Для ленточного и свайного фундаментов производят сравнение их стоимости по укрупненным показателям. Оценка стоимости, сравнение основных видов работ при устройстве фундаментов производят для 1 погонного метра.

Объем котлована находят по формуле

(5.30)

где, a,b - ширина котлована понизу и соответственно поверху котлована, м;

u - глубина котлована, м;

l - длина котлована, м;

Для фундаментов мелкого заложения объем котлована будет равен

Для свайного фундамента будет равен:

Сравнение стоимости фундаментов приводят в табличной форме (табл. 5.1).

Таблица 5.1- Технико-экономическое сравнение вариантов

Вывод: по предварительной оценке стоимости основных видов работ при устройстве фундаментов из 2-х вариантов экономичнее и эффективнее является фундамент мелкого заложения.

6 Расчёт фундаментов принятого вида

6.1 Расчет фундаментов мелкого заложения в сечении 2 - 2

Определяем основные размеры и рассчитываем конструкцию сборного ленточного фундамента под внутреннюю стену. Глубину заложения подошвы принимаем аналогично глубине заложения стены в сечении 1-1(см. раздел 5.1). Определяем ориентировочные размеры фундамента в плане по формуле (5.15)

По табл. 6.5 и 6.6 подбираем плиту марки ФЛ 14.12, имеющую размеры L=1,18м, b =1,4 м, h=0,3 м и стеновые блоки ФБС 12.4.3 и ФБС 12.4.6

По табл. 2 прил.2 [3] для песка пылеватого средней пластичности с коэффициентом пористости е=0,67 находим ?_н=29,2⁰ и С_н=3,6 кПа.

По табл. 5.4, интерполируя по ?_II,находим значения коэффициентов:

= 1,08; М_g = 5,33; М_с = 7,73.

Глубину до пола подвала определяют по формуле (5.18):

d_b=1,32-0,47=0,85м

По формуле (5.16) определяем расчетное значение сопротивления R:

Проверяем значение среднего давления под подошвой фундамента

кН

Р=156,9 кПа < R=171,67 кПа, приблизительно на 8,9%, значит фундамент запроектирован верно.

Рисунок 6.1 - Расчетная схема фундаментов мелкого заложения в сечении 2-2

6.2 Расчет фундаментов мелкого заложения в сечении 3 - 3

Определяем основные размеры и рассчитываем конструкцию фундамента сборного ленточного фундамента под внутреннюю стену. Глубину заложения подошвы принимаем аналогично глубине заложения стены в сечении 1-1(см. раздел 5.1).

Определим ориентировочные размеры фундамента в плане по формуле (5.15)

По табл. 6.5 и 6.6 [8] подбираем плиту марки ФЛ 12.12,имеющую размеры L = 1,18 м, b =1,2 м, h=0,3 м и стеновые блоки ФБС 12.4.6 и ФБС 12.4.3.

По табл. 2 прил.2 для песка пылеватого средней пластичности с коэффициентом пористости е=0,67 находим ?_н=29,2⁰ и С_н=3,6 кПа.

По табл. 5.4, интерполируя по ?_II,находим значения коэффициентов:

= 1,08; М_g = 5,33; М_с = 7,73.

Глубину до пола подвала определяют по формуле (5.18):

d_b=1,32-0,47=0,85м

По формуле (5.16) определяем расчетное значение сопротивления

Проверяем значение среднего давления под подошвой фундамента:

кН

Р = 154,3 кПа < R = 161,1 кПа приблизительно на 4,3 %, значит фундамент запроектирован верно.

Рисунок 6.1 - Расчетная схема фундаментов мелкого заложения в сечении 3-3

7 Расчет оснований по предельным состояниям

Расчет ведётся по второй группе предельных состояний. Целью расчета является ограничение перемещения абсолютных или относительных перемещений фундаментов и надфундаментных конструкций. Расчет по второму предельному состоянию заключается в определении осадок и сопоставления их с предельными значениями, установленными в зависимости от типа сооружения по приложению 4.

