Принципы проектирования оснований и фундаментов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

Исходные данные о строительной площадке

Оценка характера нагрузок, конструктивных особенностей здания и определение предельно допустимых значений деформаций основания

Оценка инженерно-геологических условий строительной площадки

Общие принципы проектирования оснований и фундаментов

Расчет фундаментов для заданных сечений

Расчет фундаментов мелкого заложения

Расчет фундамента по 2-му предельному состоянию

Конструктивные мероприятия

Устройство гидроизоляции

Железобетонные пояса

Расчетная часть

Оценка инженерно-геологических условий строительной площадки

Выбор глубины заложения фундамента

Определение размеров подошвы фундамента одновременно с расчетным сопротивлением грунта основания

Расчет свайного фундамента

Выбор рационального типа фундамента

Заключение

Список используемой литературы



Введение

фундамент столбчатый свайный деформация

Огромные масштабы строительства требуют подготовки большого числа высококвалифицированных специалистов в области гидрогеологии и инженерной геологии.

Одним из основных звеньев в подготовке специалистов является курсовое проектирование, играющее значительную роль в развитии у студентов навыков самостоятельной работы.

Методы совместного расчёта оснований, фундаментов и наземных конструкций в настоящее время разработаны слабо. Обычно их проектируют раздельно, устанавливая последовательными расчётами соответствие предъявляемым требованиям. Основание, фундамент и наземные конструкции неразрывно связаны между собой, взаимно влияют друг на друга и по существу должны рассматриваться как одна природно-техническая система.

Недостаточная изученность инженерно-геологических условий площадки, пренебрежительное отношение к анализу имеющихся инженерно-геологических данных и устройству оснований и фундаментов часто являются причинами возникновения недопустимых деформаций оснований и конструкций сооружений, что приносит большие потери народному хозяйству.

Вопросы проектирования откосов, подпорных стенок, оснований и фундаментов усложняются тем, что необходимо решать комплексную задачу, связанную в первую очередь с инженерно-геологическими условиями строительной площадки, назначением и конструкцией сооружения. Правильная оценка инженерно-геологических условий может иметь решающее значение при выборе экономического решения, а также оказывает влияние на методы производства работ и сроки строительства сооружения.



Исходные данные о строительной площадке



Оценка характера нагрузок, конструктивных особенностей здания и определение предельно допустимых значений деформаций основания

При проектировании оснований и фундаментов экономичность, надежность, а также устойчивость и эксплуатационная пригодность возводимых объектов обеспечиваются введением различных расчетных коэффициентов, позволяющих раздельно учесть местные особенности грунтов строительных площадок, специфику действующих нагрузок и особенности конструктивных схем зданий.

Нагрузки на основания различают нормативные и расчетные. Нормативное значение нагрузок устанавливаются по СНиП 2.02.07-85 «Нагрузки и воздействия». Расчетная нагрузка определяется путем умножения значения нормативной нагрузки на коэффициент надежности по нагрузке (г_f), который учитывает вероятные отклонения фактических нагрузок от величин, принятых в проекте.

В зависимости от продолжительности действия нагрузки бывают постоянными и временными. К постоянным относятся нагрузки, действующие непрерывно при строительстве и эксплуатации здания. Временными являются нагрузки, которые в отдельные периоды строительства и эксплуатации здания могут отсутствовать. Обычно постоянную нагрузку составляет собственный вес строительных материалов и изделий (грунтов, конструктивных элементов и т.д.).

Временные нагрузки различают длительно действующие, кратковременные и особые. К длительно действующим нагрузкам относятся: вес временных перегородок, вес стационарного оборудования, давление газов и жидкостей, нагрузка от складируемых материалов, температурные, технологические и климатические воздействия, неравномерные деформации основания и климатические воздействия, вес мостового оборудования.

К кратковременным нагрузкам относятся: вес людей; ремонтных материалов; нагрузки, возникающие при изготовлении и возведении строительных конструкций; нагрузки от временно складируемых материалов и насыпного грунта; нагрузки от перекрытия жилых и общественных зданий; снеговые и ветровые нагрузки. К особым нагрузкам относятся: сейсмические и взрывные воздействия, нагрузки, вызываемые резкими нарушениями технологического процесса и воздействия от неравномерных осадок, сопровождающиеся изменением структуры грунта.

При расчете оснований фундаментов проектируемых зданий и сооружений по второй группе предельных состояний (по деформациям) коэффициент надежности по нагрузке (г_f) принимается равным 1.

Для учета вероятности одновременного действия нескольких видов нагрузок - постоянных, временных, длительно действующих и кратковременных - вводят коэффициент сочетаний. Как и все конструкции, основания и фундаменты рассчитываются на максимальные усилия, получаемые от комбинаций нагрузок. Сочетание нагрузок различают основные и особые.

