Проектирование фундаментов административного здания

Размещено на http://www.allbest.ru

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

«Брестский государственный технический университет»

Кафедра геотехники и транспортных коммуникаций

Пояснительная записка

к курсовому проекту по дисциплине

«Механика грунтов, оснований и фундаменты»

на тему «Проектирование фундаментов административного здания»

Выполнил: студент 4 курса

заочного факультета

группы П211, Бурдули Н.Б.

шифр 1221106

Проверила: Демина Г.П.

Брест 2016

Размещено на http://www.allbest.ru

Содержание

• ВВЕДЕНИЕ
• 1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
• 2. АНАЛИЗ ГРУНТОВЫХ УСЛОВИЙ ПЛОЩАДКИ СТРОИТЕЛЬСТВА
• 2.1 Определение физико-механических характеристик грунта
• 2.2 Построение инженерно-геологического разреза
• 3. РАСЧЕТ ФУНДАМЕНТОВ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ
• 3.1 Расчет сечения 1-1
• 3.1.1 Назначение глубины заложения фундамента
• 3.1.2 Определение размеров фундамента в плане
• 3.1.3 Определение осадки фундамента методом послойного суммирования
• 3.1.4 Расчёт изменения осадок во времени
• 3.1.5 Армирование фундамента
• 3.2 Расчет сечения 4-4
• 3.2.1 Назначение глубины заложения фундамента
• 3.2.2 Определение размеров фундамента в плане
• 3.2.3 Определение осадки фундамента методом послойного суммирования
• 3.2.4 Расчёт изменения осадок во времени
• 3.2.5 Армирование фундамента
• 3.3 Технология производства работ по устройству на естественном основании
• 4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ
• 4.1 Расчет сечения 1-1
• 4.1.1 Определение глубины заложения ростверка
• 4.1.2 Определение марки свай
• 4.1.3 Определение несущей способности свай и расчетной нагрузки
• 4.1.4 Расчетная нагрузка на сваи
• 4.1.5 Расчет и конструирование свайного фундамента
• 4.1.6 Проверка прочности куста свай
• 4.1.7. Расчёт изменения осадок во времени
• 4.1.8 Выбор сваебойного оборудования и определение отказа сваи
• 4.1.9 Армирование фундамента
• 4.2 Расчет сечения 4-4
• 4.2.1 Определение глубины заложения ростверка
• 4.2.2 Определение марки свай
• 4.2.3 Определение несущей способности свай и расчетной нагрузки
• 4.2.4 Расчетная нагрузка на сваи
• 4.2.5 Расчет и конструирование свайного фундамента
• 4.2.6 Проверка прочности куста свай
• 4.2.7 Расчёт изменения осадок во времени
• 4.2.8 Выбор сваебойного оборудования и определение отказа сваи
• 4.2.9 Армирование фундамента
• 4.3 Технология производства работ по устройству свайных фундаментов
• 5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ СРАВНЕНИЕ ВАРИАНТОВ
• ЛИТЕРАТУРА


ВВЕДЕНИЕ

Целью курсового проекта по дисциплине «Механика грунтов, оснований и фундаментов» является изучение вопросов проектирования, устройства фундаментов и их оснований для различных сооружений, возводимых в разнообразных геологических условиях. От правильно выбранного основания и конструкции фундамента, а также от правильного их устройства во многом зависит нормальная эксплуатация зданий и сооружений.

Проектирование зданий и сооружений заключается в выборе основания, типа, конструкции и основных размеров фундамента и в совместном расчёте оснований и фундаментов как одной из частей сооружения.

Основания, фундаменты и надземная конструкция неразрывно связаны между собой, взаимно влияют друг на друга и должны рассматриваться как единая система. Деформации и устойчивость грунтов основания зависят от особенностей приложения нагрузок, от размеров и конструкции фундамента и всего сооружения.

Для успешного усвоения курса необходимо знать следующие дисциплины: инженерную геологию, механику грунтов, сопротивление материалов, строительную механику, теорию упругости, пластичности и ползучести, строительные конструкции, технологию и организацию строительного производства, технику безопасности и экономику строительства.

Основания, фундаменты и надземная конструкция неразрывно связаны между собой, взаимно влияют друг на друга и должны рассматриваться как единая система. Деформации и устойчивость грунтов основания зависят от особенностей приложения нагрузок, от размеров и конструкции фундамента и всего сооружения. строительство фундамент грунтовой свая

Для успешного усвоения курса необходимо знать следующие дисциплины: инженерную геологию, механику грунтов, сопротивление материалов, строительную механику, теорию упругости, пластичности и ползучести, строительные конструкции, технологию и организацию строительного производства, технику безопасности и экономику строительства.

Деформации грунтов оснований зависят от приложенной нагрузки, размеров и конструктивных особенностей фундаментов, а также от типа самого сооружения и специфики его конструктивной схемы.

