Проектирование оснований и фундаментов

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Исходные данные для проектирования

Жилой 7-ми этажный 2-х секционный дом по типу серии II-14-35 (рис. 1, 2) запроектирован с несущими продольными стенами из кирпича.

Наружные стены выполняют из красного кирпича мокрого прессования с облицовкой лицевым кирпичом толщиной 51 см, объемный вес кладки = 18 кН/м3.

Внутренние стены - из силикатного кирпича толщиной 51 см.

Высота этажа - 4 м, перегородки из прокатных гипсобетонных панелей толщиной 8 см.

Междуэтажные перекрытия выполняют из крупноразмерного железобетонного настила. Панели перекрытия опираются на продольные несущие наружные и внутренние стены. Вес 1 м 2 - 2,8 кН.

Чистые полы в жилой комнате - паркетные, в кухне - из линолеума.

Чердачные перекрытия выполняются из железобетонных панелей.

Кровля с техническим полупроходным чердаком. Кровля плоская с внутренним водостоком из железобетонных прокатных панелей.

Подвал расположен под всем зданием. Высота подвала - 2,2м.

Рис. 1. Разрез здания.



Рис. 2 План типового этажа.

2. Оценка инженерно-геологических условий и свойств грунта

Площадка строительства находится в г. Тюмень. Рельеф - спокойный (ровный). Инженерно-геологические условия площадки строительства выявлены посредством бурения 5-х скважин на глубину 11 м. Геологический разрез на рисунке 3.

При бурении было вскрыто следующее напластование грунтов (сверху - вниз):

1 и 2- насыпные слои - суглинок перелопаченный с гнездами торфа (1), местами под ним ил органический, зеленовато - черный, текучий, насыщенный водой (2), абсолютная отметка - 3м, толщина пласта - 3м;

3 - суглинок, темно - серый, пылеватый, абсолютная отметка -8м, толщина пласта - 5м;

4 - песок желтовато - серый, среднезернистый, абсолютная отметка - 10.6м, толщина пласта -2.6м.

Уровень грунтовых вод находится на отметке 1м. Воды не агрессивны.

Оценка физико-механических свойств грунтов производилась по программе "GEA", результаты занесены в таб.1,2,3 для расчета по деформациям и в таб. 4,5,6 для расчета по несущей способности и на рисунке 4,5



Рис.3 Геологический разрез.



Рис.4. Оценка физико-механических свойств грунтов

Расчетное сопротивление определяется при ширине фундамента b=1 м. С глубиной расчетное сопротивление растет. Слой № 4 обладает большей несущей способностью. Площадка в целом пригодна для строительства.

В результате выяснилось, что в качестве естественного основания могут служить суглинок темно - серый, песок светло-серый, средней крупности, средней плотности, суглинок буро-желтый пластичный (слабый подстилающий слой для предыдущего), песок желтовато - серый, среднезернистый. Из-за глубокого залегания песка, в качестве естественного основания для фундамента мелкого заложения принимаем суглинок.

3. Оценка характера нагрузок

Нагрузки на фундаменты приведены в таблице 41.

Таблица 1

1-е сочетание	2-е сочетание	фундаменты	примечание
NII MH	MII MH	QII MH	NII MH	MII MH	QII MH
0,420	0,010	0,000	0,500	0,000	0,000	1	7 этажей
0,540	0,020	0,000	0,650	0,000	0,000	2
0,320	0,010	0,000	0,430	0,000	0,000	3
0,260	0,010	0,000	0,320	0,000	0,000	4
0,300	0,020	0,000	0,360	0,000	0,000	5
0,270	0,010	0,000	0,320	0,000	0,000	6

Наиболее нагруженный фундамент - №2.

Рис. 5

4. Расчет фундамента мелкого заложения

Выбор и обоснование глубины заложения фундамента.

Глубина заложения согласно инженерно-геологическим условиям. Согласно инженерно-геологическим условиям и анализа характера напластования основанием для фундамента мелкого заложения является суглинок. Мощность слоя 5 м, глубина залегания - 3 м. Поскольку фундамент должен быть заделан в несущий слой не менее чем на 0,1 м, то минимальная глубина заложения фундамента: 3 + 0,1 =3,1 м.



