Проектирование фундамента на естественном основании

Размещено на http://www.allbest.ru/

Санкт-Петербургский Государственный Аграрный Университет

Кафедра строительных конструкций

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине

«Основания и фундаменты»

Вариант 10.2-5.1.8.1(37,13,7)

Выполнил: Шагин И.О

Проверила: Колмогорова С.C

Санкт-Петербург 2011

Нормативные характеристики физико-механических свойств грунтов:

№ п/п	Наименование грунта	Удельный вес частицы грунта кН/м3	Удельный весгрунта кН/м3	Естественная влажность	Влажность на границе раскатывания	Влажность на границе текучести	Коэффициент фильтрации k см/с	Коэффициент сжимаемости m0 кПа -1	Хар-ки прочности
									Угол внутреннего трения град	Сцепление кПа
37	Песок средней крупности	26,7	17,4	0,29	-	-	5,1х10 -2	10х10 -5	30	-
13	суглинок	27,2	19,2	0,28	0,24	0,34	4,1х10 -7	16х10 -5	17	20,0
7	глина	26,9	17,8	0,35	0,25	0,46	3,0х10 -8	38х10 -5	8	9,0

Расчетные характеристики по первому предельному состоянию:

№ п/п	Наименование грунта	кН/м3	град	кПа
37	Песок средней крупности	14.5	27.3	-
13	суглинок	16	14.8	13.3
7	глина	14.8	7	6



1. Анализ инженерно-геологических условий

Цель проведения анализа: установление закономерностей изменения сжимаемости и прочности грунтов по глубине, выбор несущего слоя.

1.1 Песок средней крупности

А) коэффициент пористости

Где - удельный вес скелета грунта кН/м 3

кН/м 3

Б) степень влажности

Где - удельный вес воды, равный 10 кН/м 3

В) модуль деформации

Где - коэффициент относительной сжимаемости, кПа -1

- безразмерный коэффициент, равный 0,8



МПа

1.2 Суглинок

А) коэффициент пористости

Где - удельный вес скелета грунта кН/м 3

кН/м 3

Б) степень влажности

Где - удельный вес воды, равный 10 кН/м 3

В) показатель текучести (консистенции)

Где - число пластичности

Г) модуль деформации

Где - коэффициент относительной сжимаемости, кПа -1

- безразмерный коэффициент, равный 0,8

МПа

1.3 Глина

А) коэффициент пористости

Где - удельный вес скелета грунта кН/м 3

кН/м 3

Б) степень влажности

Где - удельный вес воды, равный 10 кН/м 3

В) показатель текучести (консистенции)



Где - число пластичности

Г) модуль деформации

Где - коэффициент относительной сжимаемости, кПа -1

- безразмерный коэффициент, равный 0,8

МПа

№п/п	Наименование грунта	е	Sr	Ip	IL	E Мпа	R0 кПа
37	Песок средней крупности Влажный, рыхлый	0,98	0,79	-	-	15,8	-
13	Суглинок тугопластичный	0,8	0,95	0,1	0,4	9	220
7	Глина тугопластичная	1,0	0,9	0,21	0,5	4	150

Таким образом, несущим слоем может служить суглинок тугопластичный мощностью 5м и глина тугопластичная.

Эпюры условного расчетного сопротивления и модуля деформации



Рис. 1

Площадка строительства находится в г.Самара, геологические условия площадки строительства представлены планом с нанесенными на нем пятью скважинами и двумя разрезами, выполненными по этим скважинам. При бурении скважин скрыто следующее напластование грунтов:

1. почвенный растительный слой

2. Песок средней крупности, влажный, рыхлый максимальная толщина слоя=2,0м, минимальная=1,0м

3. Суглинок тугопластичный максимальная толщина слоя=5,0м, минимальная=3,0м

4. Глина тугопластичная максимальная толщина слоя=7,0м, минимальная=6,0м

Конструктивные особенности здания

Здание имеет переменную этажность от 1 до 4 этажей, с подвалом. Здание полукаркасное с несущими продольными и поперечными стенами. Стены кирпичные, толщиной 510мм. Перекрытия сборные ж/б. кровля плоская. Высота здания 4,5; 12; 20 м.