В случае, когда максимальное усилие дают все постоянные и временные длительно действующие нагрузки, а также одна кратковременная нагрузка, то такое сочетание называют основным сочетанием первой группы и коэффициент сочетаний для него принимают равным Й. Если наибольшее значение усилия получаются от действия всех постоянных, временных, длительно действующих, а также двух и более кратковременных нагрузок, то такое сочетание называют особым сочетанием второй группы, для которого коэффициент сочетаний принимают равным 0,9. Когда максимальное усилие получается от действия всех постоянных, временных и особых нагрузок, то такое сочетание также называют особым, однако при этом коэффициент сочетаний принимается равным 0,8.

Кроме того в расчетах оснований и фундаментов могут быть использованы следующие коэффициенты:

г_м, г_g - соответственно коэффициенты надежности по материалу и грунту, которые учитывают отклонения расчетных значений характеристик физико-механичесих свойств материалов, допущенные в результате неточности определения и случайных отклонений при отборе образцов. В этом случае расчетное значение характеристик получают путем деления их нормативного значения на соответствующие значения коэффициента надежности;

г_n - коэффициент надежности по значению сооружения, который учитывает степень ответственности зданий и сооружения, а также недостаточное соответствие принятых расчетных схем реальным условиям работы оснований и фундаментов. Этот коэффициент обычно используют при определении расчетных сопротивлений материалов;

г_с - коэффициент условий работы, который учитывает особенности строительных свойств грунта, условия и характер работы оснований и фундаментов. Этот коэффициент тоже вводят при определении расчетных сопротивлений материалов.

Проектированию оснований и фундаментов должны предшествовать: изучение конструктивной и расчетной схем здания, оценка его жесткости и установление возможного характера и предельных значений деформаций.

В зависимости от чувствительности к осадкам оснований все здания сооружения условно подразделяются на три типа: гибкие, жесткие и относительно жесткие (конечной жесткости). Гибкие сооружения следуют за перемещением оснований, при этом в случае возникновения неравномерных осадок в конструкциях таких сооружений не возникает значительных дополнительных напряжений. К этой группе относят здания и сооружения с цельнометаллическим каркасом, гибкие днища резервуаров, сооружения со статически определимой схемой несущих конструкций (например, эстакады и галереи с разрезными пролетными строениями).

В жестких сооружениях при неравномерных осадках оснований в

конструкциях возникают дополнительные напряжения, которые благодаря значительному запасу прочности таких здании в большинстве случаев не опасны. К жестким сооружениям относятся: элеваторы, доменные печи, дымовые трубы, водонапорные башни, массивные мостовые опоры и т.д.

К относительно жестким сооружениям относят большинство объектов массового строительства: здания и сооружения с рамными и неразрезными железобетонными конструкциями, с несущими стенами и жесткими железобетонными перекрытиями, кирпичные, крупноблочные и крупнопанельные здания. В несущих конструкциях относительно жестких зданий при неравномерных осадках оснований возникают дополнительные напряжения, вызывающие их деформацию. Поэтому этот фактор необходимо учитывать при проектировании.

Здания и сооружения в зависимости от их жесткости и характера развития неравномерных осадок оснований могут получить следующие виды деформации: выгиб или прогиб, перекос и крен.

Выгиб и прогиб (рис. 4.1 а, б) проявляются в виде искривления здания. Такие деформации характерны для зданий, имеющих в плане прямоугольную форму и не обладающих большой жесткостью, например для зданий и сооружений гибких и относительно жестких.

Перекос (рис. 4.1 в, г) может возникать в конструкциях, когда соседние близко расположенные фундаменты получают существенные неравномерные осадки при сохранении относительно вертикального положения здания, сооружения. Такой вид деформации часто наблюдается в относительно жестких каркасных зданиях.

Крен (наклон) (рис. 4.1 д, е) - это поворот сооружения относительно вертикальной оси, который возникает в результате разности осадок крайних точек сплошных массивных фундаментов. Крен, как правило, характерен для жестких зданий и сооружений.

Общее деформированное состояние здания, сооружения и их фундаментов характеризуется следующими видами деформаций:

Общей осадкой жесткого здания, сооружения или отдельного фундамента, равной максимальной абсолютной осадке S какой-либо точки его подошвы.

Средней осадкой S основания здания, вычисляемой по абсолютным осадкам не менее трех фундаментов или трех точек сплошного фундамента.

Рисунок 4.1. Виды деформаций оснований зданий и сооружений:

а - изгиб; б - прогиб; в, г - перекос; д, е - крен.

Креном фундамента или сооружения i, определяемым как разность абсолютных осадок двух крайних точек сооружения или отдельного фундамента, отнесенная к расстоянию между ними.

Относительной неравномерностью осадок S зданий и сооружений, определяемой перекосом, относительным прогибом или выгибом. Перекос находится по максимальной разности двух соседних фундаментов, отнесенной к расстоянию между их осями. Относительный прогиб и выгиб определяется стрелой прогиба (выгиба), отнесенной к длине изгибаемого участка здания или сооружения.



