.13

= N'II / А ± М'II / W = (N0II + NfII + NgII)/ А ± М0II / W =

= (N0II + b l d гmt)/(b l) ± 6М0II /(l b2) (3.13)

где:

N0II - вертикальная нагрузка на фундамент колонны по заданию (приложение Б), кН;

М0II - момент действующий на фундамент колонны по заданию (приложение Б), кНм;

W - момент сопротивления площади подошвы фундамента, м3;

b - ширина подошвы фундаментного стакана, м;

l - длина подошвы фундаментного стакана, м (при квадратной подошве фундамента l = b).

= N'II / А = (N0II + b·l·d· гm) /(b·l) ± 6· М0II/(b2·l) = (1000+2,1·2,1·2,1·24)/ /(2,1·2,1)±(6·125)/(2,1·2,12) = 275,3±80,99 (кН/м2)

pmax= 356,3 (кН/м2 )< 1,2R = 401,7 (кПа), условие выполняется.

Pmin= 194,31 (кН/м2 )> 0, условие выполняется.

Рср = N'II / А ? R (3.14)

Рср = 275,3(кН/м2 ) ? R = 334,75 (кПа), условие выполняется.

Принимаем по оси А фундамент с шириной подошвы 1,2 м, тогда толщина подушки будет равна 0,3 м, и следовательно глубина заложения фундамента 1,2 м от поверхности земли.

По оси Б принимаем фундамент с подошвой 2,1Ч2,1 м, глубина заложения равна 2,1 м.

По оси В принимаем подушку шириной 1,2 м, толщиной 0,3 м, глубина заложения 3.

По оси Г подушка 1,2 м, толщина 0,3 м, тогда глубина заложения 3 м.

3.6 Расчет осадки основания фундаментов

Осадка основания s с использованием расчетной схемы в виде линейно-деформируемого полупространства определяется методом послойного суммирования по формуле:

(3.15)

где:

в - безразмерный коэффициент, равный 0,8;

уzp,icp - среднее значение дополнительного нормального напряжения в i-м элементарном слое грунта, равное полусумме указанных напряжений на верхней zi-1 и нижней zi границах слоя уzp,icp = (уzp,i-1 + уzp,i )/ 2;

hi - толщина элементарного i-го слоя грунта (hi 0,4b);

Ei - модуль деформации элементарного i-го слоя грунта;

n - число элементарных слоев, на которые разбита сжимаемая толща основания.

Основное условие применимости к грунтам теории линейного деформирования заключается в том, чтобы напряжения по подошве фундамента находились в пределах первых двух фаз напряженного состояния грунта, т.е. соблюдалось условие р R.

Осадку основания следует учитывать только до уровня НГСТ, то есть до нижней границы сжимаемой толщи. Ее положение соответствует z, при котором выполняется условие уzp = 0,2уzg (для слоя с модулем деформации Е>5 МПа).

Эпюра уzр строится от отметки поверхности природного рельефа. вертикальное напряжение от собственного веса грунта уzg на границах каждого слоя определяется по формуле:

(3.16)

где:

гi - удельный вес i-го слоя грунта;

hi - толщина i-го инженерно-геологического слоя грунта;

n - количество слоев грунта.

Удельный вес грунта с учетом взвешивающего действия воды гsb определяется по формуле:

гsb = (гs - гщ)/(1+ e) (3.17)

где:

гs - удельный вес твердых частиц грунта, кН/м3;

гщ - удельный вес воды, принимаемый равным 10 кН/м3;

е - коэффициент пористости грунта.

г1=(17,8-10)/(1+0,84)=4,24 (кН/м3)

г1sb=(19,5 - 10)/(1 + 0,84) = 5,16 (кН/м3)

г2sb=(19,2 - 10)/(1 + 0,81) = 5,08 (кН/м3)

г3sb=(19- 10)/(1 + 0,81) = 4,97 (кН/м3)

1. Осадка фундамента по оси А:

у0zg=г1•h1=4,2•1,2 = 5,04 кН/м2

у1zg= у0zg +г1•h2=5,04 + 4,2•2,6 = 15,96 (кН/м2)

у2zg= у1zg +г2 •h3=15,96 + 5,16•0,9 = 20,604 (кН/м2)

у3zg= у2zg +г2sb •h4=20,604 + 5,08•5,3 = 47,528 (кН/м2)

у4zg= у3zg +г3sb •h5=47,528 + 4,97•3,5 = 64,923 (кН/м2)

Находим напряжения на границах каждого слоя равные: 0,2уzg,

0,2у0zg = 1,008 (кН/м2)

0,2у1zg = 3,192 (кН/м2)

0,2у2zg = 4,1208 (кН/м2)

0,2у3zg = 9,5056 (кН/м2)

0,2у4zg = 12,9846 (кН/м2)

2. Осадка фундамента по оси Б:

у0zg=г1•h1=4,2•1,65 = 8,82 кН/м2

у1zg= 15,96 (кН/м2)

у2zg= 20,604 (кН/м2)

у3zg= 47,528 (кН/м2)

у4zg= 64,923 (кН/м2)

Находим напряжения на границах каждого слоя равные: 0,2уzg,

0,2у0zg = 1,386 (кН/м2)

0,2у1zg = 3,192 (кН/м2)

0,2у2zg = 4,1208 (кН/м2)

0,2у3zg = 9,5056 (кН/м2)

0,2у4zg = 12,9846 (кН/м2)

3. Осадка фундамента по оси В:

у0zg=г1•h1=4,2•2,4 = 10,08 кН/м2

у1zg= 15,96 (кН/м2)

у2zg= 20,604 (кН/м2)

у3zg= 47,528 (кН/м2)

у4zg= 64,923 (кН/м2)

Находим напряжения на границах каждого слоя равные: 0,2уzg,

0,2у0zg = 2,016 (кН/м2)

0,2у1zg = 3,192 (кН/м2)

0,2у2zg = 4,1208 (кН/м2)

0,2у3zg = 9,5056 (кН/м2)

0,2у4zg = 12,9846 (кН/м2)

4. Осадка фундамента по оси Г:

у0zg=г1•h1=4,2•2,4 = 10,08 кН/м2

у1zg= 15,96 (кН/м2)

у2zg= 20,604 (кН/м2)

у3zg= 47,528 (кН/м2)

у4zg= 64,923 (кН/м2)

Находим напряжения на границах каждого слоя равные: 0,2уzg,

0,2у0zg = 2,016 (кН/м2)

0,2у1zg = 3,192 (кН/м2)

0,2у2zg = 4,1208 (кН/м2)

0,2у3zg = 9,5056 (кН/м2)

0,2у4zg = 12,9846 (кН/м2)

Для обеспечения необходимой точности при подсчете осадок сжимаемая толща основания делится на элементарные слои, толщину которых h рекомендуется принимать из условия h?0,4b.

