Оценка инженерно–геологических условий площадки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

инженерный геологический площадка фундамент

Введение

1.Оценка инженерно - геологических условий площадки

1.1 Назначение и конструктивные особенности подземной части здания

1.2 Характеристика площадки, инженерно-геологические и гидрологические условия

1.3 Строительная характеристика грунтов площадки

1.4 Оценка строительных свойств грунтов

2.Фундаменты мелкого заложения

2.1 Нагрузки, учитываемые в расчетах оснований фундаментов

2.2 Выбор типа и конструкции фундамента. Назначение глубины заложения фундаментов. Устройство гидроизоляций

2.3 Определение размеров подошвы фундамента

2.4 Проверка напряжений в основании и уточнение размеров подошвы фундамента

2.5 Расчет осадки фундамента

3.Свайные фундаменты

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

3.2 Определение несущей способности сваи и расчетной нагрузки, допускаемой на сваю по грунту основания и прочности материала сваи

3.3 Определение количества свай в фундаменте. Поверка фактической нагрузки, передаваемой на сваю

4. Сравнение фундаментов и выбор основного варианта

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

4.2 Технико-экономическое сравнение вариантов и выбор основного

4.3 Рекомендации по производству работ, технике безопасности (по выбранному варианту)

Заключение

Список литературы

Введение

Основания и фундаменты являются важнейшими элементами для зданий и сооружений. В общем объеме строительства сооружений фундаменты занимают значительный удельный вес, как по стоимости, так и по трудоемкости строительных работ. Например, в среднем стоимость работ по возведению фундаментов составляет до 15%, а в сложных грунтовых условиях доходит до 25% сметной стоимости сооружения.

Фундаменты устраиваются для передачи нагрузок от конструкций здания и сооружения, установленного в них технологического и другого оборудования и полезных нагрузок на грунты основания. Основание, воспринимая тип нагрузки, претерпевает, как правило, неравномерные деформации, что вызывает в конструкциях появление дополнительных перемещений и усилий. При неправильном проектировании, подготовке оснований и возведении фундаментов это может привести к тому, что даже безупречно выполненная конструкция перестанет удовлетворять предъявляемым к ней эксплуатационным требованиям. Мировой опыт строительства показывает, что большинство аварий построенных зданий и сооружений вызвано ошибками, связанными с возведением фундаментов и устройством оснований. От правильного и рационального решения вопросов проектирования и возведения фундаментов зависит надежность и долговечность эксплуатации здания и сооружения.

Вследствие многообразия условий возведения фундаментов требуется внимательно подходить к их проектированию. Очень часто для одного и того же сооружения можно наметить несколько технически обоснованных типов фундаментов. Задача заключается не только в том, чтобы правильно запроектировать и построить тот или иной фундамент, который удовлетворял бы требования прочности, устойчивости, деформативности, долговечности и обеспечивал надежную эксплуатацию сооружения, но и в том, чтобы из всех возможных вариантов на основе технико-экономического анализа выбрать наиболее целесообразный (оптимальный).

Фундаменты проектируются индивидуально для каждого здания и сооружения. Сложность проектирования заключается в том, что основные размеры фундаментов определяются расчетом исходя из прочности и устойчивости грунтов основания, которые в свою очередь во многом предопределяются конструкцией, основными размерами и формой подошвы фундаментов.

В процессе проектирования необходимо: выбрать наиболее экономичные и технически целесообразные типы конструкций, материал и количество фундаментов; установить для каждого фундамента расчетные давления на грунты основания; подобрать основные размеры - глубину заложения, форму и площади подошв фундаментов, которые обеспечивали бы устойчивость основания и сооружения; предусмотреть такую организацию работ по устройству котлована и возведению фундаментов, при которой не нарушались бы природные свойства грунтов основания и не были повреждены объекты, расположенные рядом.

Целью данной курсовой работы является проектирование фундаментов силосного корпуса, оценки инженерно геологических условий площадки, расчет фундамента мелкого заложения, расчет свайных фундаментов и выбор основного варианта.

1. Исходные данные. оценка инженерно-геологических условий строительной площадки

1.1 Назначение и конструктивные особенности подземной части здания

Исходными данными для разработки курсового проекта мне была выдана схема административного корпуса, высотой 14, 85м. Размеры здания в осях1-10 54 м, в осях А-Г 15 м. Подвальное помещение расположено в осях А-Г 1-6 с отметкой пола подвала - -2,8м.

Фундаменты устраиваются для передачи нагрузок от конструкций здания, установленного в нем технологического оборудования и полезных нагрузок на грунты основания. Основания, воспринимая эти нагрузки, претерпевают, как правило, неравномерные деформации, что вызывает в конструкции появление дополнительных перемещений и усилий.

Ошибки, допущенные при проектировании и возведении фундаментов, или стремлении к неоправданной экономии связанных с этим работ, могут потребовать проведения дополнительных мероприятий, во много раз превышающих стоимость фундаментов.

1.2 Характеристика площадки, инженерно-геологические и гидрологические условия

Оценка инженерно-геологических условий начинается с анализа напластования грунтов (наименование грунтов, условие залегания, мощность, наличие и глубина залегания подземных вод). В соответствии с исходными данными, приведенными в задании, строится геологический разрез. При этом в колонке скважины указан уровень воды на абсолютной отметке 84,8 м, зафиксировав его отметку.

1-й слой - почвенный, мощностью 0,2м.

