Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Республики Беларусь

УО “Мозырский государственный педагогический университет имени И.П. Шамякина”

Кафедра ОС и МПСД

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине: “Инженерная геология, механика грунтов, основания и фундаменты”

на тему: «Проектирование фундаментов вокзала»

Мозырь 2009

Содержание

Введение

1. Исходные данные. 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 площадки и возможные варианты фундаментов здания

2.Фундаменты мелкого заложения

2.1 Нагрузки, учитываемые в расчетах оснований фундаментов

2.2 Выбор типа и конструкции фундаментов. Назначение глубины заложения. Устройство гидроизоляции

2.3 Определение размеров подошвы фундамента

2.4 Поверка напряжений в основании и уточнение размеров подошвы фундаментов

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

3.4 Расчет осадки свайного фундамента

4. Сравнение фундаментов и выбор основного варианта

4.1 Подсчет объемов работ и расчет стоимости устройства одного фундамента 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

Литература

Введение

Механика грунтов, основаниями фундаменты вместе с инженерной геологией и охраной природной среды составляют особый цикл строительных дисциплин.

Предметом его изучения являются материалы природного происхождения - грунты, их взаимодействие с сооружениями. Состав, строение и свойства грунтов разных строительных площадок определены природой и могут существенно различаться.

Любое здание или сооружение строится на грунтовом основании, возводится из грунта как строительного материала или располагается в толще грунта. Его прочность, устойчивость и нормальная эксплуатация определяются не только конструктивными особенностями сооружения, но и свойствами грунта, условиями взаимодействия сооружения и основания.

Нормальная эксплуатация здания или сооружения во многом зависит от того, насколько правильно запроектировано и осуществлено его взаимодействие с основанием. Это же в значительной мере влияет на стоимость и сроки строительства. Стоимость фундаментов составляет в среднем 12% от стоимости сооружения, трудозатраты нередко достигают 15% и более от общих затрат труда, а продолжительность работ по возведению фундаментов доходит до 20% срока строительства сооружения.

Целью данной курсовой работы является проектирование фундаментов здания, 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 вокзала, высотой 20, 0м. Размеры здания в осях1-6 46 м, в осях А-Д 30 м. Подвальное помещение расположено в осях А-Г 2-3 с отметкой пола подвала - -2,2м.

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 0,3м.

2-й слой- суглинок, имеющий - мощность 3м., плотность 1,75г/см., плотность частиц 2,69 г/см., влажность 0,46. предел текучести 36%, предел пластичности 22%,

3-й слой- суглинок, имеющий - мощность 4м., плотность 2,00г/см., плотность частиц 2,72 г/см., влажность 0,31. предел текучести 37%, предел пластичности 23%,

4-й слой - супесь, имеющая - мощность 3,м., плотность 1,90г/см., плотность частиц 2,68 г/см., влажность 0,32, предел текучести 22%, предел пластичности 17%,

5-й слой- суглинок, имеющий - мощность 2м., плотность 1,93г/см., плотность частиц 2,69 г/см., влажность 0,30. предел текучести 39%, предел пластичности 22%,

6-й слой - глина, имеющая - мощность 9м., плотность 1,99г/см., плотность частиц 2,75 г/см., влажность 0,27, предел текучести 44%, предел пластичности 24%,

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.

1. Суглинок.

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

;

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

.

Степень влажности грунта определяется по формуле

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

,

Суглинок непросадочный, т.к. S_r>0,8.

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

I_P = W_L - W_P;

где W_L - влажность на границе текучести, %; W_P - влажность на границе раскатывания, %.

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

I_P = 36-22=14;

-суглинок является суглинком.

Показатель текучести пылевато-глинистых грунтов определяется по формуле

;

,

По показателям текучести данный пылевато-глинистый грунт является текучим, т.к. I_L 1

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 S_r  0,8, для которых величина показателя I_SS, определяемого по формуле

I_SS = (e_L - e) / (1 + e),

меньше значений: 0,1 при 1 I_P < 10; 0,17 при 10 I_P < 14 и 0,24 при 14 I_P < 22. К набухающим от замачивания водой относятся грунты, для которых значение показателя I_SS 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.

Коэффициент пористости:

.

Степень влажности грунта:

.

Суглинок является непросадочным.

Число пластичности:

I_P = 37-23=14;

- суглинок является суглинком.

Показатель текучести

,

Грунт является мягкопластичным, т.к. 0,5<<0,75.

Коэффициент пористости определяем по формуле:

,

Далее определим показатель <0,3, следовательно, суглинок не набухающий.

2. Супесь

Коэффициент пористости:

.

Степень влажности грунта:

.

Супесь непросадочная, т.к. S_r>0,8.

Числу пластичности определяется по формуле

I_P = W_L - W_P=22-17=5;

Показатель текучести пылевато-глинистых грунтов определяется по формуле

;

,

По показателям текучести данный пылевато-глинистый грунт является текучим, т.к. I_L 1

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

,

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

3. Суглинок.

Коэффициент пористости:

.

Степень влажности грунта:

.

Суглинок является непросадочным.

Число пластичности:

I_P = 39-22=17;

- суглинок является суглинком.

Показатель текучести

,

Грунт является тугопластичным, т.к. 0,25<<0,5.

Коэффициент пористости определяем по формуле:

,

Далее определим показатель <0,3, следовательно, суглинок не набухающий.

4. Глина.

Коэффициент пористости:

.

Степень влажности грунта:

.

Глина непросадочная, т.к. S_r>0,8.

Числу пластичности определяется по формуле

I_P = W_L - W_P=44-24=20; - глина является глиной.

Показатель текучести пылевато-глинистых грунтов определяется по формуле

;

,

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

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

,

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

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.

В целях наглядного представления о строительных свойствах грунтов площадки и классификационные показатели следует свести в ТАБЛИЦУ 1

Оценка строительных свойств грунтов:

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

2-й слой- суглинок текучий непросадочный Е=3,6 МПа, а следовательно не может быть несущим;

3-й слой- суглинок мягкопластичный непросадочный, Е=11,7 МПа, а следовательно может быть несущим;

4-й слой- супесь текучая, непросадочная, Е=2 МПа, а следовательно не может быть несущим;

5-й слой- суглинок тугопластичный непросадочный Е=12,1 МПа, а следовательно может быть несущим;

6-й слой - глина полутвердая, непросадочная, Е= 20,7 МПа, следовательно может быть несущим;

Все слои строительной площадки, кроме 2и 4, являются несущими, а следовательно фундамент можно заложить в 3, 5 или 6 слое, исходя из экономических и технических соображений.

Таблица 2

Характеристики физико-механических свойств грунтов строительной площадки

Номер слоя	Из приложения к заданию	Характеристики вычисляемые	Наименование грунта по СТБ 943-93	Из таблиц СНБ 5.01.01-99
	Плотность частиц ps, г/см3	Плотность p, г/см3	Влажность в долях единицы W, %	Граница текучести WL, %	Граница раскатывания WP, %	Число пластичности IP,, %	Показатель текучести IL, ,%	Коэффициент пористости ?e	Степень влажности SR,		Угол внутр. трения ц ??град	Удельное сцепление кПа	Модуль деформации E, МПа	Расчетное сопротивление RO, МПа
1	------	1,5	---------	-------	-------	-------	------	------	------	Почвенный слой	------	------	---------	--------
2	1,75	2,69	0,46	36	22	14	1,71	1,24	0,99	Суглинок, текучий, непрос. ненабух.	7,6	7,4	3,6	27
3	2,00	2,72	0,31	37	23	14	0,57	0,78	1,1	Суглинок, мягкопл., непрос. ненабух.	20,4	21,5	11,7	192,2
4	1,90	2,68	0,32	22	17	5	3	0,86	0,99	Супесь текучая	-	-	2	16
5	1,93	2,69	0,30	39	22	17	0,47	0,81	0,99	Суглинок, тугопл., непросадочный, ненабухающий	19,8	21	12,1	163
6	1,99	2,75	0,27	44	24	20	0,15	0,76	0,98	Глина полутвердая	18,9	53,3	20,7	323,2

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-5 - центрально нагруженный, с нагрузкой N=786 кH, под колонну сечением 400 Ч 400 мм (монолитный фундамент стаканного типа).

Ф-6 - внецентренно нагруженный, с нагрузкой N=212 кH, M=12 кHЧм, под внутреннюю несущую кирпичную стену, толщиной 0,38 мм (сборный железобетонный фундамент ленточного типа).

Подвальное помещение в месте сечений фундаментов отсутствует.

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 d_f назначается в зависимости от расчетной глубины сезонного промерзания грунтов d_f, м, определяемой по формуле:

d_f = k_n d_fn

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

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

-d_fn -- 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 d_f, м:

d_f = 0,6Ч1,0=0,6;

Основанием для фундамента является суглинок, поэтому глубину заложения фундаментов можно назначать не менее расчетной глубины промерзания от спланированной отметки земли, т.е. не менее 0,6 м.

По результатам инженерно=геологических изысканий, вилно , что верхний слой грунта (суглинок текучий) толщиной 3,0 м не может быть основанием для фундаментов, следовательно фундаменты необходимо заглубить во 2 слой (суглинок мягкопластичный) минимум на 1,0 м (СНБ 5.01.01.99) Из конструктивных соображений высота фундамента стаканного типа Ф5 -1,5 м. Глубина заложения фундамента - расстояние от поверхности планировки до подошвы фундамента, следовательно, глубина заложения фундамента Ф5- d=4,00 м. Глубину заложения сборного фундамента ленточного типа Ф6 назначаем равной 4,1 м (заглубление в несущий слой грунта составляет 1,1 м. 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 N_OII- расчетная нагрузка в плоскости обреза фундамента для расчета оснований по предельному состоянию второй группы, кН; R_O - 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 Ф5:

Принимаем фундамент с размерами подошвы 2,1Ч2,1м., второй ступени 1,5Ч1,5м, размерами подколонника 0,9Ч0,9м., высота ступеней по 0,3м., высота подколонника 0,9м., глубина стакана 0,7м..

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 (N_OII,) и соответствующих усилий, возникающих от собственного веса фундамента, веса грунта на уступах фундамента, веса стеновых. В результате суммарные нагрузки и воздействия по подошве фундамента наружной стены подвала для расчета основания по деформациям можно представить в виде:

а) нормальная вертикальная нагрузка -

N_II = N_OII + G_фII + G_грII;

где N_OII -- вертикальная нормальная нагрузка в плоскости обреза фундамента, кН; G_фII -- расчетная нагрузка от веса фундамента; G_ГРII -- расчетная нагрузка от веса грунта на консоли подушки.

N_{OII= 786 кН;}

G_фII=г_бЧV_б=24Ч(2,1Ч2,1Ч0,3+1,5Ч1,5Ч0,3+0,9Ч0,9Ч0,9)=24Ч2,79=66,96кН

где г_б =24 кН/м³- удельный вес железобетона, V_б.- объём бетона.

G_грII= г_гр Ч V_гр=16Ч(2,1Ч2,1Ч4-4,75)=16Ч13,73=219,68 кН,

где г_гр =16 кН/м- удельный вес грунта на уступах, V_гр -объём грунта;

Получаем:

N_II = 786+66,96+219,68=1167,7кН.

Момент в плоскости подошвы фундамента отсутствует.

Для Ф6:



Рис. 2. Расчетная схема фундамента Ф6.

Принимаем размеры подошвы фундамента Ф6 bl = 1,61 м (см. рис. 2).

а) нормальная вертикальная нагрузка -

N_II = N_OII + G_фII + G_грII=212+24Ч(1,6Ч1,0Ч0,5+6Ч0,4Ч1,0Ч0,6)+16Ч3,3Ч1,2Ч1,0=329,12 кН;

б) момент в плоскости подошвы фундамента M_II = 12кНЧм

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 = N_II / A;

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

W -- момент сопротивления подошвы фундамента; W=(b²*l)/6

Для Ф5:

p=1167,7/4,41=264,8кПа

Для Ф6:

p=329,12/1,6=205,7кПа

M_II = 12 kHЧм,

W=(1,6²Ч1,0)/6=0,426 м³;

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

где _C1 , _C2 -- коэффициенты условий работы, _C1 =1,1 _C2 =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 , M_q, M_c -- коэффициенты, принимаемые по приложению

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

k_z -- коэффициент, принимаемый равным: при b 10 м k_z = 1; при b 10 к = Z_O / b + 0,2 (здесь Z_O = 8 м);

^I_II -- 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;

c_II -- 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;

d_b -- 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 ^I_II 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=1,75Ч10=17,5 кН/м³;

₃=2,0Ч10=20 кН/м³;

кН/м³

кН/м³

кН/м³

кН/м³

Осредненное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента:

Для Ф5: ^I_II= г Чh/?h_i=17,5Ч3+20Ч1,0/4=18,1 кН/м³

Для Ф6: ^I_II= г Чh/?h_i=17,5Ч3+20Ч1,1/4,1=18,17 кН/м³

Осредненное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента: Для Ф5:

_II кН/м³;

= 1,1 k_z = 1,0 c = 21,5 кПа M = 0,53

= 1,0 b = 2,1 м ^I_II = 18,1 кН/м³ M_g = 3,12

k = 1,1 d = 4,0 м _II = 11,36 кН/м³ M_c = 5,74;

кПа < R=361,94кН (недонапряжение 28%)

Условие выполняется. Уменьшить ширину подошвы фундамента чтобы избежать недонапряжения в 28% мы не можем, т.к. в этом случае нужно уменьшить глубину заложения фундамента, а фундаменты необходимо заглубить в несущий слой минимум на 1,0 м (СНБ 5.01.01.99).

Окончательно принимаем фундамент с размерами подошвы 2,1Ч2,1м., второй ступени 1,5Ч1,5м, размерами подколонника 0,9Ч0,9м., высота ступеней по 0,3м., высота подколонника 0,9м., глубина стакана 0,7м..

Для Ф6:

_II кН/м³;

= 1,1 k_z = 1,0 c = 21,5 кПа M = 0,53

= 1,0 b = 2,1 м ^I_II = 18,17 кН/м³ M_g = 3,12

k = 1,1 d = 4,1 м _II = 11,31 кН/м³ M_c = 5,74;

кПа < R=363,42кН (недонапряжение 43%)

R=1,2х363,42=436,1 кН (недонапряжение 46%)

Условия выполняются. Уменьшить ширину подошвы фундамента чтобы избежать недонапряжения в 43% мы не можем, т.к. в этом случае нужно уменьшить глубину заложения фундамента, а фундаменты необходимо заглубить в несущий слой минимум на 1,0 м (СНБ 5.01.01.99).

Окончательно принимаем ширину подошвы фундамента Ф6 равной 1,6 м.

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 (h_i  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;;

^I_II -- удельный вес грунта, залегающего выше подошвы фундамента;

d -- глубина заложения фундамента от поверхности природного рельефа;

_i , h_i -- 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 = p_o;

где -- коэффициент, принимаемый по приложению;

p_o -- 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 = H_c, 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;

s_i -- 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;

h_i -- толщина i-го слоя;

E_i -- модуль деформации i-го слоя грунта.

Расчет осадки Ф-3 представлен в таблице 2:

Для Ф5:

h_i  0,4 Ч2,1; 0,84; примем 0,8 м.

P₀=P-=264,8-72,68=192,12кН

Таблица 3.

Расчет осадки фундамента Ф5

номер слоя	Z, м	?zq, кПа	о=2z/b	б	?zp,кПа	?zp,i,кПа	Ei,Мпа	s,см
0	0	72,68	0	1	192,12	?
						175,3	11,7	0,958
1	0,8	88,68	0,76	0,825	158,49
						123,72	11,7	0,676
2	1,6	104,68	1,52	0,463	88,95
						72,42	11,7	0,396
3	2,4	120,68	2,28	0,291	55,90
						48,73	11,7	0,133
4	2,8	128,68	2,67	0,217	41,69
						39	11,7	0,005
5	3,0	130,57	2,86	0,189	36,31
						29,75	2	0,952
6	3,8	137,79	3,62	0,121	23,2
								3,12

Предельная деформация основания 10 см.

Полная осадка фундамента:

Рис. 3. Эпюры напряжений в основании фундамента Ф5.

Для Ф6:

h_i  0,4 Ч1,6; 0,64; примем 0,6 м.

P₀=P-=205,7-74,5=131,2кН

Таблица 4.

Расчет осадки фундамента Ф6

Номер слоя	Z,м	кПа			кПа	кПа	, МПа	Si , см
0	0	74,5	0	1	131,2
						124,18	11,7	0,509
1	0,6	86,5	0,75	0,893	117,16
						102,53	11,7	0,421
2	1,2	98,5	1,5	0,67	87,9
						77,01	11,7	0,315
3	1,8	110,5	2,25	0,504	66,12
						59,1	11,7	0,243
4	2,4	116,5	3	0,397	52,08
						49,49	11,7	0,101
5	2,7	122,5	3,37	0,358	46,9
						45,42	11,7	0,062
6,	2,9	124,38	3,62	0,335	43,95
						40,47	2	1,29
7	3,5	129,8	4,37	0,282	36,99
						34,43	2	1,101
8	4,1	135,2	5,12	0,243	31,88
						29,84	2	0,954
9	4,7	140,6	5,87	0,212	27,81
								?=4,996

Предельная деформация основания 10 см.

Полная осадка фундамента:

Рис. 4. Эпюры напряжений в основании фундамента Ф6.

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.

Ф5: Принимаем глубину заложения монолитного ростверка по конструктивным соображениям d_p=1,65м. Для сборной колонны сечением 0,4Ч0,4м размеры подколонника равны 0,9Ч0,9м, глубина стакана- 0,7м, высота плитной части ростверка по условиям заделки головы сваи в ростверк - 0,6м. Мин. заглубление ростверка относительно планировочной отметки - 0,5м.

Выбираем тип сваи. В данных грунтовых условиях свая будет работать как висячая. Для «заделки» конца сваи наиболее надёжным является суглинок тугопластичный, непросадочный, ненабухающий. Согласно указаниям свая должна быть заглублена в этот грунт не менее чем на 1,0м. Принимаем заглубление 3,05м. Предусматриваем заделку головы сваи на 0,1м. В результате длина сваи:

l =0,1+8,35+1,55=10 м.

Принимаем сваю С10-30 длиной 10м, сечением 0,3Ч0,3м.

Рис.5 Расчетная схема свайного фундамента Ф5

Для фундамента Ф6:

l =0,1+2,4+3,5=6 м.

Принимаем сваю С6-30 длиной 6м, сечением 0,3Ч0,3м.

Рис.6 Расчетная схема свайного фундамента Ф6

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

Несущая способность висячей сваи определяется по формуле

где _c -- коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый для всех типов свай _c = 1, кроме случая опирания буронабивных свай на покровные глинистые грунты со степенью влажности S_r < 0,85 и на лессовидные грунты, когда _c = 0,8;

R -- расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи R=1992МПа -для Ф5 (глубина погружения 11,55м.)

A -- площадь нижнего конца сваи, м²; A=0,09 м².

u -- наружный периметр поперечного сечения сваи, м; u =1,2м.

f_i -- расчетное сопротивление i-го слоя грунта мощностью h_i по боковой поверхности сваи;

_cR и _cf -- коэффициенты условий работы грунта под острием и по боковой поверхности, принимаемые для забивных свай равными единице.

Размеры поперечного сечения колонны 0,4х,04м;

Действующие нагрузки и воздействия в плоскости обреза фундамента с учётом крановых и ветровых нагрузок:

а) для расчёта по несущей способности:

Ф5 - N_OI=943,2 кН.

Ф6 - N_OI=254,4 кН, M_OI=14,4 кНЧм.

б) для расчёта по деформациям:

Ф5 - N_OI=786 кН.

Ф6 - N_OI=212 кН, M_OI=12кНЧм.

Расчетное сопротивление грунта на боковой поверхности сваи согласно приложению имеем:

Ф5: при Z₁ =2,325м f₁=7,3кПа; (суглинок текучий)

при Z₂ =4,0м f₂=18,8кПа; (суглинок мягкопластичный)

при Z₃ =6,0м f₃=21,1кПа; (суглинок мягкопластичный)

при Z₄ =8,0м f₄=10кПа; (супесь текучая)

при Z₅ =9,5м f₅=10кПа; (супесь текучая)

при Z₆ =10,775м f₆=31,1кПа; (суглинок тугопластичный)

F_d =1,0(1,0Ч1992Ч0,09+1,0Ч1,2Ч (7,3Ч1,35+18,8Ч2,0+21,1Ч2,0+10Ч2,0+10Ч1,0

+31,1Ч1,55)) =380,7кН

Расчет свайных фундаментов и свай по несущей способности грунтов производится исходя из условия

N F_d / _k = P

где N -- расчетная нагрузка, передаваемая на сваю от внешних нагрузок (при невыгодном их сочетании)

_k -- коэффициент надежности, принимаемый равным 1,4.

Р -- расчетная нагрузка, допускаемая на сваю.

Подставив значения, получим расчётную нагрузку, допускаемую на сваю:

Р= F_d/=380,7/1,4=271,9кН

Для фундамента Ф6:

R=1133МПа (глубина погружения 6,5м.)

A=0,09 м²; u =1,2м.

при Z₁ =1,6м f₁=5,8кПа; (суглинок текучий)

при Z₂ =2,8м f₂=7,8кПа; (суглинок текучий)

при Z₃ =4,0м f₃=18,1кПа; (суглинок мягкопластичный)

при Z₄ =6,75м f₄=21,4кПа; (суглинок мягкопластичный)

F_d =1,0(1,0Ч1133Ч0,09+1,0Ч1,2Ч (5,8Ч2,0+7,8Ч0,4+18,1Ч2,0+21,4Ч1,5)) =201,6кН

Р= F_d/=201,6/1,4=143,9кН

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

Количество свай в свайном фундаменте рассчитывается по предельному состоянию первой группы. Для этого расчетные нагрузки и воздействия можно определить путем умножения нормативных усилий на нормативный коэффициент надежности, принимаемый равным 1,2.

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 0,15 м

Ф5:

Определяем количество свай в свайном фундаменте:

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

P_p = P / (3d)²

P_p = 271,9 / (3Ч0,3)²=335,7кН;

2) определяем площадь подошвы ростверка:



где d_p -- глубина заложения ростверка.

А_р=943,2/(335,7-20Ч1,65)=3,11 м²;

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

G_p,гр = 1,1 A_{p m} d_p.

G_p,гр = 1,1Ч3,11Ч20Ч1,65=112,9 кН.

Отсюда количество свай в кусте:

n = (N_OI + G_P,ГР) / P

n = (943,2 +112,9) / 271,9=3,89

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: 0,9+0,3+2Ч0,1=1,4м, в направлении оси Y: 0,9+0,3+2Ч0,1=1,4м.

Рис. 7. Схема расположения свай в свайном кусте Ф5

Принимаем размеры подошвы ростверка с учётом модуля 0,3м 1,5Ч1,5м. Высоту плиты ростверка принимаем равной 0,6м. При этом вес ростверка:

G_P=1,1(1,5Ч1,5Ч0,6+0,9Ч0,9Ч0,9) Ч24=54,9кН.

Вес грунта на ступенях ростверка:

G_гр=1,1(1,5Ч1,5Ч1,65-2,079)) Ч20=35,9кН.

Вес ростверка и грунта:

G_P,ГР =54,9+35,9=90,8кН.

Проверяем усилия в крайних рядах свай по формуле:

для центрально нагруженного фундамента:

N = (N_OI + G_P,ГР) / n=(943,2+ 90,8) / 4=258,5кН P=271,9кН;

Условие выполняется. При этом недогрузка сваи находиться в пределах 4%

Для фундамента Ф6:

N₀₁=212 х 1,2=254,4кН

Необходимое число свай на один метр длины ленточного фундамента определяют по формуле: n=N₀₁/F_d=1,4х254,4/201,6=1,77, где-коэффициент надежности, принимаемый равным 1,4.

Расчётное расстояние между осями свай по длине стены: а=1/n=1/1,77=0,56м..

Принимаем шаг свай равным 0,6м.

В зависимости от величины а определяется число рядов свай, при этом расстояние между осями свай принимается не менее 3d. Рекомендуется следующие варианты размещения свай в плане:

однорядное, если 3d<а<6d;

двухрядное шахматное если n<2 и 1,5d<а??3d;

двухрядное, если

Принимаем двухрядное шахматное расположение свай.

Расстояние между двумя рядами свай с_р в этом случае определяется по формуле:

;

Принимаем с_р=0,6м.

Ширину ростверка ленточного свайного фундамента определяют по формуле:

, где с₀=0,1м - расстояние от края ростверка до грани сваи. b_p=0,3+2х0,1+(2-1)Ч0,6=1,1м.

Принимаем ширину ро...