Дополнительные вертикальные напряжения на глубине z от подошвы фундамента по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента, определяются по формуле:

уzp = б p0, (3.18)

где:

б - коэффициент, определяемый по таблице 12 (см. приложение) в зависимости от формы подошвы фундамента, соотношения сторон прямоугольного фундамента з = l/b (l - длина фундамента) и относительной глубины ж = 2z/b (z - расстояние от отметки FL до рассматриваемой точки по вертикали, принимается в зависимости от толщины элементарных слоев на которые делится основание)

р0 - дополнительное вертикальное давление на основание, определяемое по формуле (для фундаментов шириной b10 м принимается р0 = р)

р0 = р - уzg,0 (3.19)

p - среднее давление под подошвой фундамента (принимается из расчетов подраздела 3.5);

уzg,0 - вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента.

Расчет осадки фундаментов по осям выполним в табличной форме (таблица 3.3 - Расчет осадки фундамента по осям А,Б,В,Г).

Учет осадки ведется, как правило, до отметки нижней границы сжимаемой толщи, которая определяется графически, в месте пересечения эпюры 0,2уzg и уzp.

Для оси А: р0 = р - уzg,0=281,3-5,04=276,26

Для оси Б: р0 = р - уzg,0=275,3-6,93=368,4

Для оси В: р0 = р - уzg,0=326,79-10,08=316,7

Для оси Г: р0 = р - уzg,0=298,7-10,08=288,62

Таблица 3.3 - Расчет осадки фундамента по оси А

№ слоя	Глубина подошвы слоя от подошвы фундамента zi, м	Толщина слоя hi, м	Коэффи-циент жi=2zi/b	Коэффи-циент бi	Напряжение уzp,i на глубине zi, кПа	Среднее напряже-ние уzp,iср, кПа	Модуль деформации Еi, кПа	Осад-ка слоя si, м
1	0,4	0,4	0,8	0,881	243,4	251,3	11000	0,00914
	0,8	0,4	1,6	0,642	177,4	210,4	11000	0,00765
	1,2	0,4	2,4	0,477	131,8	154,6	11000	0,00562
	1,6	0,4	3,2	0,374	103,3	117,5	11000	0,00427
	2	0,4	4,0	0,306	84,5	93,9	11000	0,00342
	2,4	0,4	4,8	0,258	71,3	77,9	11000	0,00283
	2,6	0,2	5,2	0,239	66,0	68,7	11000	0,00125
	3,0	0,4	6,0	0,208	57,5	61,7	7500	0,00329
	3,4	0,4	6,8	0,185	51,1	54,3	7500	0,00290
	3,5	0,1	7,0	0,18	49,7	50,4	7500	0,00067
2	3,9	0,4	7,8	0,162	44,8	47,2	28000	0,00067
	4,3	0,4	8,6	0,147	40,6	42,7	28000	0,00061
	4,7	0,4	9,4	0,135	37,3	39,0	28000	0,00056
	5,1	0,4	10,2	0,124	34,3	35,8	28000	0,00051
	5,5	0,4	11,0	0,115	31,8	33,0	28000	0,00047
	5,9	0,4	11,8	0,108	29,8	30,8	28000	0,00044
	6,3	0,4	12,6	0,101	27,9	28,9	28000	0,00041
	6,7	0,4	13,4	0,095	26,2	27,1	28000	0,00039
	7,1	0,4	14,2	0,089	24,6	25,4	28000	0,00036
	7,5	0,4	15,0	0,073	20,2	22,4	28000	0,00032
	7,9	0,4	15,8	0,062	17,1	18,6	28000	0,00027
	8,3	0,4	16,6	0,045	12,4	14,8	28000	0,00021
	8,7	0,4	17,4	0,032	8,84032	10,6	28000	0,00015
	8,8	0,1	17,6
3	9,2	0,4	18,4				50000
	9,6	0,4	19,2				50000
	10,0	0,4	20,0				50000
	10,4	0,4	20,8				50000
	10,8	0,4	21,6				50000
	11,2	0,4	22,4				50000
	11,6	0,4	23,2				50000
	12,0	0,4	24,0				50000
	12,3	0,3	24,6				50000
?S	0,04642
3,71(см) ? 10(см), осадка считается допустимой

Рисунок 3.2 - Эпюра нормальных напряжений грунта по оси А

Таблица 3.3 - Расчет осадки фундамента по оси Б

№ слоя	Глубина подошвы слоя от подошвы фундамента zi, м	Толщина слоя hi, м	Коэффициент жi=2zi/b	Коэффи-циент бi	Напряже-ние уzp,i на глубине zi, кПа	Среднее напряжение уzp,iср, кПа	Модуль деформации Еi, кПа	Осадка слоя si, м
1	0,8	0,8	0,8	0,8	214,7	204,9	11000	0,01490
	1,6	0,8	1,5	0,567	152,2	204,9	11000	0,01490
	2,15	0,55	2	0,336	90,2	204,9	11000	0,01025
	2,6	0,45	2,8	0,201	53,9	204,9	7500	0,01229
2	4,2	0,8	4,4	0,091	24,4	204,9	28000	0,00585
	5	0,8	5,2	0,067	18,0	204,9	28000	0,00585
	5,8	0,8	6	0,051	13,7	204,9	28000	0,00585
	6,6	0,8	6,7	0,044	11,8	204,9	28000	0,00585
	7,4	0,8	7,5	0,035	9,4	204,9	28000	0,00585
	7,9	0,5	8				28000
	8,7	0,8	8,7				50000
3	9,5	0,8	9,5				50000
	10,3	0,8	10,2				50000
	11,1	0,8	11				50000
	11,4	0,3	11,3				50000
?S	0,08747
6,99(см) ? 10(см), осадка считается допустимой