Рис. 6

Глубина заложения согласно конструктивных особенностей проектируемого здания

В здании есть подвал, пол которого расположен на 1.2 м ниже земной поверхности земли. Толщину конструкции пола принимаю равной 0.2 м. Толщину блока подушки принимаю равной 0.6 м. Тогда согласно конструктивных особенностей глубина заложения фундамента равна 2 м.

Рис. 7

Глубина заложения согласно природно-климатическим условиям

Нормативная глубина сезонного промерзания грунта для г. Тюмень равна , где d0 - для глин и суглинков равное 0.23; Мt - безразмерный коэф., численно равный сумме среднемесячных температур за зиму в данном районе (для г.Тюмень равен 17,4+16,1+7,7+7,9+13,7=62,8), определяемых по СниП «Строительная климатология».

м.

,

где kh - коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения (для здания с подвалом принимаем 0,6):

Рис. 8

Заключение: Глубину заложения фундамента принимаем согласно инженерно-геологическим условиям 3.1 м.

Определение размеров подошвы фундамента.

Рис. 9

Предварительно ширину подошвы фундамента принимаем 3.6 м.

Вычисляем расчетное сопротивление грунта по формуле:

, где

с1 и с2 - коэффициенты условий работы: с1 = 1,1; с2 = 1

k - коэффициент, принимаемый в зависимости от способа определения прочностных характеристик грунта: k = 1

Mj, Mq и Mc коэффициенты, принимаемые по таблице 3 для данного грунта:

Mj =0,208; Mq = 1,834; Mc = 4,29

kz = 1, т. к. b = 3,6 м < 10 м

сII - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента (таблица 1): сII = 0,0050МПа

II - осредненное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента;

II - то же, залегающих выше подошвы.

dв - глубина подвала: dв = 1,2 м

d1 - приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала:

,

Следовательно, расчетное сопротивление грунта:



Вычисляем ширину подошвы фундамента:

Т.к. принятая ширина подошвы фундамента не удовлетворяет расчетной, то для восприятия давления под подошвой фундамента увеличиваем ширину подошвы фундамента до b=5.2м, глубину заложения до отм. -3.100 м.

Следовательно, расчетное сопротивление грунта:



Для восприятия давления под подошвой фундамента увеличиваем глубину заложения до отм. -9.100 м.



Рис. 10

Следовательно, расчетное сопротивление грунта:



Принимаем ширину подушки 0,8м, глубину заложения 8,1м

Расчет по второй группе предельных состояний.

Среднее давление по подошве фундамента:

Рср = (N0II + NфII + NгрII+Nп+ Nq)/(l * b)

l = 1 м; b = 0,8 м.

N0II = 540кН = 0,54 МН - общая нормативная нагрузка на 1 погонный метр стены (до уровня земли)

NфII - нормативная нагрузка по фундаменту на 1 погонный метр:

MН

NгрII - нормативная нагрузка грунта на уступах фундаментной подушки на 1 погонный метр:

MН

NпII - нормативная нагрузка от бетонного пола на 1 погонный метр:

NпII=(0,8-0,6)*0,2*0,024=0,0009MН

Nq=Aqq=0.017*1*0.01=0.017MН

РII ср = (0.54+0.123+0.064+0.0009+0.017) / 0,8 = 0,931Мпа

(R - РII ср ) * 100% / R = (0.962- 0.931) * 100% / 0.962 = 3,22 %

Условие выполняется.

Расчет для II - го сочетания нагрузок.

Максимальное давление под подошвой.

Окончательно принимаем глубину заложения фундамента df =8.1 м, ширину подушки b=0,8 м.

Расчет осадки фундамента.

Определение осадки фундамента определяется методом послойного суммирования. Толщина элементарного слоя:

z = 0.4 b = 0.4 * 0.8 = 0.32 м.

Дополнительное вертикальное давление на основание:

Р0 = РII ср - Рzg, где

РII ср - среднее давление под подошвой фундамента

Рб - вертикальное давление от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента.