Работа грунтов, слагающих основание, под действием нагрузок от веса здания и сооружений имеют некоторую специфику, в частности их прочность в сотни раз меньше, а деформативность в тысячи раз больше прочности и деформативности материалов, из которых возводят здания и сооружения. Результатом неправильной оценки физико-механических свойств оснований обычно являются неравномерные осадки фундаментов здания, а при достижении значительных величин - привести к полному разрушению.

Важным фактором является и выбор способа производства работ при устройстве оснований и фундаментов. Неправильное производство работ в некоторых случаях приводят к нарушению природной структуры грунтов, что сказывается на снижении их прочностных свойств и деформативности.



1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Район строительства - г. Орёл;

Инженерно-геологические условия строительной площадки №8;

План и разрез здания по схеме №6;

СХЕМА 6. АДМИНИСТРАТИВНОЕ ЗДАНИЕ. Здание каркасного типа. Основой здания является каркас в осях АчВ, железобетонные стойки сечением 60,0Ч40,0 см, в нижней части защемлены в фундаменте. К основному зданию примыкает вспомогательный корпус, выполненный по бескаркасной схеме. Наружные стены вспомогательного корпуса выполнены из керамического кирпича, толщиной 510 мм.

Расчётные сечения и действующие в них нагрузки принимаем по заданию.

Таблица 1.1 Результаты определения физических характеристик грунтов

Строй площадка	№ скважины	Глубина отбора, м	Гранулометрический состав,	Плотность частиц, г/см3 s	Плотность, г/см3	Влажность, % W	Граница текучести, WL , %	Граница раскатывания, WP , %	Коэффициент фильтрации kf, см/сек
			>2	2-0.5	0.5- -0.25	0.25- -0.1	<0.1
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
8									1,45
	1	2	1	1	1,5	1,5	95	2,66	1,85	25	25	20	12x10-6
	1	6	-	0,5	1,5	2,5	96	2,67	1,82	25	29	18	83x10-8
	2	9	-	0,5	0,5	1,0	98	2,72	1,96	31	48	28	35x10-9
	2	12	-	-	0,5	1,5	98	2,74	2	28	50	26	22x10-9



Таблица 1.2. Таблица расчётных сечений и действующих на них нагрузок

№ схемы	Наименование здания	Расчетное сечение	NII,	МII, кН·м	QII, кН
1	2	3	4	5	6
6	Административное здание	1-1	1617,2 кН	83,6	24,5
		4-4	326,5 кН/м.п.	-	-

Схема 6 - Административное здание

Подвал в осях В/Г и 1/10

Строительная площадка №8



2. АНАЛИЗ ГРУНТОВЫХ УСЛОВИЙ ПЛОЩАДКИ СТРОИТЕЛЬСТВА

При проектировании оснований под фундаменты зданий или сооружений по данным инженерно-геологических исследований необходимо оценить свойства грунтов строительной площадки с целью выбора несущего слоя грунта.

2.1 Определение физико-механических характеристик грунта

В таблице у всех слоев грунта присутствует влажность на границе текучести и раскатывания это означает, что грунт пылевато-глинистый. Для определения наименования пылевато-глинистого грунта требуется знать число пластичности и показатель текучести.

Вид пылевато-глинистого грунта определяют по числу пластичности, табл. Б.2.

, % (2.1)

где W_L - влажность на границе текучести, % (принимаем по табл.1.1);

W_p - влажность на границе раскатывания, % (принимаем по табл.1.1).

Затем для каждого вида грунта необходимо подсчитать следующие производные характеристики:

- плотность грунта в сухом состоянии

, т/м³ (2.2)

где - плотность грунта, т/м³ (принимаем по табл.1.1);

w - природная влажность, % (принимаем по табл.1.1) .

- коэффициент пористости грунта

, (2.3)

где _s - плотность частиц грунта, т/м³ (принимаем по табл.1.1).

Для пылевато-глинистых грунтов определяют показатель текучести

. (2.4)

В зависимости от показателя текучести супеси подразделяются на твердые, пластичные, текучие, а суглинки и глины - на твердые, полутвердые, тугопластичные, мягкопластичные, текучепластичные и текучие (табл. Б.5[1]). Пылевато-глинистые грунты показателем текучести I_L > 0,75 в качестве естественных оснований, как правило, не используются.

После определения классификационных характеристик пылевато-глинистых грунтов дается заключение по каждому слою геологического разреза (полное наименование грунта) и определяются механические характеристики грунта.

