Расчет и конструирование фундаментов

Курсовой проект

Выполнил: _____________.

Белорусская Государственная Политехническая Академия , Кафедра: ВлГеотехника и экология в строительствеВ»

Минск 2001

Введение

В данном курсовом проекте по дисциплине Механика грунтов, основания и фундаменты рассчитаны и запроектированы фундаменты мелкого заложения и свайные фундаменты. Приведены необходимые данные по инженерно-геологическим изысканиям, схемы сооружений и действующие нагрузки по расчетным сечениям. Расчет оснований и фундаментов произведен в соответствии с нормативными документами

СниП 2.02.01-83 Основания и фундаменты

СниП 2.02.03-85 Свайные фундаменты

СниП 2.03.01-84 Бетонные и железобетонные конструкции

2. Фундаменты мелкого заложения на естественном основании

2.1 Анализ физико-механических свойств грунтов пятна застройки

Исходные данные для каждого из пластов, вскрытых тремя скважинами:

Таблица 1

Номер пластаМощность пласта по скважинам

Плотность

частиц

грунта

rs , т/м3

Плотность

грунта

r, т/м3

Влаж-ность

W,%

Пределы

пластичности

Угол внутреннего трения

jВ°

Удельное сцепление

С , кПа

123

Wl ,

%

Wp ,

%

15642,672,108--40-
24562,682,032225152713
31312122,652,0817--29-

Для каждого из пластов, вскрытого скважинами должны быть определены расчетные характеристики.

а) число пластичности: Jp=Wl-Wp ,

Для пласта 1 нет, т.к. песок

Для II пласта: Jp=Wl-Wp=25-15=10

Для III пласта: нет, т.к. песок

б) плотность сухого грунта:

Для I пласта: т/м3

Для II пласта: т/м3

Для III пласта: т/м3

в) пористость и коэффициент пористости грунта:

,

Для I пласта: ,

Для II пласта: ,

Для III пласта: ,

г) показатель текучести для глинистых грунтов:

Для II пласта:

д) степень влажности грунта:

Где:

r - пластичность грунта т/м3;

rs - пластичность частиц грунта т/м3;

rw - плотность воды, принимаем 1.0;

W - природная весовая влажность грунта, %;

Wl - влажность на границе текучести;

Wp - влажность на границе пластичности;

Для I пласта пески влажные (0,5

Для II пласта:

Для III пласта: Пески насыщенные водой (Sr>0.8)

Полученные данные о свойствах грунтов вносим в Таблицу 2

Таблица

ПОКАЗАТЕЛИЗначения показателей для слоев
123
Плотность частиц грунта rs , т/м32.672,682,65
Плотность грунта r, т/м32,12,032,08
Природная влажность W , %82217
Степень влажности Sr0,550,970,92
Число пластичности Jp-10-
Показатель текучести Jl-0,7-

Коэффициент пористости е

0,390,610,49
Наименование грунта и его физическое состояниеПесок гравелистый плотныйСуглинок мягкопластичныйПесок пылеватый плотный
Угол внутреннего трения jВ°402729
Удельное сцепление С , кПа-13-

Определим модуль деформации:

кПа ,

кПа ,

кПа

b - коэффициент зависящий от коэффициента Пуассона m:

Где e1 тАУ начальный коэффициент пористости;

cc тАУ коэффициент сжимаемости;

e1 тАУ коэффициент пористости при P1=100 кПа

e2 тАУ коэффициент пористости при P2=200 кПа

e3 тАУ коэффициент пористости при P3=300 кПа

0,56-0,525

Cс1= =0.000175 кПа

200

0,48-0,457

Cс2= =0.000115 кПа

200

Cс3= 0,349-0,327 =0.00011 кПа

200

2.2.

Выбор глубины заложения подошвы фундамента

Минимальную глубины заложения подошвы фундамента предварительно назначают по конструктивным соображениям.

Глубина заложения подошвы фундамента из условий возможного пучения грунтов при промерзании назначается в соответствии с табл.2 СНиП 2.02.01-83.

Если пучение грунтов основания возможно, то глубина заложения фундаментов для наружных стен отапливаемых сооружений принимается не менее расчетной глубины промерзания df , определяемой по формуле:

df=kh×dfn ,

где dfn тАУ нормативная глубина промерзания

kh - коэффициент влияния теплового режима

здания

Принимаем глубину заложения фундамента d=1,5м. Планировку выполняем подсыпкой грунта до отметки 209.000м и уплотнение его виброплащадкой до плотности r=1,0т/м3.