Рисунок 3.3 - Эпюра нормальных напряжений грунта по оси Б

Таблица 3.3 - Расчет осадки фундамента по оси В

№ слоя	Глубина подошвы слоя от подошвы фундамента zi, м	Толщина слоя hi, м	Коэффициент жi=2zi/b	Коэффи-циент бi	Напряже-ние уzp,i на глубине zi, кПа	Среднее напряжение уzp,iср, кПа	Модуль деформации Еi, кПа	Осадка слоя si, м
1	0,4	0,4	0,7	0,905	286,6	253,7	11000	0,00923
	0,8	0,4	1,3	0,67	212,2	249,4	11000	0,00907
	1,2	0,4	2,0	0,55	174,2	193,2	11000	0,00702
	1,4	0,2	2,3	0,532	168,5	171,3	11000	0,00312
	1,8	0,4	3,0	0,397	125,7	147,1	7500	0,00785
	2,2	0,4	3,7	0,329	104,2	115,0	7500	0,00613
	2,3	0,1	3,8	0,325	102,9	103,6	7500	0,00138
2	2,7	0,4	4,5	0,275	87,1	95,0	28000	0,00136
	3,1	0,4	5,2	0,239	75,7	81,4	28000	0,00116
	3,5	0,4	5,8	0,216	68,4	72,0	28000	0,00103
	3,9	0,4	6,5	0,188	59,5	64,0	28000	0,00091
	4,3	0,4	7,2	0,175	55,4	57,5	28000	0,00082
	4,7	0,4	7,8	0,162	51,3	53,4	28000	0,00076
	5,1	0,4	8,5	0,145	45,9	48,6	28000	0,00069
	5,5	0,4	9,2	0,137	43,4	44,7	28000	0,00064
	5,9	0,4	9,8	0,129	40,9	42,1	28000	0,00060
	6,3	0,4	10,5	0,118	37,4	39,1	28000	0,00056
	6,7	0,4	11,2	0,113	35,8	36,6	28000	0,00052
	7,1	0,4	11,8	0,108	34,2	35,0	28000	0,00050
	7,5	0,4	12,5	0,089	28,2	31,2	28000	0,00045
	7,6	0,1	12,7	0,072	22,8	25,5	28000	0,00009
3	8,0	0,4	13,3	0,064	20,3	21,5	50000	0,00017
	8,4	0,4	14,0	0,051	16,2	18,2	50000	0,00015
	8,8	0,4	14,7	0,034	10,8	13,5	50000	0,00011
	9,2	0,4	15,3	0,021	6,7	8,7	50000	0,00007
	9,6	0,4	16,0
	10,0	0,4	16,7
	10,4	0,4	17,3
	10,8	0,4	18,0
	11,1	0,4	18,5
?S	0,05439
4,35(см) ? 10(см), осадка считается допустимой

Рисунок 3.4 - Эпюра нормальных напряжений грунта по оси В

Таблица 3.3 - Расчет осадки фундамента по оси Г

№ слоя	Глубина подошвы слоя от подошвы фундамента zi, м	Толщина слоя hi, м	Коэффициент жi=2zi/b	Коэффи-циент бi	Напряже-ние уzp,i на глубине zi, кПа	Среднее напряжение уzp,iср, кПа	Модуль деформации Еi, кПа	Осадка слоя si, м
1	0,4	0,4	0,7	0,905	261,2	227,3	11000	0,00827
	0,8	0,4	1,3	0,67	193,4	227,3	11000	0,00827
	1,2	0,4	2,0	0,55	158,7	176,1	11000	0,00640
	1,4	0,2	2,3	0,532	153,5	156,1	11000	0,00284
	1,8	0,4	3,0	0,397	114,6	134,1	7500	0,00715
	2,2	0,4	3,7	0,329	95,0	104,8	7500	0,00559
	2,3	0,1	3,8	0,325	93,8	94,4	7500	0,00126
2	2,7	0,4	4,5	0,275	79,4	86,6	28000	0,00124
	3,1	0,4	5,2	0,239	69,0	74,2	28000	0,00106
	3,5	0,4	5,8	0,216	62,3	65,7	28000	0,00094
	3,9	0,4	6,5	0,188	54,3	58,3	28000	0,00083
	4,3	0,4	7,2	0,175	50,5	52,4	28000	0,00075
	4,7	0,4	7,8	0,162	46,8	48,6	28000	0,00069
	5,1	0,4	8,5	0,145	41,8	44,3	28000	0,00063
	5,5	0,4	9,2	0,137	39,5	40,7	28000	0,00058
	5,9	0,4	9,8	0,129	37,2	38,4	28000	0,00055
	6,3	0,4	10,5	0,118	34,1	35,6	28000	0,00051
	6,7	0,4	11,2	0,113	32,6	33,3	28000	0,00048
	7,1	0,4	11,8	0,108	31,2	31,9	28000	0,00046
	7,5	0,4	12,5	0,089	25,7	28,4	28000	0,00041
	7,6	0,1	12,7	0,073	21,1	23,4	28000	0,00008
3	8,0	0,4	13,3	0,068	19,6	20,3	55000	0,00015
	8,4	0,4	14,0	0,054	15,6	17,6	55000	0,00013
	8,8	0,4	14,7	0,046	13,3	14,4	55000	0,00010
	9,2	0,4	15,3	0,038	11,0	12,1	55000	0,00009
	9,6	0,4	16,0	0,024	6,9	8,9	55000	0,00007
	10,0	0,4	16,7
	10,4	0,4	17,3
	10,8	0,4	18,0
	11,1	0,3	18,5
?S	0,04951
3,96(см) ? 10(см), осадка считается допустимой



Рисунок 3.5 - Эпюра нормальных напряжений грунта по оси Г

3.7 Проверка подстилающего слоя основания

Поверка подстилающего слоя производится для внецентренно загруженного фундамента под колонну по оси Б.