(7.1)

где S и - расчётные значения абсолютных и средних осадок;

S_u и - предельные значения абсолютных и средних осадок;

Расчетные значения осадок определяют методом послойного суммирования в соответствии с требованиями приложения 2.

Расчет для линейно деформируемого слоя производят в следующем порядке:

1) Строят схему распределения вертикальных напряжений в основании. Слева от оси, проходящей через середину подошвы фундамента, строят эпюру напряжений _zq от собственного веса грунта определяемые по формуле

, (7.2)

где _i - удельный вес грунта i-го слоя, кН/м³;

h_i - мощность i-го слоя грунта, м;

n - число слоев грунта;

При наличии основании ниже УПВ водоупора на кровле его в эпюре отмечается скачок.

Эпюру дополнительных вертикальных напряжений строят справа от оси действия нагрузок. Значение дополнительных напряжений на уровне подошвы фундамента определяется по формуле

P_o = P - _zq,o , (7.3)

где Р - среднее давление под подошвой фундамента, определяемое по формуле (5.7.), кПа;

_zq,о - вертикальное напряжение от собственного веса грунта в уровне подошвы фундамента, кПа.

Расчет осадки производится от нагрузки R_0, так как за время существования грунта осадки под действием собственного веса уже произошли и новую деформацию основания будет вызывать нагрузка, превосходящая значение .

Распределение дополнительных напряжений _zq по глубине устанавливают по формуле

_zр = Р_о , (7.4)

где - коэффициент, определяемый по табл. 1 приложения 2, в зависимости от вида фундамента в плане и относительной глубины = 2z / b.

Для сокращения количества операций расчет _zр сводим в таблицу.

Нижняя граница сжимаемой толщи (НГСТ) отвечает условию

_zр = 0,2_zq. (7.5)

НГСТ определяют графическим методом: справа, от оси проходящей через центр подошвы фундамента, строится эпюра _zq, ординаты которой уменьшают в 4 раза. Точка пересечения образующих этой эпюры и эпюры _zq НГСТ. Мощность сжимаемой толщи Н_а исчисляется от подошвы фундамента до НГСТ.

2) Для каждого слоя грунта в пределах глубины сжимаемой толщи по данным испытания определяют модуль деформации по формуле

, (7.6)

где - поправочный коэффициент, принимаемый для суглинков- 0,5, для глины - 0,4; супесей - 0,7; пылеватых и мелких песков - 0,8.

m_v - коэффициент относительной сжимаемости, кПа^-1;

(7.7)

3) Величину осадки определяют по формуле

, (7.8)

где - корректирующий коэффициент;

_zрi - среднее значение дополнительного напряжения в i-ом слое грунта, кПа;

h_i - толщина i-го слоя грунта, м;

n - число слоев, на которые разбита сжимающая толща.

4) Производится сравнение величин расчетных осадок с предельными. Если условие 7.1. не соблюдается, изменяем глубину заложения или параметры фундамента (геометрические

7.1 Расчет осадки в сечении 1-1

1) Строим эпюру _zq от собственного веса грунта по формуле (7.2.).

Начальная точка будет находиться в месте пересечения оси фундамента с землёй.

Вертикальные напряжения от собственного веса грунта _zq, на границах слоёв находим по формуле

_zq = , (7.9)

где: , h_i - соответственно удельный вес и толщина i-того слоя грунта.

На поверхности земли: _zq0 =0;

Под фундаментом: _zq1 = 1,52?17,93 = 27,25 кПа; 0,2¹_zq=5,45кПа.

На контакте 1 и 2 слоёв: _zq2 = 0,78?17,93+27,25 =41,24 кПа; 0,2²_zq=8,25кПа.

На контакте 2 и 3 слоёв: _zq3 = 2,6?18,62+41,24 = 89,64 кПа; 0,2³_zq=17,93кПа.

Па контакте 3 и УГВ: _zq4 = 0,2?19,6+89,64 = 93,56 кПа; 0,2⁴_zq=18,71кПа.

