Проектирование оснований и фундаментов

5. Сечение колонны, мм: 400х400; 500х500.

6. Коэффициент, равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму : 34.

Таблица 3 - Расчетные характеристики грунтов

Проанализировав геологическое строение грунтов, делаем вывод, что основание относится к третьему типу: в пределах верхней части активной толщи залегают слабые грунты, которые подстилаются надежными грунтами.

В качестве возможных решений фундаментов могут быть рассмотрены:

- фундаменты мелкого заложения;

- свайные фундаменты.

3. Проектирование фундаментов мелкого заложения на естественном основании

3.1 Определение глубины заложения подошвы фундамента

Глубина заложения фундамента определяется с учетом следующих факторов:

а) климатических данных района строительства;

б) инженерно-геологических условий;

в) гидрогеологических условий;

г) конструктивных особенностей здания и сооружения;

д) величины и характера нагрузок на фундаменты.

Климатические особенности района строительства проявляются в глубине промерзания грунтов в зимний период.

Нормативная глубина сезонного промерзания грунта определяется по формуле:

, (3.1)

где - коэффициент, учитывающий тип грунта основания, (для глин );

- безразмерный коэффициент, численно равный сумме среднемесячных отрицательных температур за зимний период в данном районе ().

.

Расчетная глубина сезонного промерзания грунта определяется по формуле:

, (3.2)

где - коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения, принимаемый по п.2.28 и таб.1 [2] ().

.

Глубина заложения фундаментов отапливаемых сооружений по условиям недопущения морозного пучения грунтов основания должна назначаться:

1. для наружных фундаментов (от уровня планировки) по таблице 2 [2] (для песков пылеватых глубина заложения от расчетной глубины промерзания не зависит);

2. для внутренних фундаментов - независимо от расчетной глубины промерзания грунтов.

При учете инженерно-геологических данных в качестве основания используем глину твердую (2-й слой). Так как фундамент должен быть заглублен в несущий слой грунта не менее, чем на 10-15 см, то минимальная глубина заложения фундамента, исходя из инженерно-геологических данных:

.

Конструктивные особенности. Сборные железобетонные фундаменты принимаются с размерами в плане и по высоте кратными 300 мм. Принимаем .

Обрез фундамента под отдельную колонну назначают не менее чем 150 мм от отметки чистого пола. Исходя из этого, получаем глубину заложения:

.

Принимаем минимальную глубину заложения фундамента, исходя из конструктивных особенностей, .

3.2 Определение размеров подошвы фундамента

При выбранной глубине заложения подошвы фундамента ее площадь предварительно определяется исходя из расчетов по II группе предельных состояний по формуле:

, (3.3)

где - нормативная нагрузка, приложенная к обрезу фундамента, ;

- расчетное сопротивление грунта основания, ;

- средний удельный вес грунта и материала фундамента, , принимаемый равным ;

- глубина заложения фундамента от планировочной отметки, .

.

При соотношении n = l/b = 1,2 получим ширину подошвы фундамента:

.

Найдем эксцентриситеты, создаваемые моментом:

;

Находим уточненное значение R₀ по формуле:

, (3.4)

где - коэффициенты условия работы, принимаемые по таблице 3 [2] (для песка средней крупности , );

- коэффициент надежности, зависящий от метода исследования характеристик грунта ();

- безразмерные коэффициенты, зависящие от угла внутреннего трения слоя грунта, на который опирается фундамент, принимаемые по таблице 4 [2] ();

- коэффициент, зависящий от ширины подошвы фундамента ( при );

- ширина подошвы фундамента, ();

- усредненные расчетные значения удельного веса грунта, залегающего под и над подошвой фундамента соответственно, ();

- глубина заложения фундамента, ;

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

.

Находим требуемую площадь подошвы фундамента во 2-ом приближении:

;

.

данное условие при определении размеров подошвы фундамента не соблюдено.

Так как условие не выполнилось, следует продолжить расчет по этой же схеме.

;

;

.

продолжим расчет.

;

;

.

. Условие соблюдено, принимаем , .

Подбираю типовой сборный железобетонный фундамент ФВ11-2 с тремя ступенями:

- первая ступень (подошва): 3,6Ч3,0Ч0,3 м

- вторая ступень: 2,7Ч2,1Ч0,3 м

- третья ступень: 2,1Ч1,2Ч0,3 м

- высота фундамента h_ф = 1,8 м

- объем бетона V_б = 7,3 м³

- колонна сечением 400Ч400 мм

- подколонник сечением 1,5Ч1,2 м

- глубина стакана 0,9 м

3.3 Расчет осадки фундамента

Осадка фундамента рассчитывается в виде упругого, линейно-деформированного пространства методом послойного суммирования. Расчет ведется согласно приложению 2 [2].