Рассмотрим слои в порядке их залегания:

Скважина №1. Слой 2: глубина отбора 2 м

- число пластичности по формуле 2.1:

(супесь - табл.Б.2[1])

- плотность грунта в сухом состоянии по формуле 2.2:

коэффициент пористости грунта по формуле 2.3:

показатель текучести по формуле 2.4:

Слой 3: глубина отбора 6 м

- число пластичности по формуле 2.1:

(суглинок - табл.Б.2 [1])

- плотность грунта в сухом состоянии по формуле 2.2:

- коэффициент пористости грунта по формуле 2.3:

- показатель текучести по формуле 2.4:

Определим нормативные значения механических характеристик грунта:

- удельное сцепление С_n = 16,8 кПа (табл. Б.9[1])

- угол внутреннего трения ?_n = 16,4° (табл. Б.9[1])

- модуль деформации Е₀ = 8,8 МПа (табл. Б.9[1])

- условное расчетное сопротивление R₀ = 181,6 кПа (табл. Б.11[1])

Скважина 2. Слой 4: глубина отбора 9 м

- число пластичности по формуле 2.1:

(глина - табл.Б.2[1])

- плотность грунта в сухом состоянии по формуле 2.2:

- коэффициент пористости грунта по формуле 2.3:

- показатель текучести по формуле 2.4:

Определим нормативные значения механических характеристик грунта:

- удельное сцепление С_n = 49,8 кПа (табл. Б.9[1])

- угол внутреннего трения ?_n = 18,4° (табл. Б.9[1])

- модуль деформации Е₀ = 19,2 МПа (табл. Б.9[1])

- условное расчетное сопротивление R₀ = 282,5 кПа (табл. Б.11[1])

Слой 5: глубина отбора 12 м

- число пластичности по формуле 2.1:

(глина - табл.Б.2[1])

- плотность грунта в сухом состоянии по формуле 2.2:

- коэффициент пористости грунта по формуле 2.3:

- показатель текучести по формуле 2.4:

Определим нормативные значения механических характеристик грунта:

- удельное сцепление С_n = 53,3 кПа (табл. Б.9[1])

- угол внутреннего трения ?_n = 18,9° (табл. Б.9[1])

- модуль деформации Е₀ = 20,7 МПа (табл. Б.9[1])

- условное расчетное сопротивление R₀ = 330,4 кПа (табл. Б.11[1])

Данные о физико-механических характеристиках и показателях грунтов, слагающих строительную площадку, приведем в сводной таблице 2.1

Таблица 2.1 Сводная таблица физико-механических характеристик грунтов

№ слоя	Наименование грунта	Мощн. слоя, м	, т_ м3	s, т_ м3	d, т_ м3	W, %	WL, %	Wp, %	Jp, %	JL	e	CI CII кПа	I II град	E0, МПа	Ro, кПа
			, кН м3	s, кН м3	d, кН м3
1	Растительный слой	0,2	1,45	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
			14,21
2	Супесь пластичная	3,7	1,85	2,66	1,48	25	25	20	5	1	0,797	-	-	-	-
			18,13	26,07	14,50
3	Суглинок мягкопластичный	4,0	1,82	2,67	1,46	25	29	18	11	0,64	0,83	11,2	14,3	8,8	181,6
			17,84	26,16	14,31							16,8	16,4
4	Глина полутвердая	2,0	1,96	2,72	1,50	31	48	28	20	0,15	0,81	33,2	16	19,2	282,5
			19,21	26,66	14,7							49,8	18,4
5	Глина полутвердая	-	2	2,74	1,56	28	50	26	24	0,08	0,76	35,5	16,4	20,7	330,4
			19,6	26,85	15,29							53,3	18,9

Используя данные таблицы 2.1 дадим оценку возможности и целесообразности использования грунтов в качестве несущего слоя:

Рельеф в пределах строительной площадки ровный с абсолютными отметками 167,4ч167.0м.

Грунт представлен четвертичными отложениями, в состав которых входят:

- растительный слой (почва) мощностью 0.2ч0.5 м;

- слой 2: супесь пластичная, мощностью 3,7 м, механические характеристики не нормируются (согласно табл. Б.9[1]); не пригоден в качестве естественного основания, так как J_L = 1>0,75;

- слой 3: суглинок мягкопластичный, мощностью 4,0 м, обладает механическими характеристиками, поэтому может быть использован в качестве естественного основания с заглублением фундамента в него не менее чем на 20 см;

- слой 4: глина полутвердая, мощностью 2,5 м, обладает механическими характеристиками, поэтому может быть использован в качестве естественного основания или для забивки в него свай;

- слой 5: глина полутвердая, мощностью более 2,5 м, обладает механическими характеристиками, поэтому может быть использован в качестве естественного основания или для забивки в него свай;

Грунтовые воды залегают на глубине 3,2 м от поверхности.

2.2 Построение инженерно-геологического разреза

Инженерно-геологический разрез в курсовом проекте строится по данным бурения скважин и представляет собой изображенное на бумаге вертикальное сечения верхней части земной коры с указанием последовательности залегания и мощности грунтов разного литологического состава, уровней подземных вод, мест взятия проб и проведения испытаний.

Размещено на http://www.allbest.ru

3. РАСЧЕТ ФУНДАМЕНТОВ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ

3.1 Расчет сечения 1-1

3.1.1 Назначение глубины заложения фундамента

Глубина заложения фундаментов должна приниматься с учетом назначения и конструктивных особенностей проектируемого сооружения, влияния расположенных вблизи сооружений и инженерных коммуникаций, инженерно-геологических, гидрогеологических, геоэкологических условий площадки строительства и возможных их изменений, в том числе и глубины сезонного промерзания грунтов.