2.3. Выбор типа фундамента и определение его размеров

При расчете оснований по деформациям необходимо, чтобы среднее давление Р под подошвой центрально нагруженного фундамента не превышало расчетного сопротивления грунта R. Для внецентренно нагруженного фундамента предварительно проверяются три условия:

PMAX£1.2R ; P0

Расчетное сопротивление грунта основания R в кПа определяется по формуле:

Где gc1 и gc2 - коэффициенты условий работы, принимаемые по табл.3

СНиП 2.02.01-83 или методическое пособие (прил14);

K=1- коэффициент зависящий от прочностных характеристик грунта;

Mg, Mq, Mc тАУ коэффициенты принимаемые по табл.4 СНиП 2.02.01-83 или методическое пособие (прил.15);

b - ширина подошвы фундамента, м;

db тАУ глубина подвала - расстояние от уровня планировки до пола подвала;

d| - глубина заложения фундамента бесподвальных помещений

KZ тАУ коэффициент зависящий от прочностных характеристик грунта ( принимаем KZ=1 );

g||тАЩ- осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента;

g|| - то же для грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента, кН/м3 ;

c|| - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего под подошвой фундамента, кПа.

gс1=1,4 gс2=1,2; К=1;

Мg=2,46; Мq=10,85; Mc=11,73;

Kz=1 т.к. b<10м

С||=0 кПа , т.к. песок.

db=0 , т.к. нет подвала. d1=1.5

Удельный вес грунта - g=r´g=10´r

g =gобр.зас=rобр.зас.*10=18кН/м3;

g1=2,1*10=21 кН/м3;

g2=2,03*10=20,3 кН/м3;

g3=20,8 кН/м3;

кПа

;

Давление под подошвой фундамента:

;

Где: Р, Рmax, Pmin тАУ соответственно среднее, максимальное и минимальное давление на грунт под подошвой фундамента

No,|| - расчетная нагрузка на уровне отреза

фундамента, кН;

Mo,|| - расчетный изгибающий момент, кН×м;

d - глубина заложения фундамента, м;

gm тАУ осредненный удельный вес - 20¸22 кН/м3.

A тАУ площадь подошвы фундамента, м2

W тАУ момент сопротивления площади подошвы фундамента в направлении действия момента, м3

Принимаем, что большая сторона фундамента равна a=1.1b, тогда А=1.1b*b=1.1b2 и ; gm=21 кН/м3; d=1,5м.

Находим значения Pmax, 1.2R при b=1;1,5; 2; 3; 4; и строим график зависимости между b и Pmax,1.2R. Точка пересечения, дает нам искомую величину b.

Pb=1.5max= кН;

1.2Rb=1м=141,094*1+590,59кПа

принимая b=1,6м, считаем А, W, Pmax, Pmin, и проверяем условия.

Условия соблюдаются при b=1,9; a=2,1; W=1,4; A=3,97

Pmax=378.423кН; < 1.2R=550кПа P=192.762кН; < R=458кПа

Pmin=7,1кН; >0

2.4. Вычисление вероятной осадки фундамента

Расчет осадки фундамента производится по формуле:

S

Где S тАУ конечная осадка отдельного фундамента, определяемая расчетом;

Su тАУ предельная величина деформации основания фундамента зданий и сооружений, принимаемая по СниП 2.02.01-83;

Определим осадку методом послойного суммирования. Расчет начинается с построения эпюр природного и дополнительного давлений.

Ординаты эпюры природного давления грунта:

szg=ågi×hi ,

i=1

где gi тАУ удельный вес грунта i-го слоя, Кн/м3;

hi тАУ толщина слоя грунта, м;

g=10×r т/м3.

Tак как в выделенной толще залегает горизонт подземных вод, то удельный вес грунта определяется с учетом гидростатического взвешивания:

gs=10×rs ,

rs тАУ плотность частиц грунта, т/м3;

e тАУ коэффициент пористости грунта;

gs тАУ удельный вес частиц грунта, Кн/м3.

кПа

кПа

gsb|||=(26,7-10)(1-0,37)=10,521 Кн/м3

кПа

кПа

Ординаты эпюры природного давления откладываем влево от оси симметрии.

