Грунтовые условия строительной площадки

Содержание

 

Введение                                                                                                                           2

1. Грунтовые условия строительной площадки                                                            3

2. Расчет и проектирование фундаментов мелкого заложения                                   7

Заключение                                                                                                                     21

Библиографический список                                                                                           22

 

 

Введение

 

Цель данной работы – проектирование и расчет фундаментов для химического корпуса со стенами из стеновых панелей, внутренний каркас из сборных ж/б колонн с продольным расположением ригелей.

Размеры в плане 27х36 м.

Здание имеет подвал в осях В-Г. Отметка пола подвала – 3 м.

Отметка пола первого этажа 0.00 м  на 0.15 м выше отметки спланированной  поверхности земли.

Место строительства – поселок  Кировский заданы отметки природного рельефа – 38,2м  и уровня грунтовых вод 34,8м .

Также  известны инженерно-геологические  условия, физические характеристики грунтов  и их гранулометрический состав.

В ходе разработки курсового проекта  необходимо рассчитать два типа фундаментов: мелкого заложения и свайный.

Для фундаментов мелкого заложения  проводятся расчеты: определение физико-механических свойств грунтов, оценка грунтовых  условий строительной площадки, расчет размеров и выбор вариантов фундаментов, расчет оснований по деформациям, расчет осадки.

Для разработки свайных фундаментов: расчет размеров ростверков, определение  осадки свайных фундаментов, подбор оборудования для погружения свай и  расчетный отказ.

 

1. Грунтовые условия строительной площадки

Определение наименования грунтов по ГОСТ 25100-82

Слой 1- Насыпь

Характеристики  не определяются

2-й слой Пылевато-глинистый

• класс – нескальный грунт
• группа – осадочный несцементированный
• подгруппа – обломочный пылевато-глинистый
• тип – определяется по числу пластичности:
• вид – не определяется т.к. включения отсутствуют
• разновидность – определяется по показателю текучести:

 

- Супесь пластичная

 

• коэффициент пористости

 

 

• Вывод: Супесь, пластичная.

3-й слой Песчаный

• класс – нескальный грунт
• группа – осадочный несцементированный
• подгруппа – обломочный песчаный
• тип – песок Средней крупности
• вид – определяется по коэффициенту пористости:

 

-Средней плотности

 

• разновидность – определяется по степени влажности:

 

• -влажный

 

• засоленность – не определена.

Вывод: песок средней крупности, средней плотности, влажный.

4-й слой Пылевато-глинистый

• класс – нескальный грунт
• группа – осадочный несцементированный
• подгруппа – обломочный пылевато-глинистый
• тип – определяется по числу пластичности:

 

 – значит глина

 

• вид – не определяется т.к. включения отсутствуют
• разновидность – определяется по показателю текучести:

 

• - глина полутвердая

 

• Коэффициент пористости

 

 

Вывод: глина полутвердая.

 

Физико-механические характеристики грунтов

 

1 Слой- насыпь.

2 Слой- супесь пластичная.

e=0.6

E=20 МПа

φ_n=25

c_n=14 кПа

3 Слой- песок  средней крупности, средней плотности,  насыщен водой.

e=0.65

S_r=0.98

φ_n=35

c_n=1 кПа

Е=30 Мпа 

4 Слой- глина полутвердая

e=0.8

I_l=0.095

c_n=73.2 кПа

φ_n=20.4

E=25.6 МПа

 

 

Таблица 1. - Физико-механические свойства грунтов

№ слоя	Мощность слоя  м	Отметка подошвы слоя  м	Полное наименование грунта	Физические характеристики										Механические характеристики
				r  г/см3	rS г/см3	w	e	Sr	WL	WP	IP  %	IL  %	cn  КПа		jn  град	Е  МПа
1	0.5	36,6	Насыпь	1,6	-	-	-	-	-	-	-	-	-		-	-
2	3.9	33,4	Супесь пластичная	1,99	2,72	0.17	0.6	-	0,2	0,14	6	0,5	14		25	20
3	4,6	28,6	Песок средней крупности, средней плотности, насыщен водой.	2	2,67	0.24	0.65	0,98	-	-	-	-	1		35	30
4	7.2	21,4	Глина полутвердая	1,93	2.72	0.28	0.8	-	0.46	0.25	21	0.27	50,5		18,5	19,5

 

 

 

 

Строительная площадка имеет спокойный  рельеф с абсолютной отметкой 38,2м . Грунты имеют слоистое напластование  с выдержанным залеганием слоев. Наблюдается согласное залегание пластов с малым уклоном (i=1-2%). Грунтовые воды залегают на абсолютной отметке 34,8м т.е. на глубине 3,4 от поверхности, и принадлежат к второму слою.

Послойная оценка грунтов:

1-й слой – насыпь, толщиной 1,6 м – как основание не пригоден.

2-й слой – супесь, пластичная. Толщина слоя 3.9 м. Модуль деформации  Е=20 МПа указывает на то, что  данный слой среднесжимаем и  может служить вполне хорошим  естественным основанием, R₀=262,5 кПа следовательно супесь средней прочности.

3-й слой – песок средней  крупности, средней плотности,  насыщен водой, толщиной 4.8 м . По модулю деформации Е=30 МПа  малосжимаем и может служить  хорошим естественным основанием, R₀=400 кПа следовательно песок прочный

4-й слой – глина полутвердая, мощность 7.2 м. По показателю текучести ( I_L=0.27 <0.6) грунт является хорошим естественным основанием. По модулю деформации Е=19,5 грунт сильно сжимаемый-  не пригоден как естественное основание. По прочности R₀=273кПа среднепрочный.

2. Расчет и проектирование  фундаментов мелкого заложения  на естественном основании

 

Глубина заложения фундаментов  назначается в результате совместного  рассмотрения инженерно-геологических  условий строительной площадки, конструктивных и эксплуатационных особенностей зданий и сооружений, величины и характера нагрузки на основание.

Различают нормативную d_fn и расчетную d_f глубину промерзания грунтов.

Нормативная глубина промерзания  d_fn – это среднее ( за срок более 10 лет) значение максимальных глубин промерзания грунтов на открытой площадке.

 

 

здесь:

• d₀ – теплотехнический коэффициент зависящий от вида грунта      (для супесей 0.28)
• M_t – сумма отрицательных температур за зиму в районе строительства.( для поселка Кировский –71,7)

Расчетная глубина промерзания:

 

 

k_h – коэффициент влияния теплового режима здания.

Для фундаментов в бесподвальной  части здания при t=18 градусов:

для части здания с подвалом при  t=5 градусов:

d_f =0.7*2,37=1.659м

Окончательная глубина заложения фундамента из условия промерзания грунтов назначается с учетом уровня подземных вод d_w

В нашем случае d_w=3,4 м

в части здания без подвала: d_f + 2м =3.896м , что >3,4 м

в части здания с подвалом: d_f +2м =3.659м , что >3,4 м

глубину заложения фундамента принимаем не менее d_f.

 

Размеры подошвы фундаментов  подбираются по формулам сопротивления  материалов для внецентренного и  центрального сжатия от действия