фундамент глубина заложение осадка



2. Сбор нагрузок на обрез фундамента

№ конструкции, тип фундамента	нагрузки	Грузовая площадь, м 2	Вертикальная нагрузка по II предельному состоянию NII кН	Коэффициент надежности по нагрузке	Вертикальная нагрузка по I предельному состоянию NI кН
1 ленточный	Постоянные: Вес покрытия q1=2,5кН/м2	6	15	1,1	16,5
	Вес перекрытия 3q2+q3=3*2.2+2.0=8,6кН/м2	6	51,6	1,1	56,76
	Вес стены =18кН/м3 0,51*20*1*18	-	183,6	1,1	201,96
	Временные: Снеговая S0=1.8 кН/м2	6	10,8	1,4	15,12
	Полезная на перекрытие 3q2+q3=3*2+2.2=8,8 кН/м2	6	52,8	1.2	63,36
			NII=313,8 MII=0,02*NII=6,3		NI=353,7 MI=7,1
2 ленточный	Постоянные: Вес покрытия q1=2,5кН/м2	3	7,5	1,1	8,25
	Вес перекрытия q2=2,2кН/м2	3	6,6	1,1	7,26
	Вес стены 0,51*4,5*1*18=41,31	-	41,31	1,1	45,441
	Временные: Снеговая S0=1.8 кН/м2	3	5,4	1,4	7,56
	Полезная на перекрытие q2=2,0кН/м2	3	6,0	1,2	7,2
			NII=66,81 MII=1,3		NI=75,71 MI=1,5
3 ленточный	Постоянные: Вес перекрытия q2=2,2кН/м2	4,5	9,9	1,1	10,89
	Вес стены 0,38*4,5*1*18=41,31	-	30,78	1,1	33,9
	Временные: Снеговая S0=1.8 кН/м2	4,5	8,1	1,4	11,34
	Полезная на перекрытие q2=2,0кН/м2	4,5	9,0	1,2	10,8
			NII=57,78 MII=1,2		NI=66,93 MI=1,3
4 ленточный	Постоянные: Вес покрытия q1=2,5кН/м2	3	7,5	1,1	8,25
	Вес стены 0,51*4,5*1*18=41,31	-	41,31	1,1	45,4
	Временные: Снеговая S0=1.8 кН/м2	3	5,4	1,4	7,56
			NII=54,21 MII=1,1		NI=61,21 MI=1,2
5 столбчатый	Постоянные: Вес покрытия q1=2,5кН/м2	36	90	1,1	99
	Вес перекрытия 3q2+q3=3*2.2+2.0=10,9кН/м2	36	309,6	1,1	340,56
	Вес колонны =25кН/м3 0,4*0,4*20*25=80	-	80	1,1	88
	Временные: Снеговая S0=1.8 кН/м2	36	64,8	1,4	90,72
	Полезная на перекрытие 3q2+q3=3*2+2.2=8,2 кН/м2	36	295,2	1,2	354,24
			NII=839,6		NI=972,52
6ленточный	Постоянные: Вес перекрытия q2=2,2кН/м2	4,5	9,9	1,1	10,89
	Вес стены 0,38*4,5*1*18=30,78	-	30,78	1,1	33,86
	Временные: Снеговая S0=1.8 кН/м2	4,5	8,1	1,4	11,34
	Полезная на перекрытие q2=2,0кН/м2	4,5	9,0	1,2	10,8
			NII=57,78 MII=1,2		NI=66,89 MI=1,3



3. Размещение здания на плане

4. Проектирование фундамента на естественном основании (под стену №1)

4.1 Выбор глубины заложения

Глубина заложения фундамента зависит от:

- инженерно-геологических условий

- климатических условий

- конструктивных особенностей здания

А) инженерно геологические условия

d=hсл+0,5

d - глубина заложения фундамента

hсл - мощность слоя слабых грунтов

d=1.5+0.5=2,0м

б) климатические условия

d=df+0,25м

- расчетная глубина промерзания, м

- коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения на глубину промерзания грунтов у фундаментов

- коэффициент условий промерзания грунта, учитывающий изменчивость климата

- нормативная глубина промерзания

d=0.7+0.25=0,95м

в) конструктивные особенности

d=2.2+0.3+0.5=3,0м

Выбираем максимальное значение. d=3,0м

4.2 Определение размеров подошвы фундамента

В первом приближении определяется

Требуемая площадь его подошвы:

Где NII - нормативная вертикальная нагрузка по обрезу фундамента, кН;

R0 - условное расчетное сопротивление основания, кПа

- среднее значение удельного веса фундамента в пределах d

м2

Ширина подошвы фундамента

b=Aтр=1,9м

после приближенного определения размеров подошвы фундамента определяем требуемую площадь его подошвы

Где R - расчетное сопротивление грунта, которое определяется по СНиП 2.02.01-83* по формуле Н.П. Пузыревского

кПа

Где и - соответственно коэффициенты условий работы основания и здания (табл.3 СНиП 2.02.01-83*)

k - коэффициент надежности, равный 1,1

,, - безразмерные коэффициенты, принимаемые по табл.4 СНиП 2.02.01-83*, в зависимости от угла внутреннего трения(17о)

kz - коэффициент, принимаемый при b<10м равным 1

и - осредненные расчетные значения удельного веса грунта, залегающего соответственно ниже и выше подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяют с учетом взвешивающего действия воды). Взвешивающее действие воды учитывается во всех грунта кроме водонепроницаемых: тугопластичных, твердых, полутвердых глин и суглинков.

- глубина заложения фундамента бесподвального сооружения или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала

- толщина слоя грунта выше подошвы фундамента

- толщина конструкции пола подвала (0,3м)

- расчетное значение удельного веса конструкции пола подвала (22кН/м 3)

кН/м 3

м 2

При наличии момента площадь увеличивают на 20%

Атр=2.0 м2

b=2.0 м

кПа

Т.к. R=242.8 кПа и R=243.6 кПа не сильно отличаются, то принимаем b=2м и А=2м2

По выбранным размерам подошвы фундамента производится конструирование фундамента, т.е. определяются его поперечные размеры.

4.3 Проверка напряжений по подошве фундамента

Сбор нагрузок на подошву фундамента

нагрузки	NII кН/п.м.	MII кНм/п.м	TII кН/п.м.
На обрез фундамента	313,8	6,3	-
Вес фундамента =25кН/м3 (2*0,5*1)*25	25,0	-	-
Вес грунта =18кН/м3 0,745*2,5*1*18 е=0,5 MII=е* NII	33.525	16.8	-
Боковое давление от грунта на стенку подвала	-	14.64	18.64
	NIIобщ=372.325	MIIобщ=37.74	TIIобщ=18.64



кНм/п.м.

кН/п.м.

кПа

кПа

4.4 Проверка слабого подстилающего слоя

Если верхние слоя грунта, на который опирается фундамент, подстилаются менее прочным, то необходимо выполнить проверку слабого подстилающего слоя, следовательно, проверку выполнять не надо.

4.5 Расчет осадки фундамента

- деформация фундамента по расчету

- предельное значение деформации, определяется по приложению 4 СНиП 2.02.01-83*

Толщина элементарного слоя

Вертикальные напряжения на уровне подошвы фундамента от собственного веса грунта и на границе каждого элементарного слоя

Где - удельный вес слоя грунта, с учетом взвешивающего действия воды

- толщина слоя грунта

Начальная ордината эпюры в уровне подошвы фундамента

Значение дополнительных вертикальных напряжений в грунте

- коэффициент рассеивания напряжений, принимаемый по таблице в зависимости от формы подошвы фундамента, соотношения сторон прямоугольного фундамента n=l/b и относительной глубины m=2z/b

Нижняя граница сжимаемой толщи (НГСТ) находится на глубине, где выполняется условие при E>5,0 МПа

Определяется осадка каждого элементарного слоя, который попадает в сжимающую толщу

- безразмерный коэффициент, равный 0,8

- среднее значение дополнительного напряжения

и - соответственно толщина и модуль деформации слоя грунта

Определяется расчетная величина осадки фундамента как сумма осадок элементарных слоев в пределах сжимаемой толщи основания

кПа

кПа

Расчетная осадка больше допустимой, следовательно, увеличиваем размеры подошвы фундамента. Принимаем b=3м.