Дополнительное вертикальное напряжение szр для любого сечения, расположенного на глубине z от подошвы фундамента, определяется по формуле:

szр=a×P0

где a - коэффициент, принимаемый по табл.1 СниП 2.02.01-83;

P0 тАУ Дополнительное вертикальное давление под подошвой фундамента определяется как разность между средним давлением по оси фундамента и вертикальным напряжением от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента:

Давление непосредственно под подошвой фундамента:

Расчет осадки отдельного фундамента на основании в виде упругого линейно деформируемого полупространства с условным ограничением величины сжимаемой зоны производится по формуле:

где S тАУ конечная осадка отдельного фундамента, см;

hi тАУ толщина i-го слоя грунта основания, см;

Ei тАУ модуль деформации i-го слоя грунта, кПа;

b - безразмерный коэффициент, равный 0.8;

szpi тАУ среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i-м слое грунта, равное полусумме напряжений на верхней Zi-1 и нижней Zi границах слоя, кПа.

Условие соблюдается, т.к. S=4,8см

3. Свайные фундаменты

3.1. Основные положения по расчету и проектированию свайных фундаментов

Фундаменты из забивных свай рассчитываются в соответствии с требованиями СНиП 2.02.03-85 по двум предельным состояниям:

- по предельному состоянию первой группы ( по несущей способности): по прочности тАУ сваи и ростверки, по устойчивости тАУ основания свайных фундаментов;

- по предельному состоянию второй группы ( по деформациям ) тАУ основания свайных фундаментов.

Глубина заложения подошвы свайного ростверка назначается в зависимости от:

наличия подвалов и подземных коммуникаций;

геологических и гидрогеологических условий площадки строительства ( виды грунтов, их состояние, положение подземных вод и т. д. );

глубины заложения фундаментов прилегающих зданий и сооружений;

возможности пучения грунтов при промерзании.

Описание грунтовМощность слоя, м

Рыхлый насыпной грунт из мелкого песка с органическими примесями

r=1,3(0.9) т/м3, j=12В°

3.0

Торф коричневый водонасыщенный,

Jl=0.6,r=(1,2)0.6 т/м3, j=8В°

2,0

Слой суглинка Jl=0,3 r=1,8(1,15) т/м3,

Е=14000 кПа, j=22В°, С=50 кПа

5,0

глина Jl=0,2 r=2,1 т/м3,

Е=20000 кПа, j=20В°, С=100 кПа

14,0

Горизонт подземных вод от поверхности

земли , м

1,5

В скобках указана плотность грунта во взвешанном состоянии. Мощность пласта в колонне изм-ся от кровли до его подошвы.

3.2. Расчет и конструирование свайных фундаментов

Прежде всего необходимо выбрать тип сваи, назначить ее длину и размеры поперечного сечения. Длину сваи определяют как сумму L=L1+L2+L3.

L1 тАУ глубина заделки сваи в ростверк, которая принимается для свайных фундаментов с вертикальными нагрузками не менее 5 см.

L2 тАУ расстояние от подошвы плиты до кровли несущего слоя.

L3 тАУ заглубление в несущий слой.

Принимаем железобетонные сваи, квадратного сечения размером 300х300 мм.

L=0.15+7.3+1=8,45=9м.

Несущая способность Fd ( в кН ) висячей сваи по грунту определяется как сумма сопротивления грунтов основания под нижним концом сваи и по боковой поверхности ее:

Fd=gc×( gcr×R×A+U×ågcf×fi×li ),

Где gc тАУкоэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый gc=1.0.

gcr и gcf - коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и по боковой поверхности сваи ( табл. 3 СНиП 2.02.03-86 ); для свай, погруженных забивкой молотами, gcr =1.0 и gcf =1.0;

А тАУ площадь опирания на грунт сваи, в м2, принимаемый по площади поперечного сечения сваи;

R тАУ расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа;

U тАУ периметр поперечного сечения сваи, м;

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

li тАУ толщина i-го слоя грунта, м.

При определении fi пласты грунтов расчленяются на слои толщиной не более 2м.

A=0.3*0.3=0.09 м.

gс=1; gCR=1; gсf=1;

R=4825кПа U=0.3*4=1.2 м.

hzf
11,50,7526,5
21,52,2530
32,0040
42,00642
51,507,7544
61,509,2545
70,510,565

Fd=1×( 1×4825×0,09+1,2×(1,5*26,5+1,5*30+0+2*42+1,5*44+1,5*45+0,5*65))=835,95 кН

Расчетная нагрузка Р, допускаемая на сваю, определяются из зависимости:

где gк тАУ коэффициент надежности, принимаемый равным 1,4.