В курсовом проекте нормативную глубину промерзания грунтов d_fn допускается определять по карте нормативных глубин промерзания грунтов в зависимости от района строительства по рисунку В1[1] приложение В.

Расчетную глубину сезонного промерзания грунтов d₁ м, в соответствии с требованием ТКП 45-5.01-67 по формуле:

где -- коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения, принимаемый для наружных фундаментов отапливаемых сооружений по таблице В.1[1] ;

По карте нормативных глубин промерзания грунтов, для города Орёл d_fn= 1,2 м

Определим расчетную глубину промерзания грунтов по формуле 3.1:

Т.к. первый слой не является несущим, то фундамент заглубляется в несущий слой как минимум на 20 см, при этом глубина заложения равна 3,9 м, что больше глубины сезонного промерзания грунтов.

Окончательно принимаем глубину заложения фундамента d₁= 3,9 м

Размещено на http://www.allbest.ru

3.1.2 Определение размеров фундамента в плане

Рисунок 3.1 Расчетная схема столбчатого фундамента в сечении 1-1

Глубина заложения фундамента d₁= 3,9 м; в стакан фундамента устанавливаются колонны сечением 600х400 мм; нагрузки, действующие в сечении: N_II = 1617,2 кН , М_II =83,6 кН·м_, Q_II = 24,5кН;

Предварительное определение размеров фундамента в плане производится с учетом расчетного сопротивления грунта основания. Площадь подошвы фундамента любой формы в плане при центральной нагрузке определяется по формуле:

, м² (3.2)

где N_II - расчетная нагрузка (для расчета оснований по деформациям) по обрезу фундамента, кН;

_ср - среднее значение удельного веса материала фундамента и грунта на его уступах (принимается _ср = 20,0…22,0 кН/м³);

d₁ - глубина заложения фундамента, м;

R_{o -} расчетное сопротивление грунта основания.

Определим площадь фундамента по формуле 3.1:

Полученное значение А для внецентренно загруженного фундамента увеличивается на 10-15%.

При определении размеров подошвы прямоугольного фундамента поступают следующим образом:

а) задаются коэффициентом отношения сторон , в пределах 1…1,5;

б) определяют ширину фундамента по формуле:

; м (3.3)

в) определяют длину фундамента l=b, м.

Зададимся коэффициентом соотношения сторон Ю=1,5, тогда ширина фундамента по формуле 3.3:



Принимаем размеры кратные 100: b=3,5м. Тогда длина равна:

Принимаем l= 5,3 м

Тогда А =

Затем определяется расчетное сопротивление грунта основания R, кПа по формуле

, кПа (3.4)

где b = 3,5 м - ширина подошвы фундамента, м;

_С1 и _С2 - коэффициенты условий работы, принимаемые по таблице В.2[1] - Задания к курсовому проекту (_С1 = 1,1 и _С2 = 1);

k - коэффициент, принимаемый равным k=1.1, если прочностные характеристики грунта (ц и с) определены на основе статистических данных;

М, М_q, М_с - коэффициенты, принимаемые в зависимости от угла внутреннего трения ц_n по таблице В.3[1] (М = 0,372, М_q = 2,486, М_с = 5,054);

К_z - коэффициент, принимаемый К_z = 1 при b<10 м;

_II - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод, определяется с учетом взвешивающего действия воды), кН/м³;

Удельный вес грунта, при наличии уровня подземных вод, определяется с учетом взвешивающего действия воды по формуле:

, (3.5)



где _s - удельный вес частиц грунта, кН/м³ (табл. 2.1);

_w - удельный вес воды, _w = 10 кН/м³;

е₀ - коэффициент пористости грунта (табл.2.1).

Определим расчетное значение удельного веса грунта под подошвой фундамента, с учетом формулы 3.5:

- то же, залегающих выше подошвы фундамента, кН/м³;

Определим расчетное значение удельного веса грунта над подошвой фундамента, по формуле 3.6:

С_II - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего ниже подошвы фундамента, кПа (табл. 2.1);

d₁ = d = 3,9 м - глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений

d_b = 0 - глубина подвала. расстояние от уровня планировки до пола подвала, м.

Определим расчетное сопротивление грунта основания R, кПа по формуле 3,4:

Размеры внецентренно нагруженных фундаментов определяются, исходя из условий:

1,2R, кПа

, кПа (3.7)

>0, кПа

где Р_max и P_min - максимальное и минимальное краевые давления под подошвой фундамента;

А - площадь подошвы фундамента, м²;

W - момент сопротивления площади подошвы фундамента, м³;

- для прямоугольных фундаментов:

; м³ (3.8)

По формуле 3.8 момент сопротивления площади подошвы фундамента равен:

Проверим выполнение условий 3.7:



Размеры фундамента должны удовлетворять условию Р_ср R (?10%), проверим это:

Не все условия соблюдаются, пересчитаем размеры фундамента приняв R= 256,09 кПа.