кПа

кПа

=17,4кН/м3

=19,2кН/м3

4.6 Определение стоимости фундамента на естественном основании

Наименование работ	Ед. изм.	Кол-во	Стоимость работ в рублях
			Ед.	Общ.
1. Разработка грунта А) поправка на глубину	М3	12	3-60 0-72	51-85
2. крепление котлована	М2	30	0-85	25-50
3. устройство фундамента	М3	1,5	28-30	42-45
4. песчаная подготовка	М3	0,4	7-60	3-05
Итого:	122-85



5. Проектирование свайного фундамента

5.1 Определение глубины заложения ростверка

d=2.2+0.3+0.5=3,0м

номер элементарного слоя	глубина подошвы элементарного слоя от подошвы фундамента zi (м)	толщина слоя hi (м)	удельный вес грунта, с учетом взвешивающего действия воды	природное давление	коэффициент m	коэффициент ?	дополнительное давление	среднее давление в слое	модуль деформации каждого слоя Е	осадка S
1	0	0	19,2	72,3	0	0	42,475	0	9000	0
2	1,2	1,2	19,2	95,34	0,80	0,881	37,420	39,95	9000	0,00426
3	2,4	1,2	19,2	118,38	1,60	0,642	27,269	32,34	9000	0,00345
4	3,5	1,1	19,2	154,5	2,33	0,49	20,813	24,04	9001	0,00235
5	4,7	1,2	17,8	175,86	3,13	0,382	16,225	18,52	9002	0,00197
										0,0120

5.2 Выбор типа, длины и поперечного сечения сваи

l=+H+lНЕСУЩЕГО СЛОЯ

по таблице принимаем сваю сечением 300х300мм, длиной 5,0м, марка бетона В15, сечение и класс продольной арматуры 4d12 A400



5.3 Определение несущей способности сваи и количества свай

Несущая способность висячей сваи по материалу

кН

Где: - коэффициент условий работы сваи в грунте;

- коэффициент, учитывающий особенности загружения;

- расчетное сопротивление бетона сжатию;

- расчетное сопротивление арматуры расятжению;

А - площадь поперечного сечения сваи;

- площадь поперечного сечения всех продольных стержней.

Несущая способность по грунту висячей сваи

Где:, - коэффициенты условий работы грунта под нижним концом и по боковой поверхности сваи, учитывающие способ погружения сваи;

R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи;

U - периметр поперечного сечения сваи;

- расчетное сопротивление i-го слоя грунта;

- толщина i-го слоя грунта

кН

Выбираем меньшую из двух значений несущую способность F=278,4 кН.

Определение допустимой нагрузки на сваю

Расчетная (допустимая) нагрузка на сваю

Где =1,4 - коэффициент надежности по грунту

кН

Определение числа свай

Среднее давление на основание под подошвой ростверка

кН

Площадь подошвы ростверка

Где - расчетная нагрузка по обрезу фундамента;

- средний удельный вес материала фундамента и грунта, принимаемый 20 кН/м3;

- коэффициент надежности по нагрузке, равный 1,1

м2

Ориентировочно вес ростверка и грунта



кН

Количество свай

шт

Где k - коэффициент, учитывающий действие момента

5.4 Конструирование ростверка

Ар=1,5 м2 bp=1,5 м lp=1 м

5.5 Проверка свайного фундамента по I-му предельному состоянию (проверка усилий, передаваемых на сваю) вес ростверка

кН

Фактическая нагрузка, приходящаяся на одну сваю

Где - расчетный момент всех сил относительно центра тяжести подошвы ростверка



Таблица Сбор нагрузок на подошву ростверка

нагрузки	NI кН/п.м.	MI кНм/п.м.	TI кН/п.м.
На обрез ростверка	353,7	7,1	-
Вес ростверка	16,5	-	-
Вес грунта 2,5*0,55*1*18 е=0,475м	24,75	11,8	-
Боковое давление грунта	-	14,64	18,64
	394,95	33,54	18,64

кНм/п.м.

кН/п.м.