Рzg = ihi = 1* 0,016 + 2 * 0,0083+5*0,0075+0,1*0,0101= 0,0711 МПа

Р0 = 0,931 - 0,0711 = 0,86 МПа

Ординаты эпюры дополнительного давления:

Рzр = Р0, где

- коэффициент, принимаемый в зависимости от формы подошвы фундамента, соотношения сторон прямоугольного фундамента и относительной глубины, равной:

Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на границе слоя, расположенного на глубине z от подошвы фундамента, определяется по формуле:

Удельный вес грунтов, залегающих ниже уровня подземных вод, но выше водоупора, должен приниматься с учетом взвешивающего действия воды.

Нижняя граница сжимаемой толщи основания принимается на глубине, где выполняется условие:0,2 Рzg > Рzр

Результаты расчетов приведены в таблице 7.

Ei - модуль деформации i-го слоя.

Осадка основания определяется по формуле:

Таблице 2

Предельная деформация основания S u = 0,15 м

S < S u ; 0,0378*0,8=0,03м< 0,150м

Суммарная осадка = 0.051



Рис. 11



Рис. 12

5. Разработка второго варианта фундамента с песчаной подушкой

Принимается глубина заложения согласно конструктивным условиям d=1.2+0.2+0.3=1.7м.

Под фундамент устраиваем песчаную подушку:

Ширина подушки понизу B=b+2htgб=2,2+2*2*tg450=6,2м толщиной 3,0 м.

Определение размеров подошвы и осадки фундамента проводились по программе «ATLANT»

Рис. 13



Рис. 14



Рис. 15

6. Разработка третьего варианта фундамента

По инженерно-геологическим особенностям стройплощадки принимаем слой грунта для операция сваи - песок среднезернистый.

Глубину заложения принимаем согласно конструктивным особенностям здания df

Для устройства фундамента принимаем сваи длинной 7 м, сечением 0,3 х 0,3 м

Принимаем сваи сборные ж/б марки С - 7 - 30, с длинной острия е = 0,25 м

Сваи погружаются с помощью забивки дизель - молотом.

Заглубление в несущий слой - минимум 1 м. Заделка сваи в ростверк - 0,1 м

По инженерно-геологическим условиям строительной площадки слой грунта для опирания сваи - песок средней крупности. свая работает как висячая.

Глубина заложения ростверка исходя из конструктивных особенностей (наличие подвала) dз = 2 м.

Рис. 16

Fud = c (cR R A + u cf fi hi), где

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

cR, cf - коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления грунта. cR = 1; cf = 1;

R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи для песка среднего и е=6,9+2,0+0,25=9,15: R = 3915кПа;

A - площадь опирания на грунт сваи, А = 0,3 * 0,3 = 0,09 м2

u - наружный периметр поперечного сечения сваи, u = 0,3 * 4 = 1,2 м

fi - расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи в зависимости от средней глубины расположения слоя грунта zi;

hi - толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи.

Таблица 3

Наименование элементарного слоя	Мощность слоя hi, м	Глубина расположения слоя zi	fi кПа	fi*hi кН/м
Почва	1,0	Z1 =2,5	0	-
Суглинок IL=1.00 H=5.0м	2,0 2,0 1,0	Z2=3,0+2/2=4,0 Z3=3,0+2,0+2/2=6,0 Z4=3,0+2,0+2,0+1/2=7,5	5 6 6	10 12 6
Песок средний H=0.9м	0,9	Z5 =3,0+5,0+0,9/2=8,45	63	56,7
fi hi=84,7



Рис. 17

Итак, несущая способность сваи:

Fud = 1 * (1 * 3915 * 0.09 + 1.2 * 84.7) = 456.39 кН

Расчетная нагрузка на сваю: P = Fud / k = 456.39/ 1.4 = 325.993 кН,

k - коэффициент надежности. Так как несущая способность сваи определена расчетом, - k = 1,4

Давление под подошвой ростверка

Расстояние между сваями:

С = Р * k / NII +Gp= 2*325,993/(650+23,76)=0.968 м

Gр=b*h*e*mt =1,5*0,6*24*1,1=23,76

nсв= Lст/ С=11,400/0,968=11.77, принимаем количество свай nсв =12,

3d=0,9 Cфакт 6d=1,8;

принимаем Сфак=Lст/nсв=11,400/12= 0,950 м.