При наличии в пределах сжимаемой толщи основания на глубине z от подошвы фундамента слоя грунта меньшей прочности, чем прочность грунта вышележащих слоев прочности (R0 меньше чем у несущего слоя грунта), размеры фундамента должны назначаться такими, чтобы обеспечивалось условие

уzp + уzg Rz, (3.20)

где:

уzp - дополнительное вертикальное напряжение на глубине z от подошвы фундамента (на уровне кровли слабого подстилающего слоя), уzp = 76,50 (кПа);

уzg - вертикальное напряжение от собственного веса грунта на той же глубине z, уzg =15,96 (кПа);

уzp + уzg = 76,50+15,96=92,46 (кПа);

Rz - расчетное сопротивление слабого грунта на глубине z, кПа, определяемое для условного фундамента шириной bz, определяемого по формуле

Для квадратного фундамента

(3.21)

где:

N'II - суммарная вертикальная нагрузка на основание от фундамента, кН

(N'II = N0II + b l dгmt =1000+2,1•2,1·2,1•24=1222,26 (кН)

= =1,25•1 (0,18•1•3,99•17,8+1,47•3,8•16+3,82•56)/1 = 395,5 (кПа)

уzp + уzg =92,46 (кПа) < R=395,5 (кПа) - условие выполнилось.

3.8 Расчет крена фундамента

Расчет крена производится для внецентренно загруженного фундамента под колонну по оси Б.

Крен фундамента i при действии внецентренной нагрузки определяется по формуле:

(3.22)

где:

Е и v - соответственно модуль деформации и коэффициент Пуассона грунта основания, принимаемые средними в пределах сжимаемой толщи, установленной при расчете осадки. Коэффициент Пуассона н принимается равным для глин - 0,42. Е = 11000 (кПа);

km - коэффициент принимаемый по таблице 13 (см.приложени), km = 1;

kе - коэффициент принимаемый по таблице 14 (см. приложение),

kе = 0,43;

N - вертикальная составляющая равнодействующие всех нагрузок на фундамента в уровне его подошвы;

При ширине фундамента b < 10 м нагрузка на фундамент определяется по формуле:

N = p0A (3.23)

где:

A - площадь подошвы фундамента;

p0 - дополнительное давление на основание из расчета осадки,

е - эксцентриситет;

Эксцентриситет определяется из выражения:

е = М'II /N (3.24)

где:

М'II - момент от равнодействующей нагрузки в работе принимается равным М0II = 125(кНм),

а - диаметр круглого или сторона прямоугольного фундамента, в направлении которой действует момент, а = 2,1 (м).

N = p0A = 268,4•4,41 = 1183,6 (кН)

е = М'II /N = 125/1183,6 = 0,106

i=0,032 > i=0,005 - условие не выполнилось, следовательно происходит крен.

4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ

4.1 Анализ инженерно-геологических условий применительно к свайному варианту фундаментов

При проектировании фундамента применяем забивные сваи-стойки или висячие сваи.

Так как грунты, слагающие верхние слои площадки строительства, не скальные, не крупнообломочные, а также не имеют достаточной несущей способности (Е?11000МПа), то все сваи, погружаемые в 1, 2 и 3 слои грунта, будут висячими, а последний не сжимаемый слой будет служить хорошим основанием для свай-стоек. Учитывая минимальную длину свай (3м), применяемых для возведения оснований под сооружения, и небольшую мощность первого слоя (4,7м) пропадает возможность погрузить сваю в первый слой грунта. Таким образом, для определения окончательной конструкции свайного фундамента необходимо экономически сравнить варианты:

Погружение висячей сваи нижним концом во второй слой грунта;

Погружение висячей сваи нижним концом в третий слой грунта;

Погружение сваи-стойки в более прочный или малосжимаемый слой грунта.

4.2 Предварительное определение глубины заложения и толщины плиты ростверка

Глубина заложения свайного ростверка принимается одинаковой. Поэтому глубину заложения ростверка под всем зданием определится как минимальная из всех возможных отметок. Следовательно, глубину заложения ростверка принимаем, рассматривая ту часть здания, где расположен подвал. Учитывая конструктивные требования и размеры подвала, получаем отметку верхней грани ростверка -2,40 м от уровня планировочной отметки земли. Толщину ростверка предварительно назначаем 40 см. Тогда отметка подошвы ростверка:

-2,4 - 0,4 = -2,8(м) или -3,1(м) от ур.ч.п.

Глубина заделки головы железобетонной сваи в ростверк принимаем 10 см. Отметка оголовков свай

-2,8 + 0,1 = -2,6(м) или -3,0(м) от ур.ч.п.

4.3 Выбор типа, длины и сечения свай

Размеры сечения свай предварительно принимаем 30х30 см. Длина свай-стоек определяется исходя из мощности слабых прошиваемых слоев и величины заглубления свай в прочный грунт, принимаемой не менее 0,5 м во всех случаях, при этом следует учитывать модульность применяемых в строительстве свай. Длина такой сваи, опирающейся на малосжимаемый слой грунта находится:

l1 = 2,3+0,5=2,8 (м)

Следовательно, принимаем сваю С3-30 с длиной l1 =3(м).

Висячие сваи тоже необходимо заглубить в подстилающий слой грунта. Длина такой сваи, погружаемые в третий слой грунта находится:

l2 = 2,3+5,3+0,5=8 (м)

Следовательно, принимаем сваю С8-30 с длиной l2 =8(м).

Длина сваи, погружаемые во второй слой грунта находится:

l3 = 2,3+5,3+3,5+0,5=11,6 = 11,2 (м)

Следовательно, принимаем сваю С12-30 с длиной l3 =12(м).