На контакте 3 и 4 слоёв: _zq5 = 2?9,8+93,56 = 113,16 кПа; 0,2⁵_zq=22,63кПа.

На контакте 4 и 5 слоёв: _zq6 = 4?9,8+113,16 = 152,36 кПа; 0,2⁶_zq=30,47кПа.

На последнем слое: _zq7 = 3,5?11,4+152,36 = 192,26 кПа; 0,2⁷_zq=38,45кПа.

2) Строится эпюра дополнительных напряжений _zр.

Расчет эпюры дополнительных напряжений сводим в таблицу 7.1.

где Р_ср - среднее давление под подошвой фундамента, кПа;

?_zg,0 - вертикальное напряжение от собственного веса грунта в уровне подошвы фундамента, кПа;

P_o = 105,5-27,25 = 78,2 кПа.

Найдем коэффициенты относительной сжимаемости и модули деформации по формулам (7.6) и (7.7)

; ;

; ;

; ;

; ;

; ;

Расчет эпюры дополнительных напряжений сводим в таблицу 7.1.

Таблица 7.1- Распределение напряжений по оси фундамента

3) Окончательно величина осадки рассчитывается по формуле (7.8):

4) Сравниваем значение величины осадки с предельным. По приложению 4 [3] предельное значение осадки равно 8 см, что больше полученного значения 1,61 см, следовательно площадь фундамента и глубина заложения подобраны верно.

Рисунок 7.1 - Осадка в сечении 1-1

7.2 Расчет осадки в сечении 2-2

Расчет для линейно деформируемого слоя производят в следующем порядке:

1) Слева от оси, проходящей через середину подошвы фундамента, строим эпюру напряжений _zq от собственного веса грунта. Эпюру дополнительных вертикальных напряжений строят справа от оси действия нагрузок.

Эпюра природных напряжений аналогична сечению I - I.

Напряжения от собственного веса грунта такие же как и в сечении I - I.

Значение дополнительных напряжений на уровне подошвы фундамента будут равны:

,

Р₀ = 139,7-27,25 = 112,45 кПа

2) Находим дополнительные напряжения ?_zp и запишем в таблицу 7.2.

Таблица 7.2- Расчет эпюры дополнительных напряжений _zр

3).Окончательная величина осадки рассчитывается по формуле (7.8)

4) Сравниваем значение величины осадки с предельным. По приложению 4 [3] предельное значение осадки равно 8 см, что больше полученного значения 2,61см, следовательно площадь фундамента и глубина заложения подобраны верно.

Рисунок 7.2 - Осадка в сечении 2-2

7.3 Расчет осадки в сечении 3-3

Расчет для линейно деформируемого слоя производят в следующем порядке:

1) Эпюра напряжений _zq от собственного веса грунта такая же как в первых двух сечениях.

2) Строим эпюру дополнительных напряжений _zр.

Значение дополнительных напряжений на уровне подошвы фундамента

,

P_o = 136,83-27,25 = 109,58 кПа.

Расчет эпюры дополнительных напряжений _zр сводим в таблицу 7.3.

Таблица 7.3- Расчет эпюры дополнительных напряжений _zр

3) Окончательная величина осадки рассчитывается по формуле 7.7.

4) Сравниваем значение величины осадки с предельным. По приложению 4 [3] предельное значение осадки равно 8 см, что больше полученного значения 2,54 см, следовательно площадь фундамента и глубина заложения подобраны верно.

Рисунок 7.3 - Осадка в сечении 3-3

Вывод: В результате расчета фундаментов по второй группе в выбранных сечениях допустимая деформация больше, чем полученные расчётные значения.

7.4 Расчет затухания осадки во времени для сечения 1-1

Т.к. двухсторонняя фильтрация используем случай 0-1.