Рис. 18

Определение размеров подошвы условного фундамента

Расчет фундамента из висячих свай производится как для условного. Усредненный угол внутреннего трения:

где a - размеры в пределах внешних граней крайних свай, м; l - глубина погружения свай в грунт, считая от подошвы ростверка.

Определение среднего давления по подошве условного фундамента.

Рср = (NpII + Nуф) / Ауф

NpII - вертикальная нагрузка до уровня земли

Nуф - нагрузка от условного фундамента, определяемая по формуле:

Nуф = Nр + Nсв + Nгр

Nр - нагрузка от ростверка

Nсв - нагрузка от сваи

Nгр - нагрузка от грунта в пределах объема условного фундамента

Nуф = 0.022+0.032+0.233=0.287 МН

NII =N oII +Nуф =0,54+0,287=0,827 МН

Определение расчетного сопротивления грунта выполняется по формуле:

,



Проверка условия: Рср < R;

0,422МПа < 1,24МПа - условие выполнено.

Определение осадки выполняется методом послойного суммирования. Расчетная схема изображена на рисунке 11. Толщина элементарного слоя hi = 0,4 b = 0.4 * 1,96 = 0,78 м.

Дополнительное вертикальное давление на основание:

Р0 = РII ср - Рzg,

Рzg = ihi = 1*0,016+2*0,0083+5*0,0075+0,9*0,0101=0,079

Р0 = (0,422 - 0,079) = 0,343

Ei - модуль деформации i-го слоя.

Ординаты эпюры дополнительного давления:

Рzр = Р0, где

Осадка основания определяется по формуле:

Предельная деформация основания S u = 0,15 м

S < S u ; 0,8*0,010м=0,0080м< 0,15м

Таблица 4



Рис. 19

Определение стоимости работ по возведению каждого из трех вариантов фундамента, сравнение вариантов по технико-экономическим показателям, выбор основного варианта фундамента.

Таблица 5

Вид работ или элементы конструкций.	Ед. изм.	Количество	Стоимость
			ед.изм.	Общая
I вариант
Плита (подушки) ж/б для ленточных фундаментов 0,8х0,3х1,2 (0,55т)	1 эл.	1	0-45	0-45
Бетонные блоки стеновые ФБС 12.6.6 (0,96т)	1эл.	13	0-32	4-16
Разработка грунта под фундаменты 8,1х0,8х1	м3	6,48	4-10	26-56
Водоотлив	м3	6,48	4-28	27-73
ИТОГО	58-90
II вариант
Плиты (подушки), ж/б для ленточных фундаментов ФЛ 16.12 (1,03т)	1эл.	1	0-45	0-45
Бетонные блоки стеновые ФБС 12.6.6-1,ФБС 12.4.6-2	1эл.	3	0-32	0-96
Разработка грунта под фундаменты 3,4х1,6х1	м3	5,44	4-10	22-30
Водоотлив	м3	5,44	4-28	23-28
Устройство песчаной подушки 1,8х1,6х1	м3	2,88	4-50	12-96
ИТОГО	59-95
III вариант
Железобетонные сваи призматические, 7х0,3х0,3х2	1эл.	2	1-72	3-44
Бетонные блоки стеновые ФБС 12.6.6-1,ФБС 12.4.6-2	1эл.	3	0-32	0-96
Разработка грунта под фундаменты 2,0х1,5х1	м3	3,0	4-10	12-3
Водоотлив	м3	3,0	4-28	12-84
Устройство ростверка 1,5х0,6х1	м3	0,9	21-00	18-90
ИТОГО	51-14

Заключение: Наиболее экономичный - фундамент свайный, принимаем III вариант как основной.

7. Расчет и конструирование фундаментов здания

Фундамент № 1

Рис. 20

По инженерно-геологическим особенностям строй.площадки принимаем слой грунта для опирания сваи - песок среднезернистый.

Глубина заложения ростверка исходя из конструктивных особенностей (наличие подвала) dз = 2 м.