4.4 Определение несущей способности свай по материалу и грунту

Несущая способность свай-стоек по грунту определяется по формуле:

Fd = гc RA (4.1)

где:

гc - коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый гc =1;

A - площадь опирания на грунт сваи, м2 (для свай сплошного сечения A принимается равной площади поперечного сечения свай);

R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи-стойки, принимаемое для всех видов забивных свай, опирающихся на скальные и малосжимаемые грунты, R = 20000 (кПа).

Несущая способность висячей забивной сваи по грунту, работающей на сжимающую нагрузку, определяется как сумма сил расчетных сопротивлений грунтов основания под нижним концом сваи и на ее боковой поверхности по формуле:

Fd = гc (гcr RA+ u? гcf fi hi) (4.2)

где:

гc - коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый гc =1;

R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, принимаемое по приложению (таблица 15);

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

u - наружный периметр поперечного сечения сваи, м;

fi - расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, принимаемое по приложению (таблица 16);

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

гcr, гcf - коэффициент условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения на расчетные сопротивления грунта, и принимаемые по приложению (таблица 17).

При определении fi толща грунтов под подошвой ростверка расчленяется на однородные слои толщиной hi не более 2 м.

Расчетная нагрузка Рd, допускаемая на сваю по грунту, определяется по формуле:

Pd = Fd / гк (4.3)

где:

Fd - несущая способность сваи по грунту;

гк - коэффициент надежности, равный гк = 1,4.

Вариант 1 - Погружение висячей сваи нижним концом во второй слой грунта.

Несущая способность по материалу свай

Pd = 60 (тс) = 600 (кН)

Определяем отсчитываемые от уровня земли отметки hср, и соответствующие им значения сопротивлений f:

hср1=2,4+1,4/2=3,1(м); f=25,2(кПа)

hср2=2,4+1,4+0,9/2=4,3(м); f=27,6(кПа)

hср3=2,4+1,4+0,9+0,6/2=5 (м); f=29(кПа)

R=1315 (кПа); A=0,3·0,3=0,09(м2);

U=0,3·4=1,2(м)

Несущая способность сваи составит:

Fd = 1·(1315·0,09·1+ 1,2·[3,1·25,2+ 4,3·27,6+ +5·29])=528,51(кН)

Расчетная нагрузка на одну сваю, погружаемую во второй слой грунта составит:

Pd = 528,51/1,4=377,5 (кН)

В дальнейших расчетах за несущую способность одной сваи принимаем наименьшее из значений Pd:

Pd = 377,5 (кН) < 600 (кН)

Вариант 2 - Погружение висячей сваи нижним концом в третий слой грунта.

Несущая способность по материалу свай

Pd = 60 (тс) = 600 (кН)

Определяем отсчитываемые от уровня земли отметки hср, и соответствующие им значения сопротивлений f:

hср1=2,4+1,4/2=3,1(м); f=25,2(кПа)

hср2=2,4+1,4+0,9/2=4,3(м); f=27,6(кПа)

hср3=2,4+1,4+0,9+2/2=5,7(м); f=57,4(кПа)

hср4=2,4+1,4+0,9+2+2/2=7,7 (м); f=60,8(кПа)

hср5=2,4+1,4+0,9+2+2+1,3/2=9,4 (м)

f=63,2(кПа)

hср6=2,4+1,4+0,9+5,3+0,3/2=10,2 (м)

f=65,3(кПа)

R=10572(кПа); A=0,3·0,3=0,09(м2)

U=0,3·4=1,2(м)

Несущая способность сваи составит:

Fd = 1·(10572·0,09·1+ 1,2·[3,1·25,2+ 4,3·27,6+ +5,7·57,4+7,7·60,8+9,4·63,2])=3654,22(кН)

Расчетная нагрузка на одну сваю, погружаемую во второй слой грунта составит:

Pd = 3654,22/1,4=2610,16 (кН)

В дальнейших расчетах за несущую способность одной сваи принимаем наименьшее из значений Pd:

Pd = 2610,16 (кН) > 600 (кН)

Вариант 3 - погружение сваи-стойки в более прочный или малосжимаемый слой грунта.

Несущая способность по материалу свай

Pd = 60 (тс) = 600 (кН)

R=20000 (кПа); A=0,09 (м2)

Несущая способность сваи составит:

Fd = гc ·R·A=1·20000·0,09=1800 (кН)

Расчетная нагрузка на одну сваю, погружаемую во второй слой грунта составит:

Pd = 1800/1,4=1285,71 (кН)

В дальнейших расчетах за несущую способность одной сваи принимаем наименьшее из значений Pd:

Pd = 1285,71 (кН) > 600 (кН)

4.5 Определение числа свай и их размещение в ростверке

Размеры отдельного фундамента под колонну:

b = 2·(0,3·d+5)+d + 3·d = 2·(0,3·30+5)+30 +3·30= 148 (см), принимаем ширину фундамента 150(см) = 1,5(м)

Максимально допустимое расстояние между осями свай в зависимости от их несущей способности:

lf,св = Pсв / ?NI (4.4)

Ориентировочное число свай в фундаменте под колонну:

n = m· ?NI / Pсв (4.5)

где:

?NI - сумма внешних расчетных вертикальных нагрузок, приведенных к подошве ростверка;

m - коэффициент, учитывающий работу свай при наличии момента внешних сил в уровне подошвы ростверка.