Оценка инженерно-геологических условий строительной площадки

Одним из основных факторов, определяющих тип и размеры фундамента, являются инженерно-геологические условия строительной площадки. Правильность и экономичность выбранной конструкции фундамента, а также долговечность сооружения во многом зависят от точности определения физико-механических характеристик, мощности и вида грунтов.

Получение данных о грунтовых условиях строительства производится в процессе инженерно-геологических, топографо-геодезических и гидрогеологических изысканий.

Определение наименования грунтов основания.

Согласно СНиП II-15-74 полное наименование грунта устанавливается на основании физических характеристик грунта, которые делятся на исходные и производные.

К исходным характеристикам относятся:

а) гранулометрический состав грунта;

б) удельный вес, г_у [кн / м³];

в) объемный вес, г₀ [кн / м³];

г) весовая влажность, W₀ [%];

д) граница раскатывания(пластичности), W_р [%];

е) граница текучести, W_L [%];

ж) сведения о наличии других примесей в грунте.

К производным физическим характеристикам относятся:

а) пористость. Определяется по следующей по формуле:



б) степень влажности G (коэффициент водонасыщенности грунта, J_в) - отношение природной влажности грунта к его полной влажности, соответствующей полному заполнению грунта водой. Определяется по следующей по формуле:

, где г_w - уд. вес воды.

в) число пластичности J_P [%] J_P=0,01(W_L-W_P)

г) коэффициент консистенции J_L=(W₀-W_P)/ (W_L-W_P);

д) коэффициент пористости на границе текучести e_m. Определяется по формуле:

е) коэффициент П, характеризующий просадочные свойства грунта.

П=(e_m-e)/(1+e).

ж) коэффициент неоднородности грунта U=d60/d10. Где d60 и d10 - диаметр частиц, которых в грунте содержится 60% и 10% соответственно.

Общие принципы проектирования оснований и фундаментов

При расчете оснований и фундаментов необходимо помнить о том, что они входят в единую систему основание-фундамент-сооружение. Взаимное влияние элементов этой системы очевидно. Инженерно-геологические условия строительной площадки и конструктивные особенности сооружения влияют на выбор типа и конструкции фундамента.

Закономерность распределения давления под подошвой фундамента зависит от соотношения жесткостей фундамента и основания, формы фундамента в плане. Деформационные свойства грунтов основания оказывают определенное влияние на распределение усилий в конструктивных элементах сооружения.

Однако одновременный учет системы основание-фундамент-сооружение связан с определенными трудностями, которые обусловлены взаимной зависимостью обобщенных параметров элементов системы: например, жесткость сооружения зависит от деформируемости основания - сильно деформируемое основание предполагает конструкцию, приспособленную к неравномерным значительным осадкам; в свою очередь распределение осадок обусловлено жесткостью сооружения. Не зная величин осадок, мы не можем соответствующим образом распределить жесткость между различными конструктивными элементами сооружения; не зная жесткости сооружения, мы не можем определить осадки системы как единого целого. Фундаменты проектируют исходя из нагрузки, передаваемой надземными конструкциями в основном (за исключением гибких фундаментов) без непосредственного учета совместной работы элементов системы основание - фундамент - сооружение.

В расчете основание - один из элементов системы - представляется расчетной механической моделью, которая, опуская несущественное, не основное, отражает основные механические свойства составляющих его грунтов.

Расчет фундаментов для заданных сечений

Расчет фундаментов мелкого заложения

1. Выбор глубины заложения фундамента.

Глубина заложения фундамента h - расстояние от спланированной поверхности, до подошвы фундамента зависит:

1. от расчетной глубины промерзания грунтов в зимний период и уровня грунтовых вод. Расчетная глубина промерзания Н определяется по формуле:

Н= Н^нm_i

где, m_i - коэффициент влияние теплового режима на промерзание грунтов (табл. 14 СНиП П-15-74);

Н^н - нормативная глубина промерзания - определяется по п. 3.31 СНиПа П-15-74 в зависимости от района строительства.

Определяем Н = 2,5 х 0,8 = 2 метра.

m_i - 0,8 (для зданий с утепленным цокольным перекрытием и среднесуточной температурой воздуха в помещении 15 ^ОС).

Н^н - 2,5 метра.

При известном значении Н, характере напластования грунтов глубина заложения фундамента h назначается в соответствии с положениями таблицы 15 СНиП П-15-74. Согласно таблице 6 настоящего курсового проекта, грунтами под подошвой фундамента будут являться песчаные и глинистые грунты ( с коэффициентом консистенции > 0.25). Опираясь на эти данные, а так же на положения таблицы 15 СНиП П-15-74, принимаем глубину заложения фундамента h = 2.2 метра.

2. Определение размеров подошвы фундамента.

Размеры подошвы фундаментов для колонн определяются по формуле:



где, P_ср - среднее давление под подошвой фундамента (фактическое)

Р_ср = N/F + h_ср + г_ср. F = b²

- площадь подошвы, h_ср - средняя высота грунта находящегося на уступах, г_ср. - удельный вес грунта (2000кг/м³)

R - расчетное давление на основание. Определяется:

где, m₁ и m₂ коэффициент условий работы грунтового основания и коэффициент условий работы здания или сооружения во взаимодействии с основанием. (п. 3.51 СНиП П-15-74).

k_н - коэффициент надежности (п. 3.52 СНиП П-15-74).