Расчет ведут методом эквивалентного слоя при слоистой толще грунтов в следующей последовательности:

1) Полную стабилизированную осадку определяем по формуле

, (7.11)

где h_{э -} мощность эквивалентного слоя, м;

m_vm - средний коэффициент относительной сжимаемости грунта, МПа^-1;

2) определяют мощность эквивалентного слоя по формуле

h_э = A_wmb, (7.12)

где A_wm - коэффициент эквивалентного слоя, зависящий от коэффициента Пуассона, формы подошвы, жесткости фундамента принимаемый по табл. 6.10 ,

A_wm=2,4 (для пылевато-глинистых грунтов);

h_э = 2,4 ? 2 = 4,8м

Н = 2 h_э = 2 ?4,8 = 9,6 м

Рисунок 7.4

3) определяют средний относительный коэффициент сжимаемости по формуле:

, (7.13)

где h_i - толщина i-го слоя грунта, м;

m_i - коэффициент относительной сжимаемости i-го слоя, МПа^-1;

z_i - расстояние от середины слоя i-го слоя до глубины 2h_э, м.

4) По формуле (7.11.) найдем осадку

5) Определяют коэффициент консолидации по формуле

, (7.14)

где _w - удельный вес воды, кН/м³;

К_фт - средний коэффициент фильтрации, определяемый по формуле

, (7.15)

где Н - мощность сжимаемой толщи, м;

k_фi - коэффициент фильтрации i-го слоя грунта, см/год.

,

6) Вычислим время, необходимое для уплотнения грунта до заданной степени по формуле

(7.16)

год = 0,23N суток = 5,52N ч

Задаемся значениями U по таблице V.4[14], значения N для трапецеидального распределения уплотняющих давлений определяют по формуле

(7.17)

где I- величина интерполяционных коэффициентов по таблице V.5.

Данные сводим в таблицу 7.4.

Таблица 7.4

7.5 Расчет затухания осадки во времени для сечения 2-2

Расчет ведут методом эквивалентного слоя при слоистой толще грунтов в следующей последовательности:

1) определяют мощность эквивалентного слоя по формуле(7.12.)

h_э = 2,4?1,4 = 3,36 м

Н = 2 h_э = 2 ? 3,36 = 6,72 м

Рисунок 7.5

2) Определяют средний относительный коэффициент сжимаемости по формуле(7.13.)

3) По формуле (7.11.) найдем осадку

4) Находим средний коэффициент фильтрации по формуле(7.15.)

,

5) Определяют коэффициент консолидации по формуле(7.14.):

,

6) Вычислим время, необходимое для уплотнения грунта до заданной степени по формуле (7.16)

год =0,9N суток =21,6N ч,

Расчет осадки S_t сводим в таблицу 7.5.

Таблица 7.5 - Расчёт затухания осадки

Вывод: так как осадки во всех сечения не превышают предельных значений, то размеры фундаментов и их глубина заложения рассчитаны верно.

Рисунок 7.7- График затухания осадок во времени

8 Конструирование фундаментов

После геодезической разбивки осей здания производят установку железобетонных плит для ленточных фундаментов. Сборные фундаменты состоят из ленты, собираемой из железобетонных плит (ФЛ 20.12), и стены, собираемой из бетонных блоков. Фундаментные железобетонные плиты укладываются сплошь по длине стены.

Плиты армируют одиночными сетками или плоскими арматурными блоками, собираемыми из двух сеток: верхней, имеющей маркировочный индекс К, и нижней -- С. Рабочая арматура -- стержневая горячекатаная периодического профиля из стали класса A-III и проволока периодического профиля из стали класса Вр-1. Распределительная арматура -- гладкая арматурная проволока из стали класса B-I.

Для обеспечения пространственной жесткости сборного фундамента предусматривают связь между продольными и поперечными стенами путем привязки их фундаментными стеновыми блоками или закладки в горизонтальные швы сеток из арматуры диаметром 8-10мм. От поверхностных и подземных вод стены защищают путем устройства отмосток и укладки горизонтальной гидроизоляции на уровне не ниже 5 см от поверхности отмостки и не выше 30 см от подготовки пола подвала. Внешняя поверхность подвальных стен защищается обмазочной изоляцией в один или в два слоя.