2-й слой- песок средней крупности, имеющий - мощность 5,6м., плотность 2,02г/см., плотность частиц 2,66 г/см., влажность 0,24.

3-й слой-песок пылеватый, имеющий - мощность 2,8м., плотность 2,00г/см., плотность частиц 2,66 г/см., влажность 0,25.

4-й слой - песок мелкий, имеющая - мощность 3,0м., плотность 1,90г/см., плотность частиц 2,60 г/см., влажность 0,12.

5-й слой-- суглинок, имеющая - мощность 2,5м., плотность 1,94г/см., плотность частиц 2,70 г/см., влажность 0,26, предел текучести 30%, предел пластичности 20%,

6-й слой - глина, имеющая - мощность 5,4м., плотность 1,89г/см., плотность частиц 2,76 г/см., влажность 0,27, предел текучести 47%, предел пластичности 23%.

1.3 Строительная характеристика грунтов площадки

В задании на курсовое проектирование приведены характеристики, по которым вычисляются производные характеристики физических свойств:

для песчаных грунтов - коэффициент пористости и степень влажности;

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

2. Песок средней крупности.

Коэффициент пористости (отношение объема пор к объему частиц грунта) определяется по формуле

;

где S - плотность частиц грунта; - плотность грунта; W - природная влажность.

Коэффициент пористости:

.

Грунт является песком средней плотности.

Степень влажности грунта определяется по формуле

где W - плотность воды; принимается равной 1 г/см3.:

Степень влажности грунта:

.

Грунт является насыщенным водой,т.к. Sr>0,8.

3. Песок пылеватый.

Коэффициент пористости:

.

Грунт является песком средней плотности.

Степень влажности грунта:

.

Грунт является насыщенным водой,т.к. Sr>0,8.

4. Песок мелкий.

Коэффициент пористости:

.

Грунт является песком плотным.

Степень влажности грунта:

.

Грунт является влажным.

5. Суглинок.

.

,

Суглинок непросадочный, т.к. Sr>0,8.

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

IP = WL - WP;

где WL - влажность на границе текучести, %; WP- влажность на границе раскатывания, %.

По числу пластичности пылевато-глинистые грунты подразделяются на следующие типы: супесь, если 1 IP 7; суглинок, если 7 <IP 17; глина, если IP> 17.

IP = 30-20=10;

-суглинок является суглинком.

Показатель текучести пылевато-глинистых грунтов определяется по формуле

;

,

По показателям текучести данный пылевато-глинистый грунт является мягкопластичным, т.к. 0,5<IL<0,75

Необходимо выяснить, не относятся ли пылевато-глинистые грунты площадки к просадочным или набухающим. Для этой цели можно ограничиться приближенной оценкой просадочности и набухаемости грунтов. К просадочным относятся глинистые грунты со степенью влажности Sr 0,8, для которых величина показателя ISS, определяемого по формуле

ISS = (eL - e) / (1 + e),

меньше значений: 0,1 при 1 IP< 10; 0,17 при 10 IP< 14 и 0,24 при 14 IP< 22. К набухающим от замачивания водой относятся грунты, для которых значение показателя ISS 0,3. Если грунты являются набухающими, то при проектировании объектов необходимо предусматривать определенные мероприятия по устранению набухающих и просадочных свойств этого грунта.

Коэффициент пористости определяем по формуле:

,

Далее определим показатель

<0,3,

следовательно, суглинок не набухающий.

6. Глина.

Коэффициент пористости:

.

Степень влажности грунта:

.

Глина непросадочная, т.к. Sr>0,8.

Числу пластичности определяется по формуле

IP = WL - WP=47-23=24; - глина является глиной.

Показатель текучести пылевато-глинистых грунтов определяется по формуле

;

,

По показателям текучести данный пылевато-глинистый грунт является полутвердым, т.к. 0 IL 0,25

Коэффициент пористости, соответствующий влажности на границе текучести WL определяем по формуле:

,

Далее определим показатель <0,3, следовательно глина не набухающая.

Таблица 1.1

Характеристики физико-механических свойств грунтов строительной площадки.

№ слоя	Из приложения к заданию	Характеристики вычисляемые	Наименование грунта по СТБ 943-93	Из таблиц СНБ 5.01.01-99
	Плотность частиц ??s, г/см3	Плотность ??, г/см3	Влажность в долях единицы W, %	Предел текучести WL, %	Предел пластичности WP, %	Число пластичности IP, %	Показатель текучести IL, %	Коэффициент пористости e	Степень влажности SR		Угол внутреннего трения ц, град	Удельное сцепление c, кПа	Модуль деформации E, МПа	Расчетное сопротивление R0, кПа
1	--	--	--	--	--	--	--	--	--	Почвенный слой	--	--	--	--
2	2,66	2,02	0.24	0	0	--	--	0,62	1,00	Песок средней крупности, средней плотности, насыщенный водой.	35	1	29	400
3	2,66	2,00	0,25	0	0	--	--	0,66	1,00	Песок пылеватый, средней плотности, насыщенный водой.	30	4	17	100
4	2,66	1,90	0,12	0	0	--	--	0,56	0,57	Песок мелкий, плотный, влажный.	36	4	38	300
5	2,70	1,94	0,26	30	20	10	0,6	0,75	0,94	Суглинок мягкопластичный, непросадочный,ненабухающий	18	20	12	190
6	2,76	1,89	0,27	47	23	24	0.85	0.87	0.16	Глина полутвёрдая, непросадочная, ненабухающая.	18	47	18	274

1.4 Оценка строительных свойств грунтов

По значениям характеристик физических свойств грунтов, определяющих их тип и разновидность, выписываются значения угла внутреннего трения , удельного сцепления с, модуля деформации Е и расчетного сопротивления грунта R0 .

По характеристикам механических свойств грунтов (ц, с, Е) и значению расчетного сопротивления R можно судить о несущей способности, деформируемости грунта и возможности использования его в качестве основания фундамента. Явными для этой цели служат модуль деформации Е и расчетное сопротивление R. Грунты принято считать малосжимаемыми (а следовательно, хорошими как основания сооружений), если модуль деформации Е ? 20 МПа; среднесжимаемыми- при 20 > Е ? 5 МПа; сильно-сжимаемыми, если Е < 5 МПа. Опирать фундаменты на сильносжимаемые грунты, (к которым относятся пески рыхлые, пылевато-глинистые, грунты с показателем текучести, превышающем 0,75 ) небезопасно, и использовать эти грунты в качестве оснований капитальных зданий, нормативными документами не допускается.

Оценка строительных свойств грунтов:

1-й слой - почвенный- не является основанием вследствие его снятия до начала строительных работ;

2-й слой- песоксредней крупности, средней плотности Е=29, а следовательно может быть несущим;

3-й слой-песок пылеватый, средней плотности, Е=17 МПа, а следовательно может быть несущим;

4-й слой-песок мелкий, плотный, Е=38 МПа, а следовательно может быть несущим;

5-й слой-суглинок мягкопластичный,непросадочный, Е=12 Мпа, а следовательноможет быть несущим;

6-й слой - глина полутвердая, непросадочная, Е= 18 МПа, следовательно может быть несущим;

Все слои строительной площадки, являются несущими, а следовательно фундамент можно заложить во всех слоях, исходя из экономических и технических соображений.

2. Фундаменты мелкого заложения

2.1 Нагрузки, учитываемые в расчетах оснований фундаментов

В соответствии с СНБ 5.01.01--99 основания фундаментов, сложенных нескальными грунтами, рассчитываются по предельному состоянию второй группы, т.е. по деформациям. В случаях, если на основание передаются значительные горизонтальные нагрузки (подпорные стены, фундаменты распорных конструкций и т.п.), если сооружение расположено на откосе или крутопадающем склоне, если основание сложено слабыми медленно уплотняющимися пылевато-глинистыми водонасыщенными и биогенными грунтами, если основание сложено скальными грунтами, основания рассчитываются также по предельному состоянию первой группы, т.е. по несущей способности.

В курсовой работе нормативные значения нагрузок и воздействий в плоскости обреза фундамента заданы и приведены в задании на курсовое проектирование.

В зависимости от конструктивного решения надфундаментной части сооружения и характера передачи нагрузки на фундамент в курсовой работе могут быть рассмотрены следующие типы фундаментов мелкого заложения:

а) ленточные, под стены зданий;

б) отдельные фундаменты под сборные колонны каркасных зданий и сооружений.

Для детальной разработки принимаются два фундамента:

Ф-1 - с нагрузкой N=1840 кH, M=10 кHЧм, Q=15кН, под колонну сечением 400 Ч 400 мм (монолитный фундамент стаканного типа).

Ф-4 - с нагрузкой N=285кH, под наружную несущую кирпичную стену (сборный железобетонный фундамент ленточного типа).

Подвальное помещение в месте сечений фундаментов присутствует в Ф-4.

2.2 Выбор типа и конструкции фундамента. Назначение глубины заложения фундаментов. Устройство гидроизоляций

Глубина заложения фундамента зависит от многих факторов. Определяющими из них являются:

а) инженерно-геологические и гидрогеологические условия площадки, и положение несущего слоя грунта;

б) глубина промерзания грунта;

в) конструктивные особенности подземной части здания (наличие подвала, коммуникаций, примыкание к соседнему зданию и т.д.).

Глубина заложения фундаментов наружных стен и колонн df назначается в зависимости от расчетной глубины сезонного промерзания грунтов df, м, определяемой по формуле:

df= kndfn

где kn -- коэффициент влияния теплового режима сооружения на промерзание грунта у фундамента, принимаемый:

- для сооружений с подвальными помещениями при t=15C0 , kn =0,6;

-dfn -- нормативная глубина сезонного промерзания грунтов, указанная в задании на курсовое проектирование, равная 1,0 м.

При выборе типа и глубины заложения фундаментов придерживаются следующих общих правил: минимальная глубина заложения фундаментов принимается не менее 0,5м от спланированной поверхности территории; глубина заложения фундамента в несущий слой грунта должна быть не менее 0,5-1,0 м;

Определяем расчетную глубину сезонного промерзания грунтов df, м:

df= 0,6Ч1,2=0,72;

Основанием для фундамента является песок, поэтому глубину заложения фундаментов можно назначать в независимости от расчетной глубины промерзания от спланированной отметки земли.

Назначаем глубину заложения фундаментов, исходя из конструктивных соображений:

Для Ф-1 назначаем глубину заложения 1,65м, с отметкой подошвы фундамента -2,700;

Для Ф-4 назначаем глубину заложения, равной 2,45м, с отметкой подошвы фундамента -3,500.

Гидроизоляция устраивается для обеспечения водонепроницаемости конструкций и повышения срока их службы при воздействии небольшого гидростатического напора или в случае капиллярного увлажнения грунтов.

Трем видам воды в грунтах, действующих на конструкцию -- под давлением, без давления и капиллярному, -- соответствуют три типа гидроизоляции: 1) противонапорная; 2) для защиты от поверхностных и филътрационных вод; 3) для защиты от капиллярной влаги.

Существуют следующие типы гидроизоляции: наружная противонапорная, внутренняя противонапорная, гидроизоляция водосборника, гидроизоляция от безнапорных поверхностных или фильтрационных вод, гидроизоляция для защиты от капиллярной влаги. Наружная противонапорная изоляция является более экономичным видом защиты от грунтовых вод, чем внутренняя, и обычно устраивается при строительстве новых зданий

Обязательной является рулонная (двухслойная) или цементная (раствор состава 1:2 толщиной 20-30 мм) горизонтальная гидроизоляция, прорезающая на отметке на 15-20 см выше отмостки стену здания и переходящая в гидроизоляцию пола.

2.3 Определение размеров подошвы фундамента

Размеры подошвы фундамента зависят от ряда связанных между собой параметров и устанавливаются путем последовательного приближения.

В порядке первого приближения площадь подошвы фундамента А, определяется по формуле:

где NOII- расчетная нагрузка в плоскости обреза фундамента для расчета оснований по предельному состоянию второй группы,

кН; RO- расчетное сопротивление грунта, залегающего под подошвой фундамента, принимается по приложениям 8 - 10;

m- осредненное значение удельного веса материала фундамента и грунта на его уступах, принимается равным 20 кН/м3;

d - глубина заложения фундамента от уровня планировки.

Для Ф1:

Принимаем фундамент с размерами подошвы 2,1Ч1,5х0.45м., размерами подколонника 0,9Ч0,9м., высота подколонника 1,05м., глубина стакана 0,8м..

После того, как выбран тип фундамента и назначены его размеры, подсчитываются нагрузки и воздействия, передающиеся на основание. Нагрузки и воздействия на основание определяются суммированием усилий, действующих в плоскости обреза фундамента (NOII,) и соответствующих усилий, возникающих от собственного веса фундамента, веса грунта на уступах фундамента, веса стеновых.

Рисунок 1- Расчетная схема фундамента Ф1.

Нормальная вертикальная нагрузка:

NII = NOII + GфII + GгрII;

где NOII -- вертикальная нормальная нагрузка в плоскости обреза фундамента, кН;

GфII -- расчетная нагрузка от веса фундамента;

GГРII -- расчетная нагрузка от веса грунта на консоли подушки.

NOII=1840кН;

Расчетная нагрузка от веса фундамента определяется следующим образом:

где 24- удельный вес железобетона, кН/м3.

Вес грунта обратной засыпки:

где 20 - удельный вес грунта, кН/м3.

Получаем:

NII = 1840+62+52=1954кН.

Для Ф4:

Рисунок 2- Расчетная схема фундамента Ф4.

Принимаем размеры подошвы фундамента Ф3bl = 0,61х0,3 м (см. рис. 2).

а) нормальная вертикальная нагрузка:

NII = NOII + GфII + GгрIIGгрII=285+(0,3Ч1,0Ч0,6Ч24+0,6Ч0,6Ч5Ч24)=334кН.

2.4 Проверка напряжений в основании и уточнение размеров подошвы фундамента

Принятые в первом приближении размеры подошвы фундамента по уточняются исходя из требований СНБ, выражаемых неравенствами:

где р -- среднее давление под подошвой фундамента, кПа;

р = NII/ A;

pmax и pmin-- соответственно максимальное и минимальное значения краевого давления по подошве внецентренно нагруженного фундамента, определяемые по формуле внецентренного сжатия

гдеW - момент сопротивления подошвы фундамента, ;



где lи b - принятые размеры подошвы фундамента.

Для Ф1:

Для Ф4:

R -- расчетное сопротивление грунта основания, кПа, определяется по формуле

где C1, C2 -- коэффициенты условий работы, C1 =1,4C2 =1;

k -- коэффициент, принимаемый равным единице, если прочностные характеристики грунта и с определены непосредственными испытаниями (для нашего случая), и 1,1 -- если они приняты по таблицам;

M , Mq, Mc -- коэффициенты, принимаемые по приложению

b -- ширина подошвы фундамента (для прямоугольной подошвы фундамента -- ее меньшая сторона), м;

kz -- коэффициент, принимаемый равным: при b10 мkz = 1; при b 10 к = ZO / b + 0,2 (здесь ZO = 8 м);

III -- осредненное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента (с учетом фактического уплотнения обратной засыпки), кН/м3; гЧh/h

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

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

d1 -- глубина заложения фундамента бесподвальных сооружений или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала;

db -- глубина подвала -- расстояние от уровня планировки до пола подвала.

Удельный вес грунта , кН/м3, определяется по формуле

= g = 10;

где -- плотность грунта, т/м3;

g -- ускорение силы тяжести, равное 9,81 м/с2 10 м/с2.

При наличии подземных вод удельные веса III и II определяются с учетом взвешивающего действия воды (для слоев грунта, находящихся ниже зеркала подземных вод). Для такого случая удельный вес грунта определяется по формуле



2=2,02Ч10=20,2кН/м3;

3=2,00Ч10=20,0кН/м3;

кН/м3;

кН/м3

кН/м3

кН/м3

Осредненное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента:

Для Ф1: III= г Чh/?hi=20,2кН/м3

Для Ф4: III= г Чh/?hi=20,2 кН/м3

Осредненное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента: Для Ф1:

II кН/м3;

= 1,4kz = 1,0 c = 1 кПа M = 2,88

= 1,0 b = 1,5 м III = 20,2 кН/м3Mg = 12,51

k = 1,1 d = 1,65 м II = 12,5 кН/м3Mc = 12,79;

кПа<R=630,1кН

Это означает, что фундамент выбран экономично, окончательно принимаем ранее выбранный фундамент стаканного типа.

Для Ф4:

II кН/м3;

= 1,4kz = 1,0 c = 1 кПа M = 2,88

= 1,0 b = 0,6 м III = 20,2 кН/м3Mg = 12,51

k = 1,1 d = 2,45 м II = 12,3 кН/м3Mc = 12,58;

кПа<R=827.8кН

Окончательно принимаем ширину подошвы фундамента Ф3, равной 0.6 м, т.к. это наименьшая возможная ширина фундаментной плиты.

2.5 Расчет осадки фундамента

Сущность расчета осадки фундамента заключается в удовлетворении условию



где s -- конечная осадка отдельного фундамента, определяемая расчетом;

-- предельная величина деформации основания фундаментов зданий и сооружений, принимаемая по приложению 14.

Значение конечной осадки вычисляется по методу послойного суммирования осадок отдельных слоев в пределах сжимаемой толщи основания. Для каждого слоя устанавливается свое значение модуля деформации с учетом природного напряженного состояния грунта рассматриваемого слоя.

Расчет осадки фундамента рекомендуется производить в следующей последовательности:

1) толщину основания под подошвой фундамента делят на слои в пределах некоторой ограниченной глубины (ориентировочно 4-кратной ширины подошвы фундамента). Толщину слоя принимают в пределах 0,4 ширины фундамента (hi 0,4 b);

2) вычисляют значения вертикального напряжения от собственного веса грунта на границах выделенных слоев по оси Z, проходящей через центр подошвы фундамента, по формуле

где zg,o -- напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента;;

III -- удельный вес грунта, залегающего выше подошвы фундамента;

d -- глубина заложения фундамента от поверхности природного рельефа;

i , hi -- соответственно удельный вес и толщина i-го слоя грунта. 3) определяют дополнительные вертикальные напряжения на границах выделенных слоев по оси Z, проходящей через центр подошвы фундамента, по формуле:

zg = po;

где -- коэффициент, принимаемый по приложению;

po -- дополнительное вертикальное давление на основание Р -- среднее давление под подошвой фундамента;

P0=P-

5) устанавливают нижнюю границу сжимаемой толщи основания, принимая ее на глубине z = Hc, где выполняется условие

zp = 0,2 zg. ;

6) вычисляют значения модуля деформации грунта каждого слоя с учетом природного напряженного состояния;

7) вычисляют значения деформации каждого слоя сжимаемой толщи основания, а затем определяют осадку фундамента суммированием деформаций отдельных слоев по формуле

где s-- конечная (стабилизированная) осадка фундамента;

si -- осадка i-го слоя грунта основания;

-- безразмерный коэффициент, принимаемый равным 0,08;

п -- число слоев, на которое разбита сжимаемая толща основания;

zp,i --среднее значение дополнительного напряжения в i-м слое грунта;

hi -- толщина i-го слоя;

Ei -- модуль деформации i-го слоя грунта.

Расчет осадки Ф-1 представлен в таблице 2:

Для Ф1:

Расчет осадки фундамента Ф1

Номер слоя	Z,м	кПа			кПа	кПа	, МПа	Si , см
0	0	33.3	0	1	572,5
						538,5	29	0,89
1	0.6	45,4	0,8	0,881	504,4
						462,6	29	0,77
2	1.2	57,5	1,3	0,735	420,8
						357,8	29	0,59
3	1.8	69.6	2,2	0,515	294,8
						261,9	29	0,43
4	2.4	81.7	3	0,4	229
						207,3	29	0,34
5	3.0	93.8	3,8	0,324	185,5
						173,5	29	0,29
6,	3.6	105.9	4,3	0,282	161,4
						149,1	29	0,14
7	3.95	113.0	5,2	0,239	136,8
						128	17	0,36
8	4.55	125.0	6	0,208	119,1
						113,4	17	0,32
9	5.15	137.0	6,7	0,188	107,6
								?=4,1

Предельная деформация основания 10 см.

Полная осадка фундамента:

.

Рисунок 3- Эпюры напряжений в основании фундамента Ф1.

Для Ф4:

Расчет осадки фундамента Ф4

Номер слоя	Z,м	кПа			кПа	кПа	, МПа	Si , см
0	0	49,5	0	1	368
						346,1	29	0,29
1	0.3	55,6	0,8	0,881	324,2
						319,1	29	0,26
2	0,6	61,7	0,9	0,853	313,9
						268,7	29	0,22
3	0,9	67,8	1,75	0,607	223,4
						193,2	29	0,16
4	1,2	73,9	2,6	0,443	163
						147,2	29	0,12
5	1,5	80	3,4	0,357	131,4
						123,5	29	0,10
6,	1,8	86,1	3,9	0,314	115,6
						106,2	29	0,09
7	2,1	92,2	4,75	0,263	96,8
						89,5	29	0,07
8	2,4	98,3	5,6	0,223	82,1
						77,9	29	0,06
9	2,7	104,4	6,2	0,2	73,6
								?=1,37

Предельная деформация основания 10 см.

Полная осадка фундамента:



Рисунок 4 - Эпюры напряжений в основании фундамента Ф3.

3. Свайные фундаменты

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

Свайные фундаменты следует подразделять на фундаменты с высоким и низким ростверком; на сваи-стойки и сваи трения; на жесткие и гибкие.

Прежде всего, необходимо выбрать тип сваи, назначить ее длину и размеры поперечного сечения. Длину сваи назначают такой, чтобы ее острие было заглублено в плотный слой грунта:

-- в мелкие пески и супеси -- не менее чем на 2,0 м;

-- в пески ср. крупности, твердые глины и суглинки -- не менее чем на 1,0 м;

-- в крупные и гравелистые пески и галечники -- не менее чем на 0,5 м.

Полная длина сваи определяется как сумма: l = l1 + l2 + l3 ,

где l1 -- глубина заделки сваи в ростверк, которая принимается для свайных фундаментов с вертикальной нагрузкой не менее 5 см, для свайных фундаментов, работающих на горизонтальную нагрузку -- не менее наибольшего размера поперечного сечения сваи;

l2 -- расстояние от подошвы ростверка до кровли несущего слоя;

l3 -- заглубление в несущий слой.

Рекомендуется применять железобетонные сваи квадратного сечения размером 250 х 250, 300 х 300 или 350 х 350 мм.

Ф1: Принимаем глубину заложения монолитного ростверка по конструктивным соображениям dp=1,65м. Для сборной колонны сечением 0,4Ч0,4м размеры подколонника равны 0,9Ч0,9м, глубина стакана- 0,8м, высота плитной части ростверка по условиям заделки головы сваи в ростверк - 0,6м. Мин. заглубление ростверка относительно планировочной отметки - 0,5м.

Заглубляем сваю в малосжимаемый грунт 4 слоя - песок мелкий, плотный.

Выбираем тип сваи. В данных грунтовых условиях свая будет работать как свая-стойка, так как опирается на песчаный плотный и малосжимаемый грунт. Согласно указаниям свая должна быть заглублена в этот грунт не менее чем на 0,5м.. Предусматриваем заделку головы сваи на 0,1м. В результате длина сваи:

l =0,1+0,5+6,75=7,35 м.

Принимаем сваю С8-30 длиной 8м, сечением 0,3Ч0,3м.

Ф4:

l =0,1+0,5+5,95=6,55 м.

Принимаем сваю С7-30 длиной 7м, сечением 0,3Ч0,3м.

3.2 Определение несущей способности сваи и расчетной нагрузки, допускаемой на сваю по грунту основания и прочности материала сваи

Ф1:

1.Несущая способность сваи - стойки:

2.Расчётная нагрузка, допускаемая на сваю:

3.Значение расчётного сопротивления сваи-стойки:

где - расчётное сопротивление бетона осевому сжатию..

- расчётное сопротивление арматуры сжатию.

4.Несущая способность по материалу железобетонных свай:

Ф4:

Несущая способность сваи - стойки определяется по формуле:

2. Расчётная нагрузка, допускаемая на сваю:

3. Значение расчётного сопротивления сваи-стойки следует определять по прочности материала сваи:

;

где - коэффициент, учитывающий особенности загружения свай =1;

- расчётное сопротивление бетона осевому сжатию..

А - площадь поперечного сечения сваи;

- расчётное сопротивление арматуры сжатию.

- площадь поперечного сечения продольных стержней арматуры:

4. Несущая способность по материалу железобетонных свай:

3.3 Определение количества свай в фундаменте. Поверка фактической нагрузки, передаваемой на сваю

Количество свай в свайном фундаменте рассчитывается по предельному состоянию первой группы. При определении размеров ростверка расстояние между сваями принимается равным минимальному - 3d, где d - размер поперечного сечения сваи. Расстояние от края ростверка до наружной грани сваи принимается не менее 0,1 м.

Для Ф-1:

Определяем количество свай в свайном фундаменте:

1) вычисляем среднее давление под подошвой ростверка, приняв расстояние между осями свай 3d, из выражения:

Pp = P / (3d)2

Pp = 1285,7 / (3Ч0,3)2=1587,28 кН;

2) определяем площадь подошвы ростверка:

где dp -- глубина заложения ростверка.

Ар=2208/(1587,28-20Ч1,65)=1,4 м2;

При этом, вес ростверка с грунтом на уступах с учётом коэффициента надёжности по нагрузке f = 1,1

Gp,гр= 1,1 Apmdp.

Gp,гр= 1,1Ч1,4Ч20Ч1,65=51кН.

Отсюда количество свай в кусте:

n = (NOI + GP,ГР) / P

n = (2208 +51) / 1285,7=1,8

Принимаем 4 сваи.

Сваи располагаем в рядовом порядке с расстоянием между осями в направлении действия момента и поперечной силы в направлении оси Х 3d=3Ч0,3=0,9м, в направлении оси Y 3d=3Ч0,3=0,9м.

Конструируем ростверк и определяем его фактический вес и вес грунта на ступенях. Размеры поперечного сечения подколонника 0,9Ч0,9м, размеры плиты ростверка в направлении оси Х =1,5м, в направлении оси Y: = 1,5м.

Высоту плиты ростверка принимаем равной 0,6м. При этом вес ростверка:

GP=1,1(1,5Ч1,5Ч0,6+0,9Ч0,9Ч(0,9+0,6)) Ч24=58,7кН.

Вес грунта на ступенях ростверка:

Gгр=1,1(1,5Ч1,5Ч1,65-(1,5?1,5?0,6+0,9?0,9?0,9)) Ч16=18,8кН.

Вес ростверка и грунта:

GP,ГР=77,5кН.

Момент на уровне подошвы ростверка с учетом поперечной силы:

Му=МII+Q?d;

Му=12+18?1.65=41,7кН?м.

Определяем фактическую нагрузку на сваю крайнего ростверка и проверяем выполнения условия:

Pmax<1.2P

Pmin>0

Pср<Р;

где Р=1285,7 кН

Pmax=(2208 +58,7+18,8)/4+41,7/0,6=640,9 кН,

640,9<1,2?1285- условие выполнено.

Pmin=(2208 +58,7+18,8)/4-41,7/0,6=501,9 кН,740 >0- условие выполнено.

Pср=(640,9+501,9)/2=571,4 кН.

571,4<1285

Проверяем усилия в крайних рядах свай по формуле:

для внецентрально нагруженного фундамента:

N = (NOI + GP,ГР) / n+Му=(2208+ 77,5) / 4+41,7=613,1кН P=1285,7кН;

Условие выполняется.

Для Ф-4:

Определяем количество свай на 1 метр:

Расчетные нагрузки и воздействия на свайные фундаменты для расчета по первой группе предельных состояний с учетом коэффициента надежности f = 1.2

шт.

Находим расстояние между сваями:

a=1/0,27=3,7м.

Принимаем наибольший возможный шаг свай 3d = 1.8м.

Исходя из полученных данных принимаем расположение свай в фундаменте (однорядные, двурядные шахматные, двурядные и т. д.). - однорядное.

Находим ширину ростверка:

bp=d+2co

bp=0.3+0.3=0.6

где co-расстояние от края сваи до края ростверка, равное 0,15 м.

Так в фундаменте используется ростверк с размерами 0,6х0,6х1 м.

Рис. 6 - Ростверк и сваи: вид сверху и сбоку

Согласно СНБ 5.01.01-99 фундамент, состоящий из свай, работающих как сваи-стойки, по деформациям допускается не рассчитывать.

4. Сравнение фундаментов и выборосновного варианта

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

Для сравнения разработанных вариантов фундаментов необходимо выполнить следующие работы:

Определить объем работ на устройство фундамента. Объемы работ определяются аналитическим или графоаналитическим способом с учетом геометрических размеров фундамента, вида грунта и технологических особенностей возведения фундамента, т.е. необходимости размещения на бровке откоса водопонизительных установок, наличия шпунтового ограждения, устройства временных съездов в котлован и т.п.

Выписать расценки в условных ценах на элементы фундамента, и определить стоимость устройства фундамента.

В качестве основного варианта выбирается вид фундамента с меньшей стоимостью, по которому и даются рекомендации по производству работ, выбору механизмов и вычерчиваются технологические схемы.

Таблица 4

Расчёт стоимости устройства фундамента Ф1 на естественном основании:

Наименование работ в конструктивных элементах	Единица измерения	Количество	Стоимость, руб.	Ссылка на пункт таблицы
			единицы	Общая
1.Разработка грунта в отвал экскаватором «Драглайн» или «Обратная лопата» грунта 2 группы емкостью ковша 2,5 м3.	1000 м3	0,004	211,62	0,85	А - 1- 4
2.Устройство подстилающих и выравнивающих слоёв оснований из пескаV=0,14 м3	100м3 бетона	0,0014	42	0,1	А - 3 - 5
3.Устройство фундаментов из бетона класса с12/15 под колонны V=2,05 м3	100 м3	5,35	426,88	8,75	Б -2 - 4
Итого:	9,7

Свайный фундамент:

Наименование работ в конструктивных элементах	Единица измерения	Количество	Стоимость, руб.	Ссылка на пункт таблицы
			единицы	общая
1.Разработка грунта в отвал экскаватором «Драглайн» или «Обратная лопата» грунта 2 группы емкостью ковша 2,5 м3.	1000 м3	0,004	211,62	0,85	А - 1- 4
2.Забивка железобетонных свай длиной до 3мV=4*0,3*0,3=1,08 м3	м3 бетона	0,0108	13125	141,75	Б - 3 - 1
3. Устройство монолитного железобетонного ростверка класса С12/15 под колонну V= 1,24 м3	100 м3	0,0124	7385,73	91,6	Б - 3 - 3
Итого:	234.2

Таблица 5

Расчёт стоимости устройства фундамента Ф4 на естественном основании:

Наименование работ в конструктивных элементах	Единица измерения	Количество	Стоимость, руб.	Ссылка на пункт таблицы
			единицы	Общая
1.Разработка грунта в отвал экскаватором «Драглайн» или «Обратная лопата» грунта 2 группы емкостью ковша 2,5 м3.	1000 м3	0,015	211,62	3,17	А - 1- 3
2.Устройство подстилающих и выравнивающих слоёв оснований из песка V=0,06 м3	100 м3	0,0006	42	0,03	А - 3 - 5
3. Укладка блоков ленточного фундамента при глубине котлована до 0,3 м, массе конструкции до 0,5т До 0,6м - 1,5т.	100 шт 100 шт	1 6	342,88 426,98	3,43 25,62	Б -1-8 Б -1-9
Итого:	32,25

Свайный фундамент:

Наименование работ в конструктивных элементах	Единица измерения	Количество	Стоимость, руб.	Ссылка на пункт таблицы
			единицы	общая
1.Разработка грунта в отвал экскаватором «Драглайн» или «Обратная лопата» грунта 2 группы емкостью ковша 2,5м3.	1000 м3	0,015	211,62	3,17	А - 1- 4
2.Забивка железобетонных свай длиной до 12м V=0,12 м3	100м3 бетона	0,0012	13125	15,75	Б - 3 - 1
3. Устройство монолитного железобетонного ростверка класса С12/15 до 5м3. V=0,36 м3	100 м3	0,0036	7385,73	26,59	Б - 3 - 3
Итого:	45,51

4.2 Технико-экономическое сравнение вариантов и выбор основного

Технико-экономическое сравнение вариантов производится по следующим показаниям:

- экономической эффективности;

- возможности выполнения работ в сжатые сроки;

- возможности выполнения работ в зимнее время;

- расходу равноценных материалов.

Рассмотрим стоимость двух вариантов фундаментов:

1.На устройство ленточного фундамента естественного основания будет затрачено 32,25 тыс.руб.

На свайный 45,51 тыс. руб.

2.На устройство монолитного фундамента под колонну будет затрачено 9,7тыс. руб.

На свайный 234.2 тыс. руб.

Исходя из экономических соображений, можно сделать вывод о том, что наиболее рационально использовать для возведения фундамент мелкого заложения.

По расходу материалов свайные фундаменты будут наиболее дорогостоящие, чем фундаменты мелкого заложения, поскольку высокую стоимость имеет забивка железобетонных свай.

Свайные грунты рекомендуется применять для крупнопанельных зданий, где допускается минимальная осадка.

Где возможны значительные осадки, следует устраивать ленточные железобетонные фундаменты.

Возможность выполнения работ в сжатые сроки также весьма существенна, т. к это сказывается на продолжительности работ по возведению сооружения, поскольку до устройства фундаментов возводить другие его конструкции нельзя. Особенно важны сроки выполнения котлованных работ в зимнее время, так кат промораживание грунтов в основании обычно недопустимо.

Материалоёмкость конструкций фундаментов позволяет оценивать варианты фундаментов, когда их отдельные элементы делаются из одного и того же материала.

4.3 Рекомендации по производству работ, технике безопасности (по выбранному варианту)

Ленточный фундамент мелкого заложения применяется при строительстве домов с тяжелыми стенами с целью снижения стоимости фундамента. Такой вид фундамента заглубляется не более чем на 60 см, его можно устанавливать на непучинистых грунтах или при проведении дополнительных мероприятий по утеплению грунта и уменьшению тем самым глубины промерзания грунта.

Разбивка сборных ленточных фундаментов начинается с того, что на обноске натягивают проволоку для определения осей здания. Затем укладывают угловые фундаментные блоки и на расстоянии 15 мм от них -- маячные блоки. Между угловыми и маячными блоками по линии фундамента на расстоянии 5 мм от его грани натягивают проволоку-причалку, по которой устанавливают промежуточные блоки. Одновременно с укладкой маячных блоков в плане нивелируют их положение по вертикали, устанавливая нивелировочную рейку дважды на каждом блоке на концах осевой линии. Отклонения от проектных отметок не должны превышать ±10 мм.

К работам по монтажу ленточных фундаментов разрешается приступать только после выполнения всех земляных работ и разбивки осей фундаментов. Случайные переборы грунта, допущенные при рытье котлованов под фундаменты, должны быть заполнены сухим песком, гравием или щебнем слоями толщиной не более 10 см с тщательной трамбовкой засыпки. Разжиженный грунт и вода в основании фундаментов, образовавшиеся в результате действия атмосферных осадков и грунтовых вод, должны быть удалены со дна котлована или траншеи, а грунт уплотнен втрамбовыванием в него щебня, гравия или крупного песка слоями толщиной 6--8 см.

Фундаментные блоки поднимают двух- или четырех-ветвенным стропом. Блок, подаваемый краном, следует остановить на высоте 0,2--0,3 м над местом установки, развернуть в необходимом направлении и плавно опустить. При этом следует контролировать: маячные блоки-подушки -- по двум взаимно перпендикулярным причалкам; рядовые блоки-подушки -- по причалке и монтажному зазору между устанавливаемым и уже поставленным смежным блоком.

При монтаже блоков следует выверять отметки верха блоков-подушек, горизонтальность верха блока в поперечном направлении, правильность установки блока на основание. Горизонтальность блоков-подушек в поперечном направлении следует проверять, уложив на блок правило с уровнем. Устраняют отклонения, заново устанавливая блок. Правильность установки маячных блоков-подушек проверяют отвесом, рядовых блоков-подушек -- по причалке и монтажному зазору между устанавливаемым и уже установленным блоком, отдельно стоящих блоков-стаканов -- шаблоном.

При значительных отклонениях блок необходимо поднять и установить заново; незначительные отклонения устраняют, перемещая блок при помощи монтажного лома.

После окончательной выверки положения блока производят расстроповку. Монтажные петли после укладки 4--5 блоков срезают заподлицо с поверхностью бетона или несколько ниже.

При монтаже ленточных фундаментов из блоков-подушек места сопряжений продольных и поперечных стен надо заделывать бетонной смесью, для чего устанавливают простейшую опалубку из двух досок, укрепляя их распорками в грунт. Горизонтальные швы кладки из крупных фундаментных блоков должны заполняться ровным слоем раствора. Подкладывать под блоки щебенку и кирпичный бой категорически запрещается. Вертикальные пазы между смежными блоками заполняются раствором и тщательно уплотняются трамбованием.

Толщина швов ...