1. Среднее давление под подошвой фундамента: .

2. Вертикальное (природное) напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента при планировке срезкой определяется по формуле:

, (3.8)

где - плотность грунта, расположенного выше подошвы фундамента, .

.

3. Дополнительное вертикальное давление под подошвой фундамента определяется по формуле:

, (3.9)

.

4. Вся сжимаемая толща разбивается на элементарные слои толщиной:

.

5. Относительная глубина каждого элементарного слоя определяется по формуле:

 (3.10)

6. Коэффициент затухания напряжений по глубине определяется по таблице 1 приложения 2 [2] в зависимости от формы подошвы фундамента.

7. Дополнительные вертикальные напряжения в каждом элементарном слое на глубине z от подошвы фундамента определяются по формуле:

(3.11)

8. Бытовые напряжения на уровне каждого элементарного слоя определяются по формуле:

(3.12)

9. Глубина сжимаемой толщи определяется исходя из соотношения величин дополнительных и бытовых напряжений:

(3.13)

10. Осадка каждого элементарного слоя определяется по формуле:

, (3.14)

где - коэффициент , который учитывает возможность частичного бокового расширения грунта ( [2]);

- модуль деформации i-слоя грунта;

- среднее значение дополнительного вертикального напряжения в i-ом слое грунта, равное полусумме указанных напряжений на верхней и нижней границах слоя по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента.

Весь расчет сводится в таблицу 4.

Таблица 4 - Расчет осадок

По результатам строится эпюра напряжений.

Расчетная осадка сопоставляется с предельно допустимой осадкой:

,

где - предельно допустимая осадка для данного сооружения, которая принимается по таб.4 [2] в зависимости от конструкции здания и его назначения.

4. Проектирование свайных фундаментов

4.1 Назначение размеров ростверка и глубины его заложения

Глубина заложения ростверка определяется в соответствии с п.3.1, не менее расчетной глубины промерзания . Принимаем глубину заложения . Обрез ростверка закладывается ниже пола на 0.15 м. Размеры подколонника: , высота . Высота ростверка по условиям заделки колонны и толщины дна стакана: . По конструктивным требованиям толщина плитной части ростверка принимается равной 0,8 м, подколонника 0,8 м. Заделка свай в ростверк 5 см. Свесы ростверка принимаются .

Несущая способность висячей забивной сваи определяется по формуле:

, (4.1)

где - коэффициент условия работы, принимаемый равным 1;

- коэффициенты условий работы грунта соответственно по боковой поверхности и под нижним концом сваи, определяемые по таблице 3 [3] (, );

- площадь поперечного сечения сваи, ();

- расчетное сопротивление грунта под концом сваи, принимаемое по таблице 1 [3] в зависимости от глубины расположения конца сваи от поверхности земли и вида грунта, ();

- периметр сваи, ();

- расчетное сопротивление грунта i слоя по боковой поверхности сваи (глубина принимается до середины элементарного слоя), ;

- величина элементарного слоя, .

Разобьем массив грунта на элементарные слои по 2 м и по таблице 2 [3] определим сопротивление на боковой поверхности сваи этих слоев.

Таблица 5 - Определение сопротивлений на боковой поверхности сваи

2. Вертикальное (природное) напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента при планировке срезкой:

.

3. Дополнительное вертикальное давление под подошвой фундамента определяется по формуле:

.

4. Вся сжимаемая толща разбивается на элементарные слои толщиной:

.

Весь расчет сводится в таблицу 5.

Таблица 5 - Расчет осадок

По результатам строится эпюра напряжений.

5. Технико-экономическое сравнение вариантов

Сравниваем расход материала для фундамента мелкого заложения и свайного фундамента. Результаты сведены в таблицу 5.

Таблица 5 - Сравнение вариантов

До начала монтажа арматурщики должны спустить в котлованы и траншею лестницы, бетонные подкладки, трапы и инструмент; разметить места установки бетонных подкладок для фиксации толщины защитного слоя, разложить их и выверить горизонтальность положения трехметровой рейкой и уровнем. Затем застропить одну из половин арматурной сетки. Крановщик должен поднять сетку и подать ее к месту установки. Проверив правильность ее установки, арматурщики должны аналогично установить вторую половину сетки, но с нахлесткой стержней на величину длины сварного шва. После прихватки зачистить и сварить стыки одним фланговым швом.