Для устройства фундамента принимаем сваи длинной 7 м, сечением 0,3 х 0,3 м

Принимаем сваи сборные ж/б марки С - 7 - 30, с длинной острия е = 0,25 м

Сваи погружаются с помощью забивки дизель - молотом.

Заглубление в несущий слой - минимум 1 м. Заделка сваи в ростверк - 0,1 м



Рис. 21

Фундамент № 3

Рис. 22

По инженерно-геологическим особенностям строй. площадки принимаем слой грунта для опирания сваи - песок среднезернистый.

Глубина заложения ростверка исходя из конструктивных особенностей (наличие подвала) dз = 2 м.

Для устройства фундамента принимаем сваи длинной 7 м, сечением 0,3 х 0,3 м

Принимаем сваи сборные ж/б марки С - 7 - 30, с длинной острия е = 0,25 м

Сваи погружаются с помощью забивки дизель - молотом.

Заглубление в несущий слой - минимум 1 м. Заделка сваи в ростверк - 0,1 м



Рис. 23

Фундамент № 4

По инженерно-геологическим особенностям строй. площадки принимаем слой грунта для опирания сваи - песок среднезернистый.

Глубина заложения ростверка исходя из конструктивных особенностей (наличие подвала) dз = 2 м.

Для устройства фундамента принимаем сваи длинной 7 м, сечением 0,3 х 0,3 м

Принимаем сваи сборные ж/б марки С - 7 - 30, с длинной острия е = 0,25 м

Сваи погружаются с помощью забивки дизель - молотом.

Заглубление в несущий слой - минимум 1 м. Заделка сваи в ростверк - 0,1 м



Рис. 24



Рис. 25

Фундамент № 5

Рис. 26

По инженерно-геологическим особенностям строй.площадки принимаем слой грунта для опирания сваи - песок среднезернистый.

Глубина заложения ростверка исходя из конструктивных особенностей (наличие подвала) dз = 2 м.

Для устройства фундамента принимаем сваи длинной 7 м, сечением 0,3 х 0,3 м

Принимаем сваи сборные ж/б марки С - 7 - 30, с длинной острия е = 0,25 м

Сваи погружаются с помощью забивки дизель - молотом.

Заглубление в несущий слой - минимум 1 м. Заделка сваи в ростверк - 0,1 м



Рис. 27

Фундамент № 6

По инженерно-геологическим особенностям строй. площадки принимаем слой грунта для опирания сваи - песок среднезернистый.

Глубина заложения ростверка исходя из конструктивных особенностей (наличие подвала) dз = 2 м.

Для устройства фундамента принимаем сваи длинной 7 м, сечением 0,3 х 0,3 м

Принимаем сваи сборные ж/б марки С - 7 - 30, с длинной острия е = 0,25 м

Сваи погружаются с помощью забивки дизель - молотом.

Заглубление в несущий слой - минимум 1 м. Заделка сваи в ростверк - 0,1 м



Рис. 28



Рис. 29

8. Разработка конструкции гидроизоляци фундаментов и подвальных помещений

Уровень подземных вод выше пола подвала на 0,2 м. Принимается гидроизоляция состоящая из 3 слоев рубероида на битумной мастике и защитной конструкции.

Конструкция гидроизоляции пола принимается следующая: на гладко выровненную цементной стяжкой поверхность бетонной подготовки наклеивают 3 слоя рубероида на битумной мастике и сверху предохраняют цементным слоем толщиной 3 см.

Для предупреждения разрыва рубероидного ковра от неравномерных осадок, устраивают компенсаторы в виде петли из ковра размещаемой в коробе с битумом.

Между стеной и фундаментом так же 2 слоя рубероида. Для защиты от атмосферной влаги необходимо устройство отмостки.

фундамент свая строительный песчаный

Рис. 30

Список литературы

1. СНиП 2.02.01 - 83 «Основания зданий и сооружений».

2. СНиП 2.02.01 - 85 «Свайные фундаменты».

3. Веселов В. А. «Проектирование оснований и фундаментов».

4. Верминов М. В. «Основания и фундаменты».

5. Долматов В.И. «Механика грунтов, основания и фундаменты».

Размещено на Allbest.ru

...