A, B и D - коэффициенты, принимаемые по таблице 16 СНиП П-15-74, в зависимости от расчетного значения угла внутреннего трения ц. (имеется в исходных данных).

h - глубина заложения фундамента,

г'_II - осредненное расчетное значение объемного веса грунта, залегающего выше отметки заложения фундамента,

г_II - то же, но с залегающего ниже подошвы фундамента.

С_II - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента.

h₀ - глубина до пола подвала, при отсутствии подвала принимается = 0.

При подборе ширины подошвы необходимо учитывать главное условие прочности - P_ср ? R. Расчет выполняется методом последовательных приближений так как, R=f(b); P=f(b).



Расчет фундамента по 2-му предельному состояниюю

В процессе возведения или эксплуатации сооружения, вследствие недопустимых деформации или местных повреждений основания, часто возникает такое состояние сооружения, при котором оно теряет несущую способность или перестает удовлетворять своему назначению.

Расчет оснований промышленно-гражданских зданий сооружений по 2-му предельному состоянию - расчет по деформациям - сводится к выполнению условия S?S_пр. определяется по таблице 18 СНиП П-15-74.

Различают абсолютную и среднюю осадку сооружения или конструкции. Абсолютная осадка S_абс характеризуется полной величиной осадки какой - либо точки подошвы сооружения или отдельных фундаментов. Относительная осадка S_отн. вычисляется по величинам абсолютных осадок S_абс нескольких фундаментов (не менее 3-х):

Необходимые для вычисления осадки фундамента данные:

Глубина заложения и размеры подошвы фундамента

Сведения о грунтах и их напластованиях

Среднее давление под подошвой фундамента

Данные компрессионных испытаний грунтов.

Определение абсолютной осадки фундамента в сечении 2-2 методом послойного суммирования

Согласно СНиП П-15-74 осадка определяется методом послойного суммирования, основные предпосылки которого следующие:

1) Принимается, что осадка происходит за счет дополнительного давления Р₀ = Р_ср - Р_пр^1-1

2) Выполняется главное условие прочности P_ср ? R

3) Осадка фундамента происходит за счет деформации грунта в пределах некой толщи ограниченной мощности, расположенной под подошвой фундамента. Этот слой называется сжимаемой толщей. Нижняя граница сжимаемой толщи соответствует уровню, на котором выполняется условие P_z ? 0,2 Р_ср

4) Осадка происходит только за счет осевых напряжений P_z

5) Боковое расширение грунта отсутствует, следовательно, при определении осадки фундамента можно пользоваться решением задачи об уплотнении грунтов под воздействием сплошной равномерно распределенной нагрузки.

Конструктивные мероприятия

Устройство гидроизоляции

Для предотвращения проникновения влаги внутрь здания, а также для обеспечения нормальной эксплуатации конструкций здания, соприкасающихся с водонасыщенным грунтом, устраивается гидроизоляция. Различают проникновение воды за счет капиллярного поднятия (КП) и за счет гидростатического напора (ГН).

Гидроизоляция может быть жесткой и пластичной.

Для устройства жесткой гидроизоляции применяется цементно-песчаный раствор, который наносится на изолируемую поверхность в виде слоя толщиной 20-30 мм. Жесткая гидроизоляция не наносится до окончания возведения здания или сооружения.

Пластичная гидроизоляция бывает обмазочная и оклеечная.

При устройстве обмазочной гидроизоляции битум, разогретый до температуры свыше 100°С или растворенный в бензоле, наносится на изолируемую поверхность слоем в два приема (по 1,5-2 мм каждый).

Оклеечная гидроизоляция выполняется из гибких рулонных кровельных материалов - рубероида, толя, и т.п., приклеиваемых горячими мастиками.

Для борьбы с грунтовой сыростью и водопроницаемостью фундаментов принимаются, кроме того, следующие меры:

1. Отвод поверхностных вод путем устройства отмостки. Отмостка выполняется шириной не менее 1 м и с уклоном 0,02 + 0,05 от здания.

2. устройство дренажа, т.е. системы закрытых каналов - дрен-осушителей, укладываемых около здания для перехвата грунтовой воды и понижения её уровня (дрены прокладывается на 0,5 м ниже уровня пола подвала и применяются при уровне грунтовых вод выше пола подвала; в качестве дрен применяются гончарные трубы 10-20 см с отверстиями, деревянные трубы из трех досок, фашины - связки хвороста, крупный булыжник и т.д.).

Осадочные швы

Осадочные швы предусматриваются в следующих случаях:

а) при значительном различии несущей способности и деформативности грунтов основания в пределах длины здания (применение различных типов фундаментов);

б) при различной этажности отдельных частей здания;

в) при различной глубине заложения фундаментов отдельных частей здания.