Определим площадь фундамента по формуле 3.1:

Полученное значение А для внецентренно загруженного фундамента увеличивается на 10-15%:

Зададимся коэффициентом соотношения сторон Ю=1,5, тогда ширина фундамента по формуле 3.3:

Принимаем размеры кратные 100: b=2,8м. Тогда длина равна:

Принимаем l= 4,1 м

Тогда А =

Определим расчетное сопротивление грунта основания R, кПа по формуле 3,4:

По формуле 3.8 момент сопротивления площади подошвы фундамента равен:

Проверим выполнение условий 3.7:

Размеры фундамента должны удовлетворять условию Р_ср R (?10%), проверим это:

Все условия соблюдаются. Окончательно принимаем: b=2,8 м, l= 4,1 м.

3.1.3 Определение осадки фундамента методом послойного суммирования

Расчет осадки фундамента производится из условия

SS_u , (3.12)

где S - величина конечной осадки отдельного фундамента, определяемая расчетом;

S_u - предельная величина деформации основания фундаментов зданий и сооружений, принимаемая по таблице В.4[1.

S_u = 8 см -гражданские многоэтажные сооружения с полным каркасом

Для определения осадки фундамента необходимо составить схему (рис. 3.2) и построить эпюру вертикальных напряжений от собственного веса грунта. Ординаты эпюры у_zqi вычисляются в характерных горизонтальных сечениях (на нижней границе каждого слоя, под подошвой фундамента, на уровне грунтовых вод) по формуле:

где _i - удельный вес i - го слоя грунта, кН/м³;

h_i - толщина i - го слоя грунта, м.

Удельный вес грунтов, залегающих ниже уровня подземных вод, но выше водоупора, должен определяться с учётом взвешивающего действия воды по формуле 3.5.

К водоупорным грунтам можно отнести скальные нетрещиноватые и глинистые грунты (суглинки и глины) с показателем текучести J_L<0.25 , которые взвешивающему действию воды не подвергаются.

Рассмотрим характерные сечения:

- на отметке NL: у_NL = 0 кПа;

- на подошве 1-го слоя:

- на уровне грунтовых вод WL:

- на подошве 2-го слоя (супесь пластичная):

- под подошвой фундамента FL:

- на подошве 3-го слоя (суглинок мягкопластичный):

- на кровле 4-го слоя (глина полутвердая - является водоупором J_L = 0,15<0.25):\



- на подошве 4-го слоя (глина полутвердая):

- на подошве 5-го слоя (глина полутвердая):

По полученным значениям ординат строим эпюру вертикальных напряжений от собственного веса грунта у_zq, показанную на рис.3.2

Для построения эпюры дополнительных вертикальных напряжений разобьем толщу грунта ниже подошвы фундамента в пределах глубины HL = 3b = 8,4 м, на ряд слоев мощностью 0,2b ? 0,55 м (рис. 3.2).

Величина дополнительного вертикального напряжения для любого сечения ниже подошвы фундамента вычисляется по формуле:

_zpi = (Р_ср - _zqо), кПа (3.14)

где Р_ср =228,47 кПа - среднее фактическое давление под подошвой фундамента;

_zqo = _FL = 67,10 кПа - вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента от веса вышележащих слоев;

- коэффициент, учитывающий изменение дополнительного вертикального напряжения по глубине и определяемый по таблице В.5[1];

Для отдельных фундаментов принимают



(3.15)

где z - глубина рассматриваемого сечения от подошвы фундамента, м;

b и l - ширина и длина фундамента, м;

Построив эпюры _zq и _zp, определяют нижнюю границу сжимаемой (активной) зоны грунта, которая находится на глубине Н_с ниже подошвы фундамента, где

. кПа (3.16)

Осадка отдельного фундамента на основании, расчетная схема которого принята в виде линейно-деформируемого полупространства с условным ограничением глубины сжимаемой толщи, определяется по формуле:

, (3.17)

где - коэффициент, корректирующий упрощенную схему расчета, равный 0,8;

n - число слоев, на которое разделена по глубине сжимаемая толща основания;

h_i - толщина i - го слоя грунта, см;

_zpi - среднее дополнительное (к природному) напряжение в i - ом слое грунта, равное полусумме дополнительных напряжений на верхней и нижней границах i - го слоя, кПа;

Е_0i - модуль деформации i - го слоя, кПа.

Результаты вычисления осадки фундамента сведем в таблицу 3.1.