В общем случае формулу для определения NI можно записать так:

NI = N0II + NfII + NgII + NkII + NqII (4.6)

где:

N0II - вертикальная нагрузка на ленточный фундамент, кН/м;

NfII - нагрузка от веса фундамента;

NgII - нагрузка от грунта обратной засыпки на обрезах фундамента;

NkII - нагрузка от веса конструкции пола подвала;

NqII - нагрузка от временной равномерно распределенной нагрузки q на поверхность прилегающего к зданию грунта (q=10 кН/м2)

Нагрузки, передаваемые на несущий слой грунта от вышележащих конструкций здания и грунтов, определяются в соответствии с таблицей 4.1

Таблица 4.1 - Определение нагрузок NfII, NgII, NkII, NqII

Фундамент	Схема действующей нагрузки	Формула для определения нагрузок
по оси А		N0II=300 (кН/м) NfII = b hf l гm + bc H l гm= 0,6•0,3•1•24 + +0,6•2,4•1•24=38,88 (кН/м) NgII = 0 NqII = 0 NkII = 0
по оси В		N0II=340 (кН/м) NfII = b hf l гm + bc H l гm= 0,6•0,3•1•24 + +0,5•2,4•1•24 = 33,12 (кН/м) NgII = bk [(d - hf )+(hs - hf )]l гbf = =0,05•[(2,4-0,3)+(0,55-0,3)]•1•16 = =1,88 (кН/м) NqII = 0 NkII = 0
по оси Г		N0II=300(кН/м) NfII = b hf l гm + bc H l гm= 0,6•0,3•1•24 + +0,6•2,4•1•24=38,88 (кН/м) NgII = 0 NqII = 0 NkII = 0
по оси Б		N0II=1000 (кН/м) NfII = b hf l гm + bc H l гm= 1,5•0,3•1•24 + +0,9•1,95•1•24=52,92 (кН/м) NgII = 2·bk ·(d - hf )l гbf = 2·0,3•(2,4- -0,3)1•16 =20,16 (кН/м) NqII = bk ·l· q=0,3·1·10=3 (кН/м) NkII = 0
	l = 1(м) q = 10 (кН/м2)	гm = 24 (кН/м3) гbf = 16 (кН/м3)

Таким образом, сумма внешних вертикальных нагрузок:

для оси А: NI = 300+38,88 = 338,88 (кН/м)

для оси Б: NI = 1000+52,92+20,16+3 = 1076,08 (кН/м)

для оси В: NI = 340+33,12+1,88 = 375 (кН/м)

для оси Г: NI = 300+38,88 = 338,88 (кН/м)

Сравнение трех вариантов свайного фундамента выполним в виде таблицы 4.2

Таблица 4.2 - Максимально допустимое расстояние между осями свай для осей А, В, Г и количество свай для оси Б

Марка сваи	lf,св по оси А, (м)	nсв по оси Б, (шт)	lf,св по оси В, (м)	lf,св по оси Г, (м)
С3-30	1,12	3,14	1,02	1,12
С8-30	1,77	1,97	1,6	1,77
С10-30	1,77	1,97	1,6	1,77

Расстояние между осями висячих свай должно быть в пределах 3ч6d или 0,9ч 1,8(м), минимальное расстояние между осями свай-стоек 1,5d или 0,45 (м).

В итоге для фундамента глубокого заложения принимаем сваи С8-30.

4.6 Определение усилий в сваях во внецентренно нагруженном фундаменте под колонну

Для фундаментов с вертикальными сваями расчетная нагрузка N, передаваемая на сваю, определяется по формуле:

N = NdI/n ± MdI y/ ?? Pсв, (4.7)

где:

NdI - полная расчетная нагрузка на свайный фундамент;

MdI - расчетный момент внешних сил относительно главной центральной оси плана свай в плоскости подошвы свайного ростверка;

n - число свай в фундаменте;

y - расстояние от главной оси плиты ростверка до оси сваи, для которой вычисляется расчетная нагрузка;

yi - расстояние от главной оси плиты ростверка до оси каждой сваи.

Nmax = 1076,08/4 +125·0,45/ 0,452·2 = 372,91(кН) ? Pсв=377,5 (кН)

Nmin = 1076,08/4 - 125·0,45/ 0,452·2 = 95,13(кН) ? Pсв=377,5 (кН)

Условия выполняется, расчет несущей способности свайного фундамента считается законченным.

4.7 Проверка давления в основании свайного фундамента

При расчете свайного фундамента из висячих свай по деформациям его заменяют условным фундаментом на естественном основании. Границы условного фундамента образованы снизу - горизонтальной плоскостью проходящей через острие свай и боковыми гранями наклонными к оси фундамента как показано на рисунке 4.1. Угол наклона равен четверти осредненного угла внутреннего трения, который определяется по формуле:

цII,mt = ? цII,i hi / ?hi (4.8)

где:

цII,i - угол внутреннего трения для i-го слоя грунта;

hi - толщина i-го слоя грунта.

Рисунок 4.1 - Определение ширины подошвы фундамента

Осредненное значение угла внутреннего трения определяется:

цII,mt = 2,3*7+5,3*24+0,3*35=19,46

Ширина подошвы условного фундамента под стены:

Вст = Вк - d - с = 2,42-0,3-0,68=1,44

Ширина подошвы условного фундамента под колонны:

Вк = b + 2(d/2) + 2h tg(цII,mt/4)=

=0,98+2·0,3/2+2·7,9· tg(19,46/4)=2,42

При расчете внецентренно нагруженного условного фундамента по второй группе предельных состояний осадка фундамента не должна превышать предельных значений, а напряжения под подошвой условного фундамента ограничиваются условиями:

рmax 1,2R (4.9)

рmin 0 (4.10)

рср R (4.11)

где:

R - расчетное сопротивление грунта условного фундамента, определяемого по формуле:

(4.12)

Рисунок 4.2 - К определению расчетных характеристик

Для удобства занесем данные необходимые при вычислении расчетных сопротивлений грунтов в таблицу 4.3

Таблица 4.3 - Расчетные характеристики грунтов.