Устройство песчаной подушки.

Песчаные подушки являются простейшим видом искусственных оснований. При устройстве слабый грунт заменяют крупным или средней крупности песком, укладываемым с заданной плотностью сложения. Песчаные подушки используют для передачи давления через подушку фундамента на более прочный грунт по сравнению с несущим слоем естественного основания. Применение подушек способствует уменьшению и выравниванию осадок сооружения и более быстрому их затуханию, а также объема и глубины заложения фундаментов.

Песчаные подушки применяются в следующих целях:

1) для уменьшения осадки фундаментов сооружения, если модуль деформации песка в теле песчаной подушки (обычно 120--200 кг/см) больше, чем модуль деформации грунтов основания;

2) для увеличения устойчивости фундаментов, если прочностные характеристики (угол внутреннего трения и сцепление) песка в песчаной подушке большие, чем у грунтов основания;

3) для более равномерной осадки соседних фундаментов за счет перераспределения напряжений на лежащие под подушкой грунты;

4) для уменьшения глубины заложения фундаментов;

5) для замены пучинистых грунтов выше глубины промерзания грунтов;

6) для упрочнения водонасыщенных глинистых грунтов, залегающих ниже песчаной подушки, за счет дренирования поровой воды в песчаную подушку.

Песчаные подушки устраиваются толщиной от 0,5 до 6,5 м. Размеры песчаной подушки устанавливаются технико-экономическим расчетом в зависимости от нагрузок сооружения и стоимости песка в данном районе. Песчаные подушки желательно устраивать из крупного и средне-зернистого песка. Пылеватые и глинистые частицы, находящиеся в песке, резко снижают его прочностные свойства при водонасыщении (явление плывунности) и способствуют пучению, поэтому процент содержания пылеватых и глинистых частиц должен быть ограничен.

Минимальная толщина песчаной подушки под фундаментом определяется из условия, чтобы осадка песчаной подушки и нижележащих грунтов была бы меньше допустимой величины осадки для данного сооружения.

Расчет производится следующим образом. Зная гранулометрический состав песка (задаваясь максимальной величиной относительной плотности /_п = 0,7), определяют коэффициент пористости уплотненного песка в теле песчаной подушки и устанавливают соответствующий этому значению модуль общей деформации песка. Затем устанавливают эпюру распределения вертикальных напряжений над фундаментом с учетом двухслойного основания, используя решение К. Е. Егорова . Зная модуль общей деформации песка, модуль общей деформации грунтов и эпюру распределения вертикальных напряжений в основании, путем подбора определяется такая толщина песчаной подушки, чтобы осадка фундаментов данного сооружения была бы меньшей или равной допустимой осадке для данного сооружения.

Размеры песчаной подушки в плане должны обеспечивать устойчивость грунта вокруг песчаной подушки от действия горизонтальных нормальных напряжений и касательных сил.

Расчет фундаментов на песчаной подушке по устойчивости следует производить, пользуясь решениями теории предельного равновесия или используя методы, основанные на круглоцилиндрических поверхностях скольжения.

При расчетах устойчивости следует рассмотреть случаи, когда поверхности скольжения целиком располагаются в песчаной подушке и касаются нижележащих глинистых грунтов, а также случаи, когда поверхность скольжения проходит через толщу глинистых грунтов. В последнем случае следует учесть изменение прочностных характеристик водонасыщенных глинистых грунтов во времени в процессе консолидации. Методы возведения песчаных подушек должны обеспечить максимальную плотность песка в теле подушки. При устройстве подушки несколько выше уровня грунтовых вод песок укладывается слоями в 15--20 см с уплотнением каждого слоя укаткой, трамбованием или виброуплотнением до плотности 1,65-1,7 т/м³ либо тяжелыми трамбовками при толщине слоя до 2 м. Если песок укладывается в сухом котловане, а уплотнение его производится катками или трамбующими механизмами, желательно песок перед укладкой полить водой.

Библиографический список

1. ГОСТ 25100-82 «Грунты. Классификация»

2. СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений»

3. СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты»

4. СНиП 23-01-99* «Строительная климатология»

5. Булгаков, В.И. Основания и фундаменты : учеб.-метод. пособие / В.И. Булгаков. - Тольятти : ТГУ, 2007. - 50 с.

6. Феклин, В.И. Проектирование оснований и фундаментов : учебно-метод. пособие по выполнению курсового и дипломного проектирования / В.И. Феклин. - Тольятти : ТГУ, 2007 - 104 с.

Размещено на Allbest.ru