Защита наземных помещений от грунтовой сырости ограничивается устройством по выровненной поверхности всех стен на высоте 15--20 см от верха отмостки или тротуара непрерывной водонепроницаемой прослойки из жирного цементного раствора или одного-двух слоев рулонного материала на битуме. Этот слой составляет с бетонной подготовкой пола одно целое. В местах понижения пола устраивают дополнительную изоляцию. Для защиты подвальных и заглубленных помещений во влажных грунтах обмазку делают по оштукатуренной цементным раствором поверхности стены.

Поверхности стен подвалов защищают горизонтальной водонепроницаемой прослойкой в стене, доходящей до пола подземного помещения или подвала. Изоляцией полов подвала при низком уровне вод служит сам бетонный слой.

9. Схема производства работ

Рисунок 9.1- Размеры котлована

Размеры дна котлована в плане определяются расстояниями между наружными осями сооружения, расстояниями от этих осей до крайних уступов фундаментов, размерами дополнительных конструкций, устраиваемых около фундаментов с наружных сторон и минимальной шириной зазора (позволяющей заводить подземные части сооружения) между дополнительной конструкцией и стенкой котлована. Размеры котлована поверху складываются из размеров дна котлована, ширины откосов или конструкций крепления стенок и зазора между гранями фундаментов и откосов. Глубина котлована определяется отметкой заложения фундамента.

Рабочий слой основания предохраняют от нарушений защитным слоем грунта, который снимают только перед введением фундамента. Для отвода атмосферных осадков поверхность защитного слоя выполняется с уклоном в сторону стенок, а по периметру котлована устраиваются водоотводные канавки с уклоном в сторону приямков из которых по мере необходимости откачивают воду. Устройство канавок и зумпфов и откачка из воды производятся с соблюдением требований открытого водопонижения.

Для доставки материалов, деталей и транспортирования механизмов в котлован предусматривают спуски. Устойчивость стенок котлована обеспечивается различными видами креплений или приданием им соответствующих уклонов. Способ крепления зависит от глубины котлована, свойств и напластования грунтов, уровня и дебита подземных вод, условий производства работ, расстояния до существующих строений.

Возведение фундаментов и подземных элементов, а также засыпка пазух котлованов должны производиться сразу же вслед за разработкой грунта

Котлованы с естественными откосами устраивают в маловлажных устойчивых грунтах. При глубине котлована до 5 м стенки могут выполняться без крепления, но с уклоном и крутизной откосов, которые указаны в табл.

Крепление котлованов осуществляется шпунтовыми стенами. Деревянные шпунтовые ограждения (дощатые и брусчатые) применяют для крепления неглубоких котлованов (3...5 м). Дощатый шпунт при меняют для крепления неглубоких котлованов (3...5 м). Дощатым шпунт изготовляют из досок толщиной до 8 см, брусчатый -- брусьев толщиной от 10 до 24 см. Длина шпунтин определяется глубиной их погружения, но, как правило, не превышает 8 м.

В процессе работы необходимо предохранять котлован от заполнения атмосферными осадками. Для этого следует проводить планировку поверхности вокруг котлована и обеспечить сток за пределы строительной площадки.

Разрабатывать грунт котлована и возводить фундамент нужно в сжатые сроки, не оставляя открыты дно котлована на продолжительное время (чем больше промежуток между окончанием земляных работ и устройством фундамента, тем сильнее разрушается грунт основания и откосы котлована).

После возведения фундамента, пазухи между стенами фундамента и котлована заполняется грунтом, укладываемого послойно с трамбовкой.

Для данного объема земляных работ нулевого цикла подбираем скреперный комплект землеройных машин: одноковшовый экскаватор Э1252 (с емкостью ковша 1,25м3), несколько скреперов Д - 498 (с емкостью ковша 7м3), бульдозеров Д3 - 18 (на базе трактора Т - 100), автосамосвалов ЗИЛ - ММ3 - 555.

При разработке котлована (см. рисунок 9.1) производят разработку грунта под жилое здание до отметки экскаватором ЭО 1621 с вместимостью ковша 0,15 м3. Для вывоза грунта используют автосамосвал ГАЗ-93А.