Железобетонные пояса

Для обеспечения совместной работы сборных элементов ленточных фундаментов на сильнодеформируемых грунтах устраиваются обвязочные железобетонные пояса и армированные пояса и армированные швы.

Марка раствора для кладки сборных фундаментов назначается в зависимости от степени долговечности сооружения, характеризуемой сроком службы и в зависимости от влажности грунта.

В частности, для зданий II степени долговечности (срок службы 50 лет) в несейсмических районах применяются следующие растворы:

а) при маловлажном грунте - цементно-глиняный раствор М 10;

б) при влажном грунте - цементно-глиняный раствор М 25;

в) при грунтах, насыщенных водой - цементный раствор М 50.

В сейсмических районах во всех указанных случаях применяется цементный раствор М 50.

Расчетная часть. Оценка инженерно-геологических условий строительной площадки

Оценить инженерно-геологические условия строительной площадки № 1 (рис. 1.1), данные о грунтах которой приведены в таблице 1

Рисунок 1.1. Геологический разрез по данным визуальных определений

Данные лабораторного исследования грунтов

Таблица 1

№ образца	№ скважины	Глубина отбора образца	Содержание, % частиц размером, мм
			102	20,50	0,500,25	0,250,10	0,100,05	0,050,01	0,010,005	<0,005
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
1	1	1,5	1,0	16,0	32,0	29,0	23,0	6	9	3
2	2	4,0	2,0	4	10,9	40	23	8	10	1,6
3	3	6,0	3,0	25	27	20	8	8	3	1
WL	Wр	s кН/м3	кН/м3	W0	Кф см/с	mv МПа-1	E0 МПа	С кПа	Ц град
12	13	14	15	16	17	18	19	20	21
0	0	2,64	1,94	0,265	710-3	-	-	10,0	14
0,416	0,275	2,55	1,85	0,237	2,710-7	-	-	20,0	29
0,270	0,200	2,66	1,92	0,200	1,110-5	-	-	17,0	17

Решение. Определяем вид грунтов, оцениваем состояние и свойства отдельных слоев, затем общую оценку грунтовых условий площадки № Й.

1. Первый слой грунта (образец № Й.) СКВ. № Й. Глубина отбора образца 1,5м. поскольку по данным лабораторных исследований W_p =0; W_т =0, то грунт песчаный.

Вид песчаного грунта устанавливаем по гранулометрическому составу; масса частиц крупнее 0,1мм менее 75%, что по ГОСТ 25100-95. «Грунты. Классификация» соответствует пылеватому песку.

Плотность сухого грунта:

= = = 2,533

Коэффициент пористости:

е = = =0,042;

что соответствует плотному песчаному грунту.

Степень влажности:

S_{r = = = 0,943,}

что соответствует песку, насыщенному водой.

Окончательно устанавливаем: грунт-песок пылеватый, плотный, насыщенный водой и может служить естественным основанием.

2. Второй слой грунта (образец № 2), скв. № 1, глубина отбора образца 4м. Определяем число пластичности

J_{p =} W_L - W_p = 0,416 - 0,275=0,141;

По ГОСТ 25100-95 классифицируем грунт как супесь.

Коэффициент пористости:

е =( )-1 = = 0,585

Показатель консистенции:

J_L = =0.5

Следовательно грунт находится в мягкопластичном состоянии.

Окончательно устанавливаем: грунт - супесь в мягкопластичном состоянии. Этот слой грунта является недоуплотненным (е = 0,97), поэтому не может служить естественным основанием.

3. Третий слой грунта (образец №3) скв. № 1, глубина отбора образца 6,0м. Поскольку число пластичности J_p = 0, то грунт сыпучий.

По гранулометрическому составу определяем ,что грунт - песок мелкий, так как частиц > 0,1мм содержится более 75%.

Коэффициент пористости:

е =( )-1 = = 0.593,

что соответствует плотному песку.

Степень влажности:

S_r = = 1.054,

что соответствует насыщенному водой состоянию.

Окончательно устанавливаем: грунт - песок мелкий, плотный, водонасыщенный и может служить естественным основанием.

Общая оценка строительной площадки №1: согласно геологическому разрезу, площадка (рис.1.1) характеризуется спокойным рельефом с абсолютными отметками 4,60 - 8,60. Грунт имеет слоистое напластование с выдержанным залеганием слоев. 1, 2 и 3 слои могут служить естественным основанием.

Выбор глубины заложения фундамента

Определить глубину заложения подошвы фундаментов наружных стен производственного здания в г.Санкт-Петербурге с полами на грунте для следующих условий: несущий слой основания - песок пылеватый, грунтовые воды в период промерзания на глубине d_w =1,41м от поверхности планировки, вынос фундамента от наружной плоскости стены 1м, температура воздуха в помещении примыкающей к наружным фундаментам 15⁰ С.

Решение.

Нормативную глубину сезонного промерзания грунта d_fn, 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



(2)

где M_t - безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму 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;

M_t =20,4+22,4+19,6=62,4

d₀ - величина, принимаемая равной, м, для:

суглинков и глин - 0,23;

супесей, песков мелких и пылеватых - 0,28;

песков гравелистых, крупных и средней крупности - 0,30;

крупнообломочных грунтов - 0,34.

=0,287,899=2,212;

Значение d₀ для грунтов неоднородного сложения определяется как средневзвешенное в пределах глубины промерзания. Расчетная глубина сезонного промерзания грунта d_f, м, определяется по формуле

По карте нормативных глубин промерзания для города Санкт-Петербург с коэффициентом 1,1:

d _{f n} = 1,1·2,212 = 2,332м.

Тогда расчетная глубина промерзания будет равна

d_f =0,6·2,332 =1,399м, где К_h =0,6; коэффициент, учитывающий тепловой режим здания, принимаемый по таблице 1 /8/.

Для случая когда d_w < (d_f + 2), то есть 1,41м(1,399+2)=3,399м при залегании в основании пылеватого песка по таблице 2 /8/, глубина заложения фундамента должна быть «не менее d_f ».

Таким образом, при близком расположении УПВ к фронту промерзания пылеватый песок может испытывать морозное пучение. Поэтому глубина заложения фундамента d должна быть не менее расчетной глубины промерзания грунта.

Окончательно назначаем d = d_f = 1,4м.

Определение размеров подошвы фундамента одновременно с расчетным сопротивлением грунта основания

Определить ширину подошвы монолитного ленточного фундамента под стену и расчетное сопротивление грунта основания R, если дано: d =1.4м, d_в = 0 (подвала нет), здание с жесткой конструктивной схемой, а отношение его длины к высоте L/H = 4, N_{о ЙЙ} = 400 кН/м, в основании грунт, обладающий характеристиками: ц_ЙЙ = 30⁰ , С_ЙЙ = 4 кПа, г_ЙЙ = г = 18,5 кН/м³ , г_m = 20 кН/м³ (среднее значение удельного веса материала фундамента с грунтом на его обрезах).

Решение. Примем первое приближение R ? R₀ , по таблице 1 приложения 3 /8/ СНиП 2.02.01-83 R₀ = 150 кПа. Тогда ширина подошвы ленточного фундамента:

в = в₁ = N_оЙЙ / (R₀ -г_m d) = 400 / (150 - 20 1,4) = 3,278м. (3.1)

При в = в₁ = 3,278м; d_в = 0 найдем расчетное сопротивление грунта основания



R=) =

=(1,15=298,59 кПа;

где - коэффициенты условий работы, принимаемые по табл.3 /8/ СНиП 2.02.01-83;

К - коэффициент, принимаемый равным: К=1, так как прочностные характеристики грунта (ц и С) определены опытным путем;

, и М_с - коэффициент, принимаемый по табл.4 /6/ СНиП 2.02.01-83 в зависимости от ц_ЙЙ = 30⁰ ;

К_z -коэффициент, принимаемый равным: К_z = 1 при в < 10м; при b 10 м - k_z = z₀/b + 0,2 (здесь z₀ = 8 м);

в - ширина подошвы фундамента, м;

- удельный вес грунта основания, кН/м³ ;

- удельный вес грунта, залегающего выше подошвы фундамента, кН/м³;

с_II - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа (тс/м²);

d₁= d - для бесподвальных зданий, м.

где h_s - толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м;

h_cf - толщина конструкции пола подвала, м;

_cf - расчетное значение удельного веса конструкции пола подвала, кН/м³ (тс/м³);

d_b - глубина подвала - расстояние от уровня планировки до пола подвала, м (для сооружений с подвалом шириной B 20 м и глубиной свыше 2 м принимается d_b = 2 м, при ширине подвала B 20 м - d_b = 0).

Примечания: 1. Формулу (3.2) допускается применять при любой форме фундаментов в плане. Если подошва фундамента имеет форму круга или правильного многоугольника площадью А, принимается в=vА

Определим среднее давление по подошве фундамента:

Р_ЙЙ = (N_oЙЙ / в ^. l ) + г_{ср ЙЙ} ^. d = (400 / 3,278 ^.1,0) + 20 ^.1,4 = 150,025 кПа.

Так как Р_ЙЙ = 150,025 кПа << R = 298,59 кПа, то основание недогружено. Примем в = в₂ =1,8м. Тогда

R = (1,15^. 1^. 1,8 ^.18,5 + 5,59^. 1,3 ^.18,5 + 1,95 ^.4) =225,7кПа;

Р_ЙЙ = 400/1,8 ^.10+20 ^.1,4 = 225,022 кПа

Условие Р_ЙЙ ? R выполняется, расхождение менее 5%. Окончательную ширину подошвы ленточного фундамента принимаем: в =1,8 м.

Расчет свайного фундамента

Решение. Расчет производим под несущую наружную стену жилого здания. Планировочная отметка - 0,6 м. Отметка пола подвала - 2,30 м. N_oЙЙ = 354 кН. N_ф =475 кН. Отношение длины здания L = 56 м к его высоте Н=20 м составляет L/H=1,4. Проектируем свайный фундамент с железобетонными забивными сваями. Инженерно-геологические условия показаны на рисунке 4.1.



Рисунок 4.1. Инженерно-геологические условия площадки и план расположения свай

Для определения глубины заложения ростверка конструктивно назначаем его толщину 50 см, а т. к. здание имеет подвал, глубину заложения ростверка свайного фундамента принимаем 1,7м. Принимаем железобетонную сваю; длину сваи устанавливаем по грунтовым условиям 6м, длина острия 0,25м.

Определяем несущую способность сваи F_d

F_d = г_c (г_cr R А+ u? г_cf f_i h_i);

где R - расчетное сопротивление грунта, под нижним концом сваи; (см. СНиП 2.02.01-83)

A - площадь поперечного сечения сваи;

u - наружный периметр сваи; u=0,3· 4=1,2 м;

f_i - сопротивление i-гo слоя;

f₁ = 3 кПа;

f₂ = 9 кПа;

f₃ = 11 кПа.

г_c , г_cr и г_cf - коэффициенты условий работы грунта;

г_c = г_cr = г_cf = 1(таб. 3 СНиП 2.02.01-83);

h_i- толщина i-го слоя;

Принимаем железобетонную сваю квадратного сечения размером 300х300 мм

F_d = 1 [1 150 0,09+1_,2 (3,9 1 8+19 2 5+21 1 7 ) = 382 кН

Расчетная нагрузка Р вычисляется по формуле: Р= F_d/ г_к= 382/1,4 = 273 кН, где г_к=1,4 - коэффициент надежности.

Определим количество свай на 1м фундамента

n=N_ф/Р

n =475/273 = 1,74 св/м

где N_оi=1,2 N_оii =1,2 354=424 кH

N_ф = 424+51=475 кН

Определим расстояние между сваями d_P=l/l,74=0,56 м,

т.к. n<2 и l,5d <0.56 <3d , принимаем двухрядное шахматное расположение свай, расстояние между рядами равно:

с_Р = (3d)2 -(d_p)2= v(3 0,3) 2 - 0,56 2 = 0,7 м

Ширина ростверка принимается по формуле:



b = d+c_P +0,2 = 0,3+ 0,7+0,2 = 1,2 м,

Принимаем ширину ростверка равным 1,2 м.

Определим нагрузку приходящуюся на 1 сваю.

N_cb= N_оi + G_с / n =424-298/1,74 = 252,7кН

Нагрузку сравним с её расчетной допускаемой величиной

N_cb=252,7<273 кН - условие выполняется.

Проверяем давление на грунт под подошвой условного фундамента.

Для определения размера условного фундамента вычислим

б_m=1/4((₁1₁ + ₂1₂ + ₃1₃ )/ ?1_i)=l/4( (15 1,8+32 2,5+12 1,7)/(1,8+2,5+1,7))= 5,31

Определим условную ширину фундамента:

В_усл= 0,3+2 5,9 0,11+0,7=2,3 м

Тогда площадь подошвы условного фундамента равна:

А_усл = 1 В_усл = 2,3 1=2,3 м²

Объём условного фундамента равен:

V_усл = А_усл L_усл=2,3 6 = 13,8 м³

Объём ростверка и подземной части стены:

V_P = 1,2 1 0,5+0,3 1 0,4 = 0,72 м³;

Объём сваи на 1 м условного фундамента равен:

V_cb = 1,74 0,09 5,9 = 0,92 м³;

Объём грунта на 1 м условного фундамента равен:



V_гр = V_усл - V_P - V_cb= 13,8 - 0,72 - 0,92 =12,2 м³;

Вес условного фундамента:

G_гp = 12,2 18 = 219,6 кН.

Вес сваи на 1м стены:

G_cb = 0,92 25 = 23 кН.

Вес ростверка равен:

G_p = 0,72 24 =17,3 кН.

Тогда давление по подошве условного фундамента равно:

р =(354+219,6+23+17,3)/2,3 = 266,9 кН/м².

Рисунок 4.2. Проверка давления на грунт в плоскости нижнего конца сваи

Вычислим R для тугопластичной глины, расположенной под подошвой условного фундамента:

г_с1 = 1,2 - коэффициент условия работы; г_с2 = 1 - коэффициент условия работы здания; к = 1 - коэффициент надежности.

Прочностные характеристики глины С_II = 13 кПа; _II = 12. Удельный вес глины определяется по формуле: г = 27/1+0,18 = 22,8 кН/м³.

Находим осредненное значение удельного веса грунта для объёма условного фундамента

г_ср=19,5 1,8+19,4·2,5+18,2 17/1,8+2,5+17= 18,4 кН/м³,

d_в=6,4+0,2 22/18,4=6,6 м

По таблице для значения _II = 12 , находим коэффициенты: M_q = 0,23; М_g = 1,94; М_c= 4,42;

Тогда расчетное сопротивление:

R = 1,2 1/1(0,23 1 8,5 2,3+1,94 6,6 18,4+(1,94-1) 2 18,4+4,42 13) =400кН/м².