Характеристика	К расчету R, по осям
	А	Б	В	Г
гС1	1,4	1,4	1,4	1,4
гС2	1,2	1,2	1,2	1,2
Мг	1,68	1,68	1,68	1,68
Mq	7,71	7,71	7,71	7,71
Mc	9,58	9,58	9,58	9,58
kz	1	1	1	1
cII	-	-	-	-
гII	19 (кН/м3)	19 (кН/м3)	19 (кН/м3)	19 (кН/м3)
г`II	16 (кН/м3)	16 (кН/м3)	16 (кН/м3)	16 (кН/м3)
d1	10,3 (м)	10,3 (м)	10,3 (м)	10,3 (м)
db	0	0	2	2
b	1,44 (м)	2,42 (м)	1,44 (м)	1,44(м)

Определяем расчетные сопротивления грунтов R:

для оси А:

R = 1,4•1,2•(1,68•1•1,44•19 + 7,71•10,3•16)/1 = 2211,84 (кПа)

для оси Б:

R = 1,4•1,2•(1,68•1•2,42•19 + 7,71•10,3•16)/1 = 2264,39 (кПа)

для оси В:

R = 1,4•1,2•(1,68•1•1,44•19 + 7,71•10,3•16)/1 = 2211,84 (кПа)

для оси Г:

R = 1,4•1,2•(1,68•1•1,44•19 + 7,71•10,3•16)/1 = 2211,84 (кПа)

Давление под подошвой условного фундамента определяется по формуле:

= NII /Ау ± MII / W (4.13)

где:

NII - вертикальная нагрузка в плоскости подошвы условного фундамента с учетом веса грунтового массива;

Ау - площадь условного фундамента;

W - момент сопротивления условного фундамента в уровне нижних концов свай;

MII - момент внешних сил относительно центра тяжести подошвы плиты ростверка.

Давление на основание под подошвой фундамента по оси А:

р = N'II / А = (N0II l + NfII + NgII + NkII + NqII)/(b l) = (300•1+38,88)/1,44•1,44= =163,42 (кН/м2)

р = 163,42 (кН/м2) < R=2211,84 (кПа), условие выполняется.

Давление на основание под подошвой фундамента по оси В:

р = N'II / А = (N0II l + NfII + NgII + NkII + NqII)/(b l) = (340•1+33,12+1,88)/

/1,44•1,44= 180,8 (кН/м2)

р = 180,8 (кН/м2 )< R=2211,84 (кПа), условие выполняется.

Давление на основание под подошвой фундамента по оси Г:

р = N'II / А = (N0II l + NfII + NgII + NkII + NqII)/(b l) = (300•1+38,88)/1,44•1,44= =163,42 (кН/м2)

р = 163,42 (кН/м2) < R=2211,84 (кПа), условие выполняется.

Среднее давление на основание под подошвой фундамента по оси Б:

= N'II / А = (N0II + b·l·d· гm) /(b·l) ± 6· М0II/(b2·l) = (1000+2,42·2,42·10,3·22)/

/(2,42·2,42)±(6·125)/( 2,42·2,422) = 334,35±52,91 (кН/м2)

pmax= 450,27 (кН/м2 )< 1,2R = 2717,268 (кПа), условие выполняется.

Pmin= 344,44 (кН/м2 )> 0, условие выполняется.

Рср = 397,37(кН/м2 ) ? R = 2264,39 (кПа), условие выполняется.

4.8 Расчет осадки основания свайного фундамента

Построение эпюр природных напряжений уzg и 0,2уzg выполняем по аналоги с пунктом 3.6. Дополнительное вертикальное давление на основание, определяется по формуле:

р0 = р - уzg,0 (4.14)

где:

p - среднее давление под подошвой фундамента;

уzg,0 - вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента.

уzg,0=?hi ·гi/ hi =

(3,8*17,8+0,9*19,5+5,3*19,2+0,3*19)/(3,8+0,9+5,3+0,3)=18,7(кПа)

р0 = р - уzg,0=397,37-18,7=378,67 (кПа)

Расчет осадки фундаментов по осям выполним в табличной форме (таблица 4.4 - Расчет осадки фундамента по осям А,Б,В,Г).

Учет осадки ведется, как правило, до отметки нижней границы сжимаемой толщи(НГСТ), которая определяется графически, в месте пересечения эпюры 0,2уzg и уzp.

Таблица 4.4 - Расчет осадки фундамента по оси Б.

№ слоя	Глубина подошвы слоя от подошвы фундамента zi, м	Толщина слоя hi, м	Коэффициент жi=2zi/b	Коэффициент бi	Напряже-ние уzp,i на глубине zi, кПа	Среднее напряжение уzp,iср, кПа	Модуль деформации Еi, кПа	Осадка слоя si, м
1	0,9	0,9	0,7	0,920	348,37	397,37	50000	0,00715
	1,8	0,9	1,5	0,567	214,7	281,5	50000	0,00507
	2,7	0,9	2,2	0,297	112,46	163,58	50000	0,00294
	3,2	0,9	2,6	0,229	86,71	99,58	50000	0,00179
?S	0,0098
0,98(см) ? 10(см), осадка считается допустимой

Рисунок 4.4 - Эпюра нормальных напряжений грунта по оси Б

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. СНиП РК 5.01-01-2002. Основания зданий и сооружений.

2. ГОСТ 25100-95. Грунты. Классификация.

3. Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП 2.02.01-83) / НИИОСП им. Н.М.Герсеванова. - М.: Стройиздат, 1986.-415 с.

4. Берлинов М.В., Ягупов Б.А. Расчет оснований и фундаментов. -М.: Стройиздат, 2001.-272 с.

5. Веселов В.А. Проектирование оснований и фундаментов. - М.: Стройиздат, 1990.-304 с.

6. СНиП 3.02.01-83. Основания и фундаменты / Госстрой СССР. - М.: Стройиздат. 1983.-39 с.

7. ГОСТ 13579-78*. Блоки бетонные для стен подвалов. Технические условия.

8. Пособие по проектированию фундаментов на естественном основании под колонны зданий и сооружений (к СНиП 2.03.01-84 и СНиП 2.02.01-83) / Ленпромстройпроект Госстроя СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1989.-112 с.

9. Нугуманов Д.Т. Проектирование свайных фундаментов / ВКТУ, Усть-Каменогорск, 1999.-82 с.

10. Проектирование и устройство свайных фундаментов: Учеб. пособие для строительных вузов/ С.Б.Беленький, Л.Г.Дикман, И.И.Косоруков и др. -М.: Высшая школа, 1983.-328 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Таблица 1 - Наименование пылевато-глинистого грунта (тип грунта) устанавливается по числу пластичности Ip.