Таблица 3.1 Расчет осадки фундамента

Номера слоев	Z, см	?	?	hi	уzpi	?zq	0.2·?zq	Ei	Si
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Суглинок мягкопластичный
1	0	0,0	1	0	161,380	67,100	13,42	8800	0
2	55	0,4	0,9724	55	156,926	71,957	14,3913	8800	0,7846
3	110	0,8	0,8507	55	137,286	76,813	15,3626	8800	0,6864
4	165	1,2	0,6873	55	110,916	81,670	16,3339	8800	0,5546
5	220	1,6	0,5389	55	86,968	86,526	17,3052	8800	0,4348
6	275	2,0	0,4214	55	68,006	91,383	18,2765	8800	0,34
7	330	2,4	0,3324	55	53,635	96,239	19,2478	8800	0,2682
8	380	2,7	0,283	50	45,671	100,654	20,1308	8800	0,2076
Глина полутвердая
9	380	2,7	0,283	50	45,671	145,654	29,1308	19200	0,0951
10	435	3,1	0,2287	55	36,908	156,220	31,2439	19200	0,0846
11	490	3,5	0,1878	55	30,307	166,785	33,357	19200	0,0695
12	545	3,9	0,1568	55	25,304	177,351	35,4701	19200
13	580	4,1	0,144	35	23,239	184,074	36,8148	19200
Глина полутвердая
14	635	4,5	0,1224	55	19,753	194,854	38,9708	19600
15	690	4,9	0,1051	55	16,961	205,634	41,1268	19600
16	745	5,3	0,0912	55	14,718	216,414	43,2828	19600
17	800	5,7	0,0796	55	12,846	227,194	45,4388	19600
18	840	6,0	0,0726	40	11,716	235,034	47,0068	19600
								Итого:	3,4508

Определим нижнюю границу сжимаемой (активной) зоны грунта. Условие 3.16 соблюдается на глубине Н_с= 4,9 м, так как:

Сравним полученную конечную осадку основания S = 0,0378 м с предельно допустимой по фрмуле 3.12:

S= 3,45 см <S_u= 8 см.

Следовательно, ожидаемая осадка основания фундамента находится в пределах допустимой.

Рисунок 3.2 Расчетная схема сечения 1-1



3.1.4 Расчёт изменения осадок во времени

Сущность расчета заключается в определении величины осадки фундамента в заданные отрезки времени по формуле:

(3.18)

где - степень консолидации; - конечная осадка; s - полная осадка.

N - коэффициент времени, зависящий от физических свойств грунта, толщины слоя, условий и времени консолидации и определяется по таблице 3,2.

Показатель N функционально связан с величиной U, называемой степенью консолидации.

Таблица 3.2 Значения коэффициента времени N

U	N	U	N	U	N
0.1 0.2 0.3	0.005 0.02 0.06	0.4 0.5 0.6	0.13 0.24 0.42	0.7 0.8 0.9 0.95	0.69 1.08 1.77 2.54

В курсовом проекте рассчитаем протекание осадок во времени, при односторонней фильтрации (только вверх) - для рассмотренного в механике грунтов случая 2 уплотняющих давлений, убывающих с глубиной по закону треугольника с высотой:

h_э, м (3.19)

где h_э - толщина эквивалентного слоя находится по формуле Шлейхера:

(3.20)



где - коэффициент эквивалентного слоя (определяющегося по табл. 5.1 [3]),

b = 2,8 м - ширина подошвы фундамента.

Определим толщину эквивалентного слоя и высоту треугольника уплотняющих давлений по формулам 3.20 и 3.19 соответственно:

Для определения величины полной стабилизированной осадки фундамента воспользуемся формулой:

где р₀ =161,38 кПа - уплотняющее давление по подошве фундамента (табл.3.1); h_э - высота эквивалентного слоя, - средневзвешенный коэффициент относительной сжимаемости:

где - толщина однородного слоя грунта; - его коэффициент относительной сжимаемости; - расстояние от низа треугольной эпюры дополнительных напряжений до середины соответствующего слоя (рис 3.3).

При отсутствии данных компрессионных испытаний его значение можно определить по величине модуля деформации по известной формуле:

где



где н = 0,42 - коэффициент Пуассона для суглинков и глин.

Вычислим средневзвешенные значения

Определим величину полной стабилизированной осадки фундамента по формуле 3.21:

t - время осадки:

где - коэффициент консолидации, определяется по формуле:

Здесь: - коэффициент фильтрации;

Определяем коэффициент фильтрации грунта для слоистого основания по формуле:

Определим осредненное значение коэффициента консолидации по формуле 3.25:

Определим зависимость t от N по формуле 3.24:

Зная N (табл.3.2), по формуле вычисляем время осадки фундамента. По значениям осадки за время t строим график осадки во времени



Таблица 3.3 Определение осадок фундамента во времени

N	U	St, см	t, год
0,005	0,1	0,25	0,00375
0,02	0,2	0,50	0,015
0,06	0,3	0,75	0,045
0,13	0,4	1,00	0,0975
0,24	0,5	1,25	0,18
0,42	0,6	1,50	0,315
0,69	0,7	1,75	0,5175
1,08	0,8	2,00	0,81
1,77	0,9	2,25	1,3275
2,54	0,95	2,38	1,905

Рисунок 3.3 график осадки фундамента во времени

3.1.5 Армирование фундамента

Фундамент выполняем из бетона класса С16/20.