Среднее давление по подошве равно:

Р = 266,9 кПа R =400 кПа - условие выполняется при расчете свайного фундамента по второй группе предельных состояний.

Выбор рационального типа фундамента

вариант - фундамент ленточный, монолитный b = 2,8м;

вариант - фундамент ленточный, сборный b = 2,8м;

вариант - фундамент свайный, из забивных железобетонных свай
сечением 3030 и длиной 6 м.

Решение. Выбор производится на основе сравнения ТЭП основных видов работ, выполняемых при возведении фундамента на участке стены длиной 1м.

ТЭП вариантов фундаментов



Таблица 2

№	Наименование работ	Ед. изм.	Вариант	Объем	Стоимость, тг	Трудоёмкость, ч/дн
					Ед.	Всего	Ед.	Всего
1	Разработка грунта	м3	1 2 3	5,32 5,32 1,16	892,52 892,52 892,52	4748,1 4748,1 1035,32	0,26 0,26 0,26	1,38 1,38 0,30
2	Устройство подготовки под фундаменты	м3	1 2 3	0,43 0,43 -	2438 2438 -	1048,3 1048,3 -	0,13 0,13 -	0,06 0,06 -
3	Устройство монолитного железобетонного фундамента	м3	1 2 3	0,84 - 0,6	6000 - 6000	5040 - 3600	0,38 - 0,38	0,32 - 0,23
4	Устройство сборных фундаментов	м3	1 2 3	- 0,84 -	- 9858 -	- 8280,7 -	- 0,42 -	- 0,35 -
5	Погружение железобетонной сваи	шт	1 2 3	- - 1,08	- - 18740	- - 20240	- - 0,98	- - 1,06
6	Гидроизоляция	м2	1 2 3	6,4 6,4 5,6	127 127 127	814,1 814,1 712,32	0,047 0,047 0,047	0,3 0,3 0,26
	Итого:		1 2 3			11650,5 14891,2 29300,5		4,21 4,90 4,59

Анализ ТЭП показал, что наиболее выгодным является вариант ленточного монолитного фундамента. Но так как сборный фундамент по материальным и трудовым затратам отличается незначительно и является более индустриальным, то выбираем второй вариант.



Заключение

В данном курсовом проекте рассматривается два фундамента: столбчатый на естественном основании и ленточный свайный.

При проектировании столбчатого фундамента на естественном основании, проанализировав физико-механические свойства грунтов и построив геолого-литологического разрез по линии 1-3 скважин, определили, что после подготовительных работ производят планировку строительной площадки бульдозером с поворотным отвалом. По контуру котлована выполняем приямки для сбора и удаления атмосферных осадков с помощью насосов. Последующий монтаж строительных конструкций, таких как фундаменты, колонны, ограждающие конструкции, стропильные фермы и плиты покрытия выполняются бригадами монтажников с использованием монтажных кранов с телескопической стрелой на пневмоколесном ходу. Обратную подсыпку выполняют бульдозерами и последующую уплотнение грунта вибро-площадкой.

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



Список используемой литературы

Основная литература

Веселов В.А Проектирование оснований и фундаментов. - М.: Стройиздат, 1990. - 304 с.

Далматов Б.И., Бронин В.Н., Карлов В.Д. и др. Основания и фундаменты. Ч. 2 Основы геотехники.- М.: АВС, 2002.- 392 с.

Далматов Б.И., Бронин В.Н., Голли А.В. и др. Проектирование фундаментов зданий и подземных сооружений.- М.: АВС, 2001.

Ухов С.Б., Семенов В.В., Знаменский В.В. и др. Механика грунтов, основания и фундаменты.- М.: Высшая школа, 2002.- 566 с.

5. СНиП РК 1.02-18-2004 Инженерные изыскания для строительства. Основные положения

6. СНиП РК 5.01- 01 2002 Основания зданий и сооружений

7. СНиП РК 5.01 - 03 2002 Свайные фундаменты

8. СНиП 2.02.05-87 Фундаменты машин с динамическими нагрузками

9. СНиП 2.02.07-85 Нагрузки и воздействия

10. ГОСТ 25100-95 Грунты. Классификация

Дополнительная литература:

1. Бакенов Б.Б, Бойко Н.В., Джумашев У.Р. Основания и фундаменты на засоленных грунтах.- М.: Стройиздат, 1988.- 136 с.

2. Веселов В.А. Проектирование оснований и фундаментов.- М.: Стройиздат, 1990. -415 с.

3. Жусупбеков А.Ж. Строительные свойства оснований фундаментов, сооружений на подрабатываемых территориях. - Алматы: ?ылым, 1994. - 162 с.

4. СНиП 3.02.01-87 Земляные сооружения, основания и фундаменты. -М.: СТройиздат, 1988.

Размещено на Allbest.ru

...