кН;

Определим кол-во свай по формуле:

,

где

Проверка несущей способности сваи:

N

Для внецентренно нагруженого свайного фундамента необходима проверка нагрузки

yi тАУ расстояние от главной оси свайного поля до оси каждой сваи, м;

Np,| - расчетный вес ростверка, кН;

кН; < P=597 кН

n тАУ количество свай в кусте.

Определим отказ сваи, необходимый для контроля несущей способности сваи.

h - коэффициент, принимаемый равным 1500 кН/м2 ;

А тАУ площадь поперечного сечения сваи, м2 ;

A=0.09 м2 ;

Ed тАУ расчетная энергия удара молота, кДж;

Ed=32 кДж;

m1 тАУ полный вес молота, кН;

m1=35,0 кН;

m2 тАУ вес сваи с наголовником, кН;

m2=18.3 кН;

m3 тАУ вес подбабка, кН;

m3=18 кН;

e - коэффициент восстановления энергии удара, e2=0,2;

Ed=0,9×G×H,

G тАУ вес ударной части молота, кН;

H - расчетная высота падения ударной части молота, м;

3.3. Расчет основания свайного фундамента по деформациям

При расчете осадки свайный фундамент рассматривается как условный массивный фундамент, в состав которого входят ростверк, сваи и грунт.

h тАУ длина сваи, м;

Давление Р в кПа по подошве условного фундамента определяется с учетом веса условного массива:

,

Где A1 тАУ площадь подошвы условного фундамента, м2;

Nd1 тАУ суммарный вес условного массива и нагрузок, приложенных на уровне обреза ростверка, кН.

Nd1=N0+G1+ G2+ G3 .

Здесь N0 тАУ нагрузка, приложенная на уровне обреза ростверка;

G1 тАУ вес ростверка;

G2 тАУ вес свай=4*(8,3*0,09)*25=75;

G3 тАУ вес грунта в объеме выделенного условного массива G3=13*3+6*2+11,5*5+21*1=129,5.

Nd1=240+29+75+129,5=473,5 кН.

Давление Р от расчетных нагрузок не должно превышать расчетного сопротивления грунта R, то есть необходимо соблюдение условий P

Расчетное сопротивление грунтов R для свайных фундаментов будет представлено в следующей форме:

кПа.

gс1=1,25; gс2=1 ; К=1;

Мg=0,51; Мq=3,06; Mc=5,66;

Kz=1 т.к. b<10м

С||=100 , т.к. грунт глина

db=2 , глубина подвала тАУ расстояние от уравня планировки до пола подвала (для сооружений с подвалом шириной В£20м и глубиной более двух метров принимается db=2) .

Удельный вес грунта - g=r´g=10´r

g1=1,3*10=13,0 кН/м3;

g2=0,6*10=6кН/м3;

g3=18 кН/м3; g4=21 кН/м3; кН/м3;

кПа

кПа

P=169кПа

Условия выполняются.

3.4. Вычисление вероятной осадки свайного фундамента.

Расчет осадки фундамента производится по формуле:

S

Где S тАУ конечная осадка отдельного фундамента, определяемая расчетом;

Su тАУ предельная величина деформации основания фундамента зданий и сооружений, принимаемая по СниП 2.02.01-83;

Определим осадку методом послойного суммирования. Расчет начинается с построения эпюр природного и дополнительного давлений.

Ординаты эпюры природного давления грунта:

szg=ågi×hi ,

i=1

где gi тАУ удельный вес грунта i-го слоя, Кн/м3;

hi тАУ толщина слоя грунта, м;

g=10×r т/м3.

rВопо заданию для свайных фундаментов.

кПа

кПа

кПа

кПа

Ординаты эпюры природного давления откладываем влево от оси симметрии.