Тип пылевато-глинистых грунтов	Число пластичности IР, %
Супеси	1 IР 7
Суглинки	7 < IР 17
Глины	IР > 17

Таблица 2 - Разновидность по показателю текучести IL

Разновидности пылевато-глинистых грунтов	Показатель текучести IL
Супеси: твердые	IL 0
пластичные	0 IL 1
текучие	IL > 1
Суглинки и глины: твердые	IL 0
полутвердые	0 IL 0,25
тугопластичные	0,25 < IL 0,5
мягкопластичные	0,5 < IL 0,75
текучепластичные	0,75 < IL 1
текучие	IL 1

Гранулометрический состав несвязных грунтов задается в курсовом проекте в виде кривых гранулометрического состава (рисунок 1) и определяется согласно таблице 3

Рисунок 1 - кривые гранулометрического состава несвязных грунтов

Таблица 3

Грунты	Размер частиц d, мм	% массы воздушно-сухого грунта
Крупнообломочные
Валунные грунт (при преобладании неокатанных частиц - глыбовый)	d 200	50
Галечниковый грунт (при преобладании неокатанных частиц - щебенистый)	d 10	50
Гравийный грунт (при преобладании неокатанных частиц - дресвяный)	d 2	50
Песчаные
Песок гравелистый	d 2	25
Песок крупный	d 0,5	50
Песок средней крупности	d 0,25	75
Песок мелкий	d 0,10	75
Песок пылеватый	d 0,10	< 75
Примечание. Для установления наименования грунта последовательно суммируются проценты частиц исследуемого грунта: сначала - крупнее 200 мм, затем - крупнее 10 мм, далее - крупнее 2 мм и т.д. Наименование грунта принимается по первому удовлетворяющему показателю в порядке расположения наименований в таблице.

Таблица 4

Разновидность крупнообломочных и песчаных грунтов по степени влажности	Степень влажности Sr
Маловлажные	0 < Sr 0,5
Влажные	0,5 < Sr 0,8
Насыщенные водой	0,8 < Sr 1

Таблица 5

Вид песков	Плотность сложения
	плотные	средней плотности	рыхлые
Пески гравелистые, крупные и средней крупности	е 0,55	0,55 е 0,70	е 0,70

Подобные документы

• Расчёт и проектирование фундаментов различного заложения

  Определение глубины заложения фундамента сооружения. Расчет осадки фундамента методами послойного суммирования и эквивалентного слоя. Проектирование свайного фундамента. Выбор глубины заложения ростверка, несущего слоя грунта, конструкции и числа свай.
  
  курсовая работа [1,1 M], добавлен 01.11.2014
  

• Проектирование фундаментов пятиэтажного 20-квартирного дома до и после реконструкции

  Определение наименования и состояния грунтов. Построение инженерно-геологического разреза. Выбор глубины заложения фундамента. Определение осадки фундамента. Определение глубины заложения и назначение размеров ростверка. Выбор типа и размеров свай.
  
  курсовая работа [623,7 K], добавлен 20.04.2013
  

• Основания и фундаменты промышленного здания

  Оценка инженерно-геологических условий, анализ структуры грунта и учет глубины его промерзания. Определение размеров и конструкции фундаментов из расчета оснований по деформациям. Определение несущей способности, глубины заложения ростверка и длины свай.
  
  курсовая работа [1,1 M], добавлен 07.05.2014
  

• Расчет фундаментов мелкого заложения и свайных фундаментов

  Конструирование свайных фундаментов мелкого заложения. Анализ инженерно-геологических условий. Определение глубины заложения подошвы фундамента, зависящей от конструктивных особенностей здания. Проведение проверки по деформациям грунта основания.
  
  курсовая работа [242,3 K], добавлен 25.11.2014
  

• Проектирование оснований и фундаментов гражданских зданий

  Назначение размеров подошвы фундаментов. Модуль деформации грунта. Определение расчетной глубины промерзания. Инженерно-геологический разрез участка, отводимого под застройку. Выбор глубины заложения фундамента. Выбор расчетных сечений и площадей.
  
  курсовая работа [412,7 K], добавлен 30.12.2011
  

• Проектирование фундамента мелкого заложения мостовой опоры

  Инженерно-геологические условия строительной площадки. Определение глубины заложения фундамента, возводимого на водотоке. Проверка напряжений под подошвой фундамента. Определение глубины заложения и размеров ростверка. Длина и поперечное сечение свай.
  
  курсовая работа [377,9 K], добавлен 26.10.2015
  

• Расчёт и проектирование фундаментов различного заложения

  Анализ инженерно-геологических данных. Определение значения условного расчетного сопротивления грунта. Расчет фундамента мелкого заложения, свайного фундамента и его осадки. Конструирование ростверка, его приближенный вес и глубина заложения, число свай.
  
  курсовая работа [973,6 K], добавлен 18.01.2014
  

• Проектирование фундамента мелкого заложения на естественном основании

  Определение нагрузок, действующих на опоры. Проектирование фундамента мелкого заложения на естественном основании. Определение глубины заложения и предварительное назначение размеров ростверка. Число свай, их размещение и уточнение размеров ростверка.
  
  курсовая работа [1,5 M], добавлен 16.06.2015
  

• Проектирование свайных фундаментов под колонны промышленного здания

  Оценка грунтовых условий строительной площадки здания, построение инженерно-геологического разреза; учет конструктивных требований. Определение глубины заложения ростверка, длины и количества свай. Расчет осадки и размеров подошвы свайного фундамента.
  
  курсовая работа [713,9 K], добавлен 23.04.2012
  

• Расчет и конструирование фундаментов общественного здания

  Анализ инженерно-геологических условий и определение расчетных характеристик грунтов. Проектирование фундаментов на естественном основании. Определение глубины заложения подошвы фундамента. Сопротивление грунта основания. Выбор типа, длины и сечения свай.
  
  курсовая работа [154,4 K], добавлен 07.03.2016
  

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам