Расчет основания по деформациям, расчет свайного фундамента

Размещено на http://www.allbest.ru/

КУРСОВАЯ РАБОТА

РАСЧЕТ ОСНОВАНИЯ ПО ДЕФОРМАЦИЯМ, РАСЧЕТ СВАЙНОГО ФУНДАМЕНТА

Содержание

Введение

1. Исходные данные

1.1 Определение классификационных характеристик слоев

2. Определение глубины заложения фундаментов на естественном основании

3. Расчет основания фундамента на естественном основании по деформациям

3.1 Определение размеров подошвы фундамента

3.2 Расчет осадки фундамента

3.3 Заключение по результатам проектирования фундаментов на естественном основании

3.4 Конструирование столбчатого фундамента

4. Проектирование и расчет свайного фундамента

4.1 Проектирование и расчет висячей сваи

4.1.1 Выбор висячей сваи

4.1.2 Определение несущей способности висячей сваи

4.2 Проектирование и расчет буронабивной сваи

4.2.1 Выбор сваи-стойки

4.2.2 Определение несущей способности сваи-стойки

4.2.3 Определение количества свай-стоек

4.2.4 Определение фактического усилия на сваи

4.3 Заключение по результатам проектирования свайных фундаментов

4.4 Конструирование свайного фундамента

Список литературы

Введение

Строительство - отрасль, в которой до сих пор используется ручной труд, поэтому низкая производительность труда, что сказывается на сроках строительства. Во многих случаях, выполнение на выполнение работ нулевого цикла, включающих устройство оснований и фундаментов, затрачивается больше времени, чем на возведение сборных надземных конструкций зданий. Кроме того, стоимость фундаментных работ составляет до 40 % от общей стоимости сооружений, поэтому их удешевление дает вполне ощутимый эффект.

Удешевление работ по устройству оснований и фундаментов и их надежность в значительной степени зависит от умения правильно оценить инженерно-геологические условия площадок строительства, свойств грунтов в основаниях и совместную работу этих грунтов с деформирующимися фундаментами и конструкциями сооружения, от рациональности выбранных типов фундаментов и их размеров от качества выполнения работ.

Целью проекта является получение навыков проектирования и расчета фундаментов мелкого заложения и свайных фундаментов. При этом принято, что грунты основания, находятся в естественном состоянии, а глинистые грунты, кроме того, непросадочные и ненабухающие при замачивании.

По заданным нагрузкам на ленточный фундамент и грунтовым условиям необходимо определить параметры фундамента мелкого заложения, а также представить чертежи конструкции фундамента.

1. Исходные данные

Вариант 1051:

N = 4000 кН,

М = 420 кН·м,

h₁ = 6,0 м,

h₂ = 3,0 м.

h_w = 0,3м (принято условно).

Характеристики грунтов для расчета по II группе предельных состояний (по деформациям) представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Показатель	Ед. измерения	1-й слой	2-й слой	3-й слой
сs	т/м3	2,37	2,65	Скала R=20 МПа
с	т/м3	1,81	1,85
W	-	0,30	0,18
WP	-	0,18	-
WL	-	0,36	-
KФ	см/год	10	-
Е	МПа	28(20)	39(20)
н	-	0,42	0,27
	град	21	36
с	кПа	81	-
грансостав	d > 5 мм	%	-	0
	5-2	%	-	10
	2-0,5	%	-	10
	0,5-0,25	%	-	38
	0,25-0,1	%	-	12
	d < 0,1 мм	%	-	30

Рисунок 1. Схема грунтовых условий

Тип фундамента - столбчатый.

1.1 Определение классификационных характеристик слоёв

По нормативным характеристикам грунтов (табл. 1) установим основные классификационные признаки.

1 слой:

1) Наименование - по числу пластичности I_p: I_p. = w_L - w_p= 0,36-0,18 = 0,18%.

I_p >0,17 следовательно, грунт - глина.

2) Консистенция - по показателю текучести I_L:

.

0,5 ? I_L ? 0,75 следовательно, грунт мягкопластичный

3) Плотность сложения - по коэффициенту пористости е:

.

4) Степень водонасыщения по степени влажности S_r:

.

S_r > 1, следовательно, грунт насыщенный водой и непросадочный.

5) Поведение при замачивании - по показателю I_ss:

.

I_ss ?0,3 следовательно, грунт ненабухающий,

Полное наименование глинистого грунта: глина мягкопластичная с коэффициентом пористости е=0,702, насыщенный водой, ненабухающий, непросадочный.

2 слой:

Т.к. частиц крупнее 0,52 мм 58 %, грунт - песок средней крупности.

Сч ? 3 - неоднородный.

- средней плотности.

- маловлажный.

Полное наименование песчаного грунта: песок средней крупности однородный, средней плотности, маловлажный.

Горизонт грунтовых вод близок к поверхности, следовательно, после устройства котлована предусматриваем дренаж по периметру. Вода из дренажной сети выводится за пределы осушаемой территории в водоприемник.

Для дренажа применяют полимерные трубы внутренним диаметром 50...300 мм. Для поступления воды в трубы в них делают водоприемные отверстия. Уложенные в траншею трубы обвертывают геотекстилем.

На всех переломах продольной линии дренажа в плане и на прямых участках через 60...80 м устраивают смотровые колодцы. Назначение колодцев - облегчить нахождение пробок и мест, препятствующих нормальному протеканию воды в трубах.

Обратную засыпку осуществляем песком средней крупности слоями не более 200 мм с послойным уплотнением.

2. Определение глубины заложения фундаментов на естественном основании

Рисунок 2. Глубина заложения фундамента

Нормативную глубину сезонного промерзания грунта , м, при отсутствии данных многолетних наблюдений следует определять на основе теплотехнических расчетов. Для районов, где глубина промерзания не превышает 2,5 м, ее нормативное значение допускается определять по формуле.

(1)

где - безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму (3 месяца) в данном районе, принимаемых по СНиП по строительной климатологии и геофизике, а при отсутствии в них данных для конкретного пункта или района строительства - по результатам наблюдений гидрометеорологической станции, находящейся в аналогичных условиях с районом строительства; основание фундамента буронабивная свая

d₀ - величина, принимаемая равной, м, для суглинков и глин - 0,23.

м

Расчетная глубина сезонного промерзания грунта , м, определяется по формуле

(2)

где - коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения (для наружных фундаментов неотапливаемых сооружений 1,1)

м.

Конструктивная глубина заложения составляет:

d_k = 2,1(м)

d_k = 2,1 м > м.

3. Расчет основания фундамента на естественном основании по Деформациям

3.1 Определение размеров подошвы фундамента

Определяем размеры подошвы фундамента методом последовательного приближения, до выполнения условий расчета по деформациям:

Р_ср ? R; P_max ? 1.2R; P_min > 0; P_min / P_max ? 0.25

Действующие давления на грунт по подошве при внецентренном сжатии определяем по формулам:

; (3)

;

,

где N - сумма вертикальных нагрузок, действующих на основание, кроме веса фундамента и грунта на его обрезах, кН. N_II = 260 кН.

А - площадь подошвы фундамента, м².

- средневзвешенное значение удельных весов тела фундамента, грунта и пола, расположенных над подошвой фундамента, принимают равным 20 кН/м³.

d - толщина фундамента.

М - момент от равнодействующей всех нагрузок, действующих по подошве фундамента, найденных с учетом заглубления фундамента в грунте, и перераспределенного влияния верхних конструкций, или без этого учета, кН·м.

W - момент сопротивления площади подошвы фундамента, м³

N=4000 кН; = 20 кН/м3; d = 2,55м; M = 420 кН•м.

Принимаем b = 2,4 м; l = 3,0 м, тогда:

площадь подошвы фундамента А = b · l = 7,2 м²;

W = м³

кН/м²

кН/м²

кН/м²

Определим расчетное сопротивление грунта под подошвой по формуле:

(4)

где и - коэффициенты, условий работы (=1,1; =1);

k - коэффициент, принимаемый равным 1,1;

- коэффициенты расчетного сопротивления: М_г = 0,56; М_q = 3,24; М_с = 5,84.

- коэффициент, принимаемый равным 1;

b - ширина подошвы фундамента;

- осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды);

- то же, залегающих выше подошвы;

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

d₁ - глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала.

кН/м²

кН/м²

кН/м²

кН/м²

Проверяем выполнение условий:

Р_ср = 606,56 кН/м² ? R = 651,84 кН/м² - условие выполняется с запасом 6,95 %;

P_max = 752,39 кН/м² ? 1.2R = 782,21 кН/м² - условие выполняется с запасом 3,81 %;

P_min = 781,82 > 0 - условие выполняется.

P_min / P_max = 0,61 > 0.25

Вывод: т.к. условия расчёта по давлению выполняются, принимаем размеры подошвы - l = 3 м и b=2,4 м.

Изобразим эпюры давлений.

Рисунок 3. Эпюры давлений

3.2 Расчет осадки фундамента

Производим построение эпюры дополнительных давлений, для чего слои грунтов ниже подошвы предварительно разбиваем на элементарные слои h_i?0.4b. Разбивка должна совпадать с границами слоев и с горизонтом грунтовых вод. H_i?0.42,4=0,96 м..

Дополнительные давления вычисляются по формуле:

(5)

где у_zg0 - бытовое давление на уровне подошвы фундамента.

- коэффициент принимаемый в зависимости от = 2z/b и = l/b по таблице 1, приложение 2.

Осадку центра подошвы фундамента определяем методом послойного суммирования.

Результаты расчета осадки сводим в таблицу 2.

Таблица 2. Данные для расчета напряжений

Глубина от пов-ти	Толщ элемен-го слоя	Удельн. Вес грунта	Бытовое давл.	Высота от отметки заложения до низа элем. Слоя	Коэфф. Затух. Напряж.	Дополн. Давл.	Среднее дополн. Давлен. В пред. Элем. Слоя	Модуль деформ. Слоя	Осадка слоя
Н, м	hi, м	г, кН/м	уzg, кПа	z, м	б	уzp, кПа	уzpii,кПа	Ei , кПа	Si ,м
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
2,55	0,00	18,055	46,040	0,00	1,000	560,520	---	20000	0,00000
3,51	0,96	8,05	53,768	0,96	0,830	465,230	512,875	20000	0,01969
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
4,47	0,96	8,05	61,496	1,92	0,501	280,820	373,025	20000	0,01432
5,43	0,96	8,05	69,224	2,88	0,300	168,156	224,488	20000	0,00862
6,00	0,57	8,05	73,813	3,45	0,229	128,359	148,258	20000	0,00338
6,96	0,96	9,76	83,183	4,41	0,152	85,199	106,779	20000	0,00410
7,92	0,96	9,76	92,553	5,37	0,107	59,976	75,588	20000	0,00012
8,88	0,96	9,76	101,923	6,33	0,080	44,842	52,409	20000	0,00290
9,00	0,2	9,76	103,875	6,53	0,076	42,600	43,721	20000	0,00036
ИТОГО ОСАДКА Sa	0,05349

кН/м²

кН/м²

кН/м²

кН/м²

кН/м²

Рисунок 4. Эпюры давлений

После построения эпюр давлений определяем нижнюю границу сжимаемой толщи (НГСТ), по условию у_zp = ? 0.2* у_zg.

У_zp = 42,600 кПа > 0.2* у_zg = 20,775кПа

Условие не выполняется, но т.к. 3 слой является скалой, то принимаем нижнюю границу сжимаемой толщи начало 3 слоя, на отметке -9,000, высота сжимаемой толщи составляет Н_с = 9 м.

Проверяем выполнение условие S ? S_u

где S_a - совместная деформация основания и сооружения;

S_u - предельное значение совместной деформации основания и сооружения;

Для производственных и гражданских одноэтажных зданий с полным железобетонным каркасом S_u = 8 см.

S = 5,3 см < S_u = 8 см.

Условие выполняется.

3.3 Заключение по результатам проектирования фундаментов на естественном основании

Расчет естественного основания под фундамент оказался удовлетворительным. Поэтому окончательно принимаем ранее выбранные размеры фундамента: h=2,4 м, b=2,4 м, l=3,0 м.

Монолитный фундамент изготавливают из бетона классов В12,В10 с армированием сетками расположенными у подошвы из стержней периодического профиля с защитным слоем бетона в 30 мм снизу и 50 мм по периметру.

Подошва фундамента армируется стальной сеткой. Стержни в сетке из стали класса А III располагаются с шагом 50ч450 мм кратно 50. Диаметр стержней определяется по расчету. Стальная сетка изготавливается с применением контактной точечной сварки.

Подколонник армируется конструктивно. Применяется стержневой арматурой класса А II Ш8 ч10 мм. Расстояние между сетками по высоте принимают 200ч400 мм кратно 50.

Под подошвой фундамента выполняется щебеночное основание из щебня фракцией 20-40 и бетонную подготовку из бетона В7,5. Пространство между колонной и подколонником заполняется бетоном В25. Со всех сторон выполнить вертикальную гидроизоляцию из битумной мастики.

3.4 Конструирование столбчатого фундамента

Рисунок 5. Монолитный железобетонный фундамент со ступенчатой плитной частью

4. Проектирование и расчет свайного фундамента

4.1 Проектирование и расчет висячей сваи

4.1.1 Выбор висячей сваи

Инженерно-геологические условия принимаем заданные ранее (см. п. 2).

Принимаем в расчет железобетонные сваи квадратного сечения, площадью сечения A = 0,3 м 0,3 м = 0,09 м²; периметром сечения U = 1,2 м. Длина сваи l = 5 м (с учетом заделки в ростверк на 300 мм и заглубления острия сваи в более плотный, малосжимаемый песчаный грунт на 1,05 м)

Назначаем глубину заложения ростверка.

Рисунок 6. Схема к расчету висячей сваи

5.1.2 Определение несущей способности висячей сваи

Несущую способность принятой забивной висячей сваи определяем расчетным способом по формуле:

(7)

где _c -- коэффициент условий работы сваи (_c = 1);

_cR _ коэффициент условий работы грунта под нижним концом сваи (_cR = 1)

R _ расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи (принимаемое для набивной, изготовляемой по технологии, указанной в п. 2.4, а, б, -- по табл. 1);

A -- площадь опирания на грунт сваи;

U -- периметр поперечного сечения ствола сваи;

_cf -- коэффициент условий работы грунта на боковой поверхности сваи (_cf = = 1);

f_i -- расчетное сопротивление i-гo слоя грунта на боковой поверхности ствола сваи;

h_i -- толщина 1-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи.

R = 3700 кН/м², т.к. глубина погружения нижнего конца сваи равна 7,2 (7) м, в песок средней крупности.

= 1·10,71 + 1·11,86 + 1,45·18 + 1·60,1 = 108,77 (кН/м)

F_d = 1· (1·3700·0,09 + 1,2·1·108,77) = 439,97 (кН/м)

Допускаемое расчетное вдавливающее усилие на сваю принимаем по формуле:

(8)

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

_{0, n} -- коэффициенты работы, принимаемыми равными 1 и 1,15 соответственно.

(кН/м)

Расчетные нагрузки для расчета по несущей способности (первое предельное состояние) принимаем:

М_d = M·1.2 = 420·1.2 = 504 (кН*м)

N_d = (N+G_p) ·1.2

где G_p - вес ростверка при нормативных весах бетона и грунта.

G_p = _f · A_p· _m · d_p

_f = 1,2; _m = 22 кН/м³; d_p = d_к = 2,55 м;

(кН·м)

м

G_p = 1,2·14,8·22·2,55 = 996,34(кН)

N_d = (4000 + 996,34)*1,2 = 5995,61 (кН)

5.1.3 Определение количества висячих свай

Определяем количество свай в фундаменте с учетом действия момента М_d:

шт.

Вывод: Конструктивно будет не целесообразно размещать полученное количество свай (22 шт.) размером 300х300 мм в проектируемом фундаменте. В данном случае целесообразно применить в фундаменте буронабивные сваи, опирающиеся на практически несжимаемый скальный грунт.

4.2 Проектирование и расчет буронабивной сваи

4.2.1 Выбор сваи-стойки

Принимаем в расчет железобетонные буронабивные сваи круглого сечения диаметром 400 мм. Длина сваи с учётом заделки в ростверк на 300 мм и погружения в скальный грунт на глубину 0,75 м составляет 7,5 м.

4.2.2 Определение несущей способности сваи-стойки

Несущая способность буронабивной сваи-стойки определяется по формуле:

F_d=·R·A, (9)

где  - коэффициент  условий  работы  сваи  в  грунте,  принимаемый = 1;

A -  площадь  опирания  на  грунт  сваи, м²,  принимаемая  для  свай

сплошного сечения  равной  площади  поперечного сечения.

R- расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, которое определяется по формуле:

(10)

где l_d-расчетная глубина заделки сваи в скальный грунт

d_f-наружный диаметр сваи.

R_m - расчетное сопротивление массива скального грунта под нижним концом сваи-стойки, определяемое по R_с,m,n - нормативному значению предела прочности на одноосное сжатие массива скального грунта в водонасыщенном состоянии, кПа, определяемому, как правило, в полевых условиях;

,

где - коэффициент надежности по грунту, принимаемый равным 1,4, т.к. нагрузка на сваю более 2500 кН.

Для предварительных расчетов оснований сооружений всех уровней ответственности значения характеристик R_m и R_с,m,n допускается принимать равным

R_m = R_c ·K_s, R_c,m,n = R_c,n ·K_s, где R_c и R_c,n - соответственно расчетное и нормативное значения предела прочности на одноосное сжатие скального грунта в водонасыщенном состоянии, кПа, определяются по результатам испытаний образцов отдельностей (монолитов), в лабораторных условиях;

К_s - коэффициент, учитывающий снижение прочности ввиду трещиноватости скальных пород. Принимаем по таблице К_s =0,4.

R_с,m,n=20 000·0,4=8000 кН

кН

кН

F_d=1·10000·· (0,4)² =5024 кН.

Находим расчетную нагрузку передаваемую на сваю исходя из условия по формуле:

(11)

где N_р - расчетная нагрузка, передаваемая на сваю (продольное усилие, возникающее в ней от расчетных нагрузок, действующих на фундамент при наиболее невыгодном их сочетании).

г₀ - коэффициент условий работы, учитывающий повышение однородности грунтовых условий при применении свайных фундаментов, принимаемый равным г₀ = 1.

г _n - коэффициент надежности по назначению (ответственности) сооружения, принимаемый равным 1,15 для сооружений II уровней ответственности;

г _k - коэффициент надежности по грунту, принимаемый равным 1,4

Кн

4.2.3 Определение количества свай-стоек

Определяем количество свай-стоек по формуле:

, (12)

где N_d - расчетная нагрузка для расчета по несущей способности (первое предельное расстояние)

N_d = (N+G_p) · 1.2, где

G_p- вес ростверка при нормативных весах бетона и грунта.

G_p = _f · A_p· _m · d_p

_f = 1,2 - коэффициент надежности по нагрузке;

_m = 22 кН/м³ - усредненное значение удельного веса материала ростверка и обратной засыпки.

d_p = d_к = 2,55 м - глубина заложения ростверка.

A_p- предлагаемая площадь подошвы ростверка

N_I = N_II · 1,2 = 4000 · 1,2 = 4800кН

,

d - диаметр поперечного сечения сваи, м

(кН· м)

м²

G_p = 1,2 · 2,29· 22 · 2,55 = 154,16 (кН)

N_d = (4000+154,16) · 1.2 = 4984,99 (кН)

шт.

Вывод: По результатам расчета принимаем 2 буронабивные сваи-стойки, которые будут опираться на скальный грунт.

4.2.4 Определение фактического усилия на сваи

Расстояние в свету между стволами буронабивных свай должно быть не менее 1,0 м

Рис. 7. Схема к определению фактического усилия сваи

Определяем фактические расчетные усилия на сваи по формуле:

, (13)

где M_d - расчетный момент относительно центральной оси плана свай в плоскости подошвы ростверка;

M_d = M· 1.2=420 1.2=504 кН·м

N_d - расчетное усилие относительно центральной оси плана свай в плоскости подошвы ростверка;

n - число свай в фундаменте;

y_i - расстояние от главной оси свайного поля до оси каждой сваи;

y - то же до оси сваи, для которой вычисляется расчетная нагрузка.

N _max =кН

N _min =кН

Проверяем выполнение условий:

N_max ? Nр; N_min > 0

N_max = 2852,50 кН < Nр = 3120,50 кН. - условие выполняется с запасом 3,97 %;

N_min = 2132,500 кН > 0 - условие выполняется.

Вывод: Условия выполняются, следовательно, фундамент запроектирован правильно и обеспечивает требуемую несущую способность с оптимальным запасом. Принимаем окончательно 2 буронабивные сваи-стойки D = 0,4 м.

4.3 Заключение по результатам проектирования свайных фундаментов

В результате проведенных расчетов при заданных нагрузках и грунтовых условиях фундаментов мелкого заложения (столбчатого фундамента) и свайных фундаментов из конструктивных соображений выбираем свайный фундамент с буронабивными сваями-стойками ф 0,4 м. в количестве 2 шт.

4.4 Конструирование свайного фундамента

Список литературы

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

2. Горбунов-Посадов М.И., Ильичев В.А., Крутов и др. В.И.; под общ. ред. Сорочана Е.А.и Трофименкова Ю.Г. Основания, фундаменты и подземные сооружения: справочник проектировщика / - Курган: Интеграл, 2007. - 480 с.

3. Долматов Б.И. Механика грунтов, основания и фундаменты (включая специальный курс инженерной геологии). - 2-е изд. Перераб. И доп. - Л.: Стройиздат, Ленингр. отд-е, 1988. - 415 с. ил.

4. Мангушев, Р.А. Современные свайные технологии: учебное пособие / Р.А. Мангушев, А.В. Ершов, А.И. Осокин. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Изд-во АСВ, 2010. - 240 с.

5. Треуголов Г.В., Толмачев Э.Л., Визоргина М.В. Расчет оснований и фундаментных конструкций: Учебное пособие для самостоятельной работы студентов заочного отделения. - Челябинск: Издательство ЮУрГУ, 2004.-78 с.

6. Ухов С.Б., Семенов В.В., Знаменский В.В.и др.; под ред. Ухова С.Б. Механика грунтов, основания и фундаменты: учебное пособие / - 4-е изд., стер. - М.: Высш. шк., 2007. - 566 с.

7. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия / Госстрой России. - М.: ГУП ЦПП, 2000. - 36 с.

8. СП 22.13330.2011 Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*. Основания зданий и сооружений / Минрегион России. - М.: 2010. - 162 с.

СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты / Госстрой России. - М.: ГУП ЦПП, 2000. - 48 с. Размещено на Allbest.ru

9. СП 24.13330.2011 Свайные фундаменты/ Одобрен для применения Постановлением Госстроя России N 96 от 21 июня 2003 г.

10. ГОСТ 25100-95. Грунты. Классификация. - М.: Изд-во стандартов, 2002.

...