Толщину защитного слоя бетона для рабочей арматуры подошвы фундаментов принимаем равной 80 мм. Армирование подколонника осуществляем пространственными самонесущими каркасами, собираемыми из плоских сеток СЗ.

Поперечное армирование подколонника осуществляем в виде сеток С2, расстояние между которыми не более четверти глубины стакана (0.25d=0.250.65 =0.1625мм) и не более 200мм. Принимаем шаг сеток 150 мм и количество 23 шт. Диаметр арматуры сеток должен быть не менее 8мм и 0.25d продольной арматуры (Ш14S400). Принимаем 4Ш8 S240.

Армирование подошвы фундамента осуществляем сварной сеткой из арматурной стали класса S240 - в продольном и поперечном направлении Ш 10 S400 с шагом 200мм. Арматурная сетка С1 устанавливается с защитным слоем 35мм. Продольная арматура 4Ш12 S400 стенок стакана устанавливается внутри ячеек сеток поперечного армирования.

Размеры сечения колонны 600х400 мм.

Принятые размеры подошвы фундамента в плане 2,8 х 4,1 м.

Принимая толщину стенок стакана 225 мм, получим следующие размеры стакана в плане:

.

Примем высоту плитной части h₁ = 600 мм, 2 ступени.

Величина заделки колонны в стакан должна быть не менее большей стороны сечения колонны + 50 мм. Толщина дна подколонника не менее 200 мм.

Высота подколонника:

Конструктивная схема фундамента представлена на рисунке 3.5.



Рисунок 3.4 - Армирование столбчатого фундамента



3.2 Расчет сечения 4-4

3.2.1 Назначение глубины заложения фундамента

По карте нормативных глубин промерзания грунтов, для города Орёл d_fn= 1,2 м

Определим расчетную глубину промерзания грунтов по формуле 3.1:

Т.к. первый слой не является несущим, то фундамент заглубляется в несущий слой на 30 см, при этом глубина заложения равна 4,5 м (исходя из конструктивных размеров сборного ленточного фундамента), что больше глубины сезонного промерзания грунтов.

Окончательно принимаем глубину заложения фундамента d₁= 4,5 м.

3.2.2 Определение размеров фундамента в плане

Глубина заложения d₁= 4,5 м, ленточный фундамент, опирающийся на фундаментную подушку. Нагрузки, действующие на фундамент равны: N_II=326,5 кН/м.п.

Определим площадь фундамента по формуле 3.1:

Ширина ленточного фундамента под стену, когда подсчет нагрузок производится на 1 пог. м длины фундамента равна

, м (3.9)



Рисунок 3.5 Расчетная схема ленточного фундамента в сечении 4-4

Тогда:

Принимаем размеры кратные 100: b=3,8м, тогда А= 3,8 м²

Для определения расчетного сопротивления грунта основания найдем неизвестные:

- осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента (при наличии подземных вод, определяется с учетом взвешивающего действия воды), кН/м³ определим по формуле 3.6

d₁ - глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле:

, (3.10)

где h_s = 2,35 м - толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м;

_cf = 24 кН/м³ - расчетное значение удельного веса материала пола подвала, кН/м³;

h_cf = 0,15 м- толщина конструкции пола подвала, м;

d_b = 2,0 м- глубина подвала - расстояние от уровня планировки до пола подвала. Для сооружений с подвалом шириной b20 м и глубиной более 2,0 м d_b=2 м.

Найдем приведенную глубину заложения наружного фундамента от пола подвала по формуле 3.10:

Определим расчетное сопротивление грунта основания по формуле 3.4:

Для центрально нагруженного фундамента при принятых значениях размеров фундамента определяют среднее давление по подошве и проверяют условие



. (3.11)

Проверим условие 3.11:

Размеры фундамента должны удовлетворять условию Р_ср R (?10%):

Не все условия выполняются, пересчитаем размеры фундамента приняв R=242,59 кПа.

Определим площадь фундамента по формуле 3.1:

Ширина ленточного фундамента по формуле 3.9:

Принимаем размеры кратные 100, но так как типовой подушки ленточного фундамента шириной b=2,3м нет, принимаем ближайшую, тогда b=2,4 м, а площадь А= 2,4 м².

Определим расчетное сопротивление грунта основания по формуле 3.4:



Проверим условие 3.11:

Размеры фундамента должны удовлетворять условию Р_ср R (?10%):

Все условия соблюдаются. Окончательно принимаем: b=2,4 м.

3.2.3 Определение осадки фундамента методом послойного суммирования

Расчет ведем аналогично сечения 1-1.

Рассмотрим характерные сечения:

- на отметке NL: у_NL = 0 кПа;

- на подошве 1-го слоя:

- на уровне грунтовых вод WL:

- на подошве 2-го слоя (супесь пластичная):



- под подошвой фундамента FL:

- на подошве 3-го слоя (суглинок мягкопластичный):

- на кровле 4-го слоя (глина полутвердая - является водоупором J_L = 0,15<0.25):

- на подошве 4-го слоя (глина полутвердая):

- на подошве 5-го слоя (глина полутвердая):

По полученным значениям ординат строим эпюру вертикальных напряжений от собственного веса грунта у_zq, показанную на рис.3.6

Определяем дополнительное (к природному) вертикальное напряжение в грунте под подошвой фундамента по формуле 3.14 и строим эпюру у_zр.

Для построения эпюры дополнительных вертикальных напряжений разобьем толщу грунта ниже подошвы фундамента в пределах глубины HL = 3b = 7,2 м, на ряд слоев мощностью 0,2b = 0,48 м (рис. 3.6).

Вычисления сводим в таблицу 3.4:

Таблица 3.4 Расчет осадок сечения 4-4

Номера слоев	Z, см	о	б	hi	уzpi	уzq	0.2·уzq	Ei	Si
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Суглинок мягкопластичный
1	0	0,0	1	0	171,020	64,020	12,804	8800	0
2	48	0,4	0,977	48	167,087	68,258	13,6517	8800	0,7291
3	96	0,8	0,881	48	150,669	72,497	14,4994	8800	0,65746
4	144	1,2	0,755	48	129,120	76,735	15,347	8800	0,56343
5	192	1,6	0,642	48	109,795	80,974	16,1947	8800	0,4791
6	240	2,0	0,55	48	94,061	85,212	17,0424	8800	0,41045
7	288	2,4	0,477	48	81,577	89,450	17,8901	8800	0,35597
8	336	2,8	0,42	48	71,828	93,689	18,7378	8800	0,31343
9	370	3,1	0,3855	34	65,928	96,691	19,3382	8800	0,20378
Глина полутвердая
10	370	3,1	0,3855	34	65,928	146,691	29,3382	19200	0,0934
11	418	3,5	0,3463	48	59,224	155,912	31,1824	19200	0,11845
12	466	3,9	0,3138	48	53,666	165,133	33,0265	19200	0,10733
13	514	4,3	0,2865	48	48,997	174,353	34,8707	19200	0,09799
14	562	4,7	0,2635	48	45,064	183,574	36,7148	19200	0,09013
15	610	5,1	0,2438	48	41,695	192,795	38,559	19200	0,08339
16	620	5,2	0,239	10	40,874	194,716	38,9432	19200	0,01703
Глина полутвердая
17	668	5,6	0,223	48	38,137	204,124	40,8248	19600
18	720	6,0	0,208	52	35,572	214,316	42,8632	19600
								Итого:	4,1569

Определим нижнюю границу сжимаемой (активной) зоны грунта. Условие 3.16 соблюдается на глубине Н_с= 6,2 м, так как:



Сравним полученную конечную осадку основания S = 0,042669 м с предельно допустимой по фрмуле 3.12:

S= 4,16 см < S_u= 10 см.

где S_u - предельная величина деформации основания фундаментов зданий и сооружений, принимаемая по таблице В.4[1].

S_u = 10 см -многоэтажные бескаркасные здания с несущими стенами из кирпичной кладки без армирования

Следовательно, ожидаемая осадка основания фундамента находится в пределах допустимой.



Рисунок 3.6. Расчетная схема сечения 4-4

3.2.4 Расчёт изменения осадок во времени

Рассчитаем протекание осадок во времени в сечении 4-4, при односторонней фильтрации (только вверх), аналогично сечения 1-1.

Определим толщину эквивалентного слоя по формуле 3.20, учитывая b=2,4 м:

,

Тогда высота треугольника уплотняющих давлений по формуле 3.19:

3,60 = 7,2 м

Определим - средневзвешенный коэффициент относительной сжимаемости по формуле 3.22:

Определим величину полной стабилизированной осадки фундамента по формуле 3.21, учитывая р₀ = 171,02 кПа:

Определяем коэффициент фильтрации грунта для слоистого основания по формуле 3.26:

Определим осредненное значение коэффициента консолидации по формуле 3.25:

Определим зависимость t от N по формуле 3.24:



Зная N (табл.3.5), по формуле вычисляем время осадки фундамента. По значениям осадки за время t строим график осадки во времени

Таблица 3.5 Определение осадок фундамента во времени

N	U	St	t
0,005	0,1	0,26	0,00228
0,02	0,2	0,52	0,00912
0,06	0,3	0,78	0,02736
0,13	0,4	1,04	0,05928
0,24	0,5	1,30	0,10944
0,42	0,6	1,56	0,19152
0,69	0,7	1,82	0,31464
1,08	0,8	2,08	0,49248
1,77	0,9	2,34	0,80712
2,54	0,95	2,47	1,15824

Рисунок 3.7. График осадки фундамента во времени



3.2...