Плодородный слой почвы в основании насыпей и на площади, занимаемой различными выемками, до начала основных земляных работ должен быть снят в размерах, установленных проектом организации строительства и перемещен в отвалы для последующего использования его при рекультивации или повышении плодородия малопродуктивных угодий.

Запрещается использовать плодородный слой почвы для устройства перемычек, подсыпок и других постоянных и временных земляных сооружений

Заключение

В данном проекте был разработан наиболее рациональный фундамент под 4х-этажное жилое здание - ленточный фундамент мелкого заложения. Выбор рационального вида фундамента осуществили на основе технико-экономического сравнения двух вариантов фундаментов, наиболее часто используемых в строительстве фундаментов: мелкого заложения и свайного. Сравнение вариантов было сделано на основе их стоимости, установленной по укрупненным показателям для одного метра фундамента стоимость составила для ленточного фундамента - 791,03 руб., для свайного фундамента - 848,46 руб.

Ленточный фундамент устанавливают на отметке 128,6 м, то есть он располагается в песке пылеватом, средней плотности с R=150 кПа.

В результате расчетов приняты плиты марки ФЛ 20.12, ФЛ 14.12 и ФЛ 12.12, и стеновые блоки ФБС 12.4.6 и ФБС 12.4.3.

Для выбранного типа фундамента в трех характерных сечениях зданий был произведен расчет оснований по предельному состоянию 2 группы и сравнение полученных значений с предельными значениями равными 10 см: для сечения 1-1 осадка равна 1,61 см, для сечения 2-2 - 2,61 см, для сечения 3-3 - 2,54 см.

Было произведено конструирование фундамента; рассчитана схема производства работ нулевого цикла, а также даются краткие сведения об устройстве котлована.

Список использованных источников

Берлинов, М.В. Примеры расчета оснований и фундаментов: Учеб. для техникумов/ М.В. Берлинов, Б.А. Ягупов. - М.: Стройиздат, 1986. - 173с.

Веселов, В.А. Проектирование оснований и фундаментов: Учеб. пособие для вузов / В.А.Веселов.- М.: Стройиздат, 1990. - 304с.

ГОСТ 25100-82. Грунты. Классификация. - М.: Стандарты, 1982.-9с.

Далматов, Б.И. Механика грунтов, основания и фундаменты/Б.И. Далматов. - Л.: Стройиздат, Ленингр. отд-ние, 1988.-415с.

Куликов, О.В. Расчет фундаментов промышленных и гражданских зданий и сооружений: Метод. указания по выполнению курсового проекта/ О.В.Куликов. - Братск: БрИИ, 1988. - 20с.

Механика грунтов/Б.И. Далматов [и др.]. - М.: Изд-во АСВ; СПб.: СПбГА-СУ, 2000. - 204с.

Механика грунтов, основания и фундаменты: Учеб.пособие для строит. спец. Вузов/С.Б. Ухов [и др.]. - М.: Высш.шк., 2004. - 566с.

Основания, фундаменты и подземные сооружения (Справочник проектировщика)/ под ред. Е.Н. Сорочана, Ю.Г, Трофимова. - М.: Стройиздат, 1985. - 480с.

Проектирование фундаментов зданий и подземных сооружений/Б.И. Далматов [и др.]. - М.: Изд-во АСВ; СПб.: СПбГА-СУ, 2006. - 428с.

СНиП 2.02.01-83*. Основания зданий и сооружений / Госстрой СССР. - М.: Стройиздат, 1985. - 40с.

СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты / Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986. - 48с.

СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия/Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986. - 36с.

СНиП 3.02.01-83. Основания и фундаменты/Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1983. - 39с.

Цытович, Н.А. Механика грунтов/Н.А. Цытович. - М.: Высш.шк., 1979. - 272с.

ГОСТ 25100-82. Грунты. Классификация. - М.: Стандарты, 1982.-9с

СНиП 2.02.04-88. Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах/Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1990. - 39с.