кНм

кН

так как проверка не сходится, увеличиваем количество свай, принимаем nф=3 шт

кН

5.6 Проверка свайного фундамента по II-му предельному состоянию

5.6.1 Проверка напряжений под подошвой фундамента

Определение размеров условного фундамента

=170

=19,2кН/м3

=80

=17.8кН/м3

- осредненное значение угла внутреннего трения, в пределах длины сваи

Размеры подошвы условного фундамента

Где - расстояние между наружными гранями крайних рядов свай вдоль меньшей и большей сторон подошвы ростверка

Вес условного фундамента

кН

Средний удельный вес грунта

кН/м3

Расчетное сопротивление грунта при условии опирания условного фундамента на основание

кН

Среднее фактическое давление по подошве условного фундамента

5.6.2 Расчет осадки свайного фундамента

=17,4кН/м3

=19,2кН/м3

=17.8кН/м3

номер элементарного слоя	глубина подошвы элементарного слоя от подошвы фундамента zi (м)	толщина слоя hi (м)	удельный вес грунта, с учетом взвешивающего действия воды	природное давление	коэффициент m	коэффициент ?	дополнительное давление	среднее давление в слое	модуль деформации каждого слоя Е	осадка S
1	0	0	19,2	172,656	0	0	12,328	0	9000	0
2	0,7	0,7	19,2	186,096	0,67	0,888	10,947	11,64	9000	0,00072
										0,00072

5.7 Определение стоимости свайного фундамента

Наименование работ	Ед. изм	Кол-во	Стоимость работ в руб
			ед	общ
1. разработка грунта а) поправка на глубину б) на мокрый грунт	м 3	23.25	3-60 0-72	100-45
2. крепление котлована	М 2	33.6	0-85	28-55
3. ж/б сваи	М 3	1,35	88-40	119-35
4. ростверк	М 3	1.575	28-40	44-75
Итого:	293-10



6. Результаты расчёта

Рассчитанные данные по совместной работе грунта и фундамента

Средневзешанное значение удельного веса грунта по I-му предельному состоянию выше подошвы фундамента, кН/м3: 12,49

Средневзешанное значение удельного веса грунта по II-му предельному состоянию выше подошвы фундамента, кН/м3: 13,74

Приведённая глубина заложения фундамента d1, м: 3,00

Рассчитанные данные по основанию

Расчётное сопротивление грунта основания R, кПа: 369.8

Предельное давление (несущая способность) грунта основания Pпр, кПа: 846,2

Предельная нагрузка на фундамент Nпр, кН: 11 227,29

Минимальное давление под подошвой фундамента Pmin, кПа: 143.8

Среднее давление под подошвой фундамента Pср., кПа: 306.5

Максимальное давление под подошвой фундамента Pmax, кПа: 431.1

Осадка фундамента S, см: 1.5



7. Технология устройства фундамента на естественном основании

А) стаканного типа

После подготовки основания размечают оси фундамента - разбивочные оси, которые фиксируют колышками.

Выверка блоков стаканного типа в плане производится совмещением рисок на конструкции с рисками на основании или колышками.

Правильность высотных отметок дна стакана проверяют невелиром. Отклонение дна стакана не больше 30мм. По окончании монтажа делают обратную засыпку до верха фундамента.

Б) ленточные фундаменты

Конструкции:

- блок подушка: трапецеидального или прямоугольного сечения (укладывается на основание)

- фундаментные блоки

Основание - песчаная подготовка.

Монтаж начинают с установки маячных блоков по углам и в местах пересечения стен. Маячные блоки выверяются в строгом соответствии с осями с помощью теодолита или отвеса.

Фундаментные блоки стропуют 4х ветьевыми стопами. Отклонения устраняются монтажным ломиком при натянутых стропах, при этом поверхность основания не должна быть нарушена. Отклонение не более 10мм.

После выверки маячных блоков производят укладку промежуточных рядовых блоков.

После проверки правильности срезают монтажные петли и сопряжение блоков заделывают бетонной смесью.

После этого укладывают стеновые блоки и устраивают гидроизоляцию.



Список литературы

1. Методические указания «Проектирование оснований и фундаментов зданий»-Спб, 2010г О.А. Серебряков, С.С. Колмогорова, А.С. Чугунов

2. СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений. Нормы проектирования» -М: Стройиздат, 1985г.

3. СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия» » -М: Стройиздат, 1990г.

4. СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты. Нормы проектирования» » -М: Стройиздат, 1986г.

5. СП 50-102-2003 «Проектирование и устройство свайных фундаментов» М: Стройиздат, 2004г.

6. Долматов Б.И. «Основания и фундаменты» » -М: АВС, 2002г.

Размещено на Allbest.ur