Дополнительное вертикальное напряжение szр для любого сечения, расположенного на глубине z от подошвы фундамента, определяется по формуле:

szр=a×P0

где a - коэффициент, принимаемый по табл.1 СниП 2.02.01-83;

P0 тАУ Дополнительное вертикальное давление под подошвой фундамента определяется :

Давление непосредственно под подошвой фундамента:

Расчет осадки отдельного фундамента на основании в виде упругого линейно деформируемого полупространства с условным ограничением величины сжимаемой зоны производится по формуле:

где S тАУ конечная осадка отдельного фундамента, см;

hi тАУ толщина i-го слоя грунта основания, см;

Ei тАУ модуль деформации i-го слоя грунта, кПа;

b - безразмерный коэффициент, равный 0.8;

szpi тАУ среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i-м слое грунта, равное полусумме напряжений на верхней Zi-1 и нижней Zi границах слоя, кПа.

S=0,70см

3.5. Устройство ограждающей стенки.

Расчет козловой системы в качестве ограждения котлована сводиться к определению давления грунта в состоянии покоя на глубине (Н+1м), т.е. примерно на 1м ниже уровня пола подвала (дно котлована):

Это давление полностью воспринимается козловой системой из свай. При этом вертикальные сваи работают на сжатие, а наклонные, - анкерные, на выдергивание. Расчет устойчивости производиться на восприятие опрокидывающего момента на 1 погонный метр ограждения от бокового давления грунта в состоянии покоя и пригрузки на поверхности в 20кПа от веса механизмов(боковое давление от пригрузки тАУ q=20кПа(1-sinj).

Опрокидывающий момент по глубине(Н+1) составит:

Усилие в ряду вертикальных свай на 1 погонный метр ограждающей стены равно:

Усилие на погонный метр ряда наклонных свай:

Что бы грунт между сваями не высыпался за счет арочного эффекта, расстояние между вертикальными сваями нужно принять по 0,6м. Анкерные сваи рассчитываем на трение по боковой поверхности:

gcf тАУ коэффициент надежности=1,6. кН, т.к. стойки сваи расположены через 0,6м, то усилие на одну сваю кН.

Несущая способность сваи будет

т.к. свая анкерная работает на растяжение, то дополнительно сваи армируют стержнем Æ10A III. Определим длину корня анкерной сваи исходя из того, что свая работает на трение по боковой поверхности: Fs=gс*u*e*gcf fi li

Принимаем длину корня ts=2,0м. Тогда несущая способность анкерной сваи: Fs=1.6*0.628*1*(36.5+38)=74кН > 53.6кН. т.к. свая работает на расстояние то её необходимо армировать стержнем, диаметр которого определили из условия:

Принимаем арматуру Æ14 А III с площадью сечения As=1.539 cм2.

3.6. Последовательность выполнения работ на строительной площадке.

В данном курсовом проекте рассматривается два фундамента:

столбчатый на естественном основании и ленточный свайный.

При проектировании столбчатого фундамента на естественном основании проанализировав физико-механические свойства грунтов и построив геолого-литологического разрез по линии 1-3 скважин определили, что после подготовительных работ таких как расчистка строительной площадки от мусора, деревьев и кустов, срезки и удаления растительного слоя производят планировку строительной площадки бульдозером с поворотным отвалом, до отметки 210.000м (от уровня моря). По контуру котлована выполняем приямки для сбора и удаления атмосферных осадков с помощью насосов. Последующий монтаж строительных конструкций таких как фундаменты, колонны, ограждающие конструкции, стропильные фермы и плиты покрытия выполняются бригадами монтажников с использованием монтажных кранов с телескопической стрелой на пневмоколесном ходу. Обратную подсыпку выполняют бульдозерами и последующую уплотнение грунта вибро-площадкой в частности в рассматриваемом варианте тАУ песок плотности r=1,0 т/м3.

По данным физико-механических свойств грунтов( вариант свайного фундамента). Мы сделали вывод, что верхние слои грунта не могут не смогут воспринимать нагрузку от тяжелой техники. Для монтажа конструкций рекомендуется выполнять строительство в зимний период времени, или если это невозможно то рекомендуется выполнить песчаную подсыпку, по ней ж/б плиты. Забивку свай выполняют с помощью трубчатого дизель-молота марки С-859. После проверки действительного отказа сваи выполняется ж/б ростверк по всем требованиям расчетов и последующее возведение кирпичных стен. Обратную подсыпку выполняют бульдозерами и последующую уплотнение грунта катками.

Вместе с этим смотрят:


"Нивхи"


32-я Стрелковая дивизия (результаты поисковой работы группы "Память" МИВлГУ)


4 capitals of Great Britain


About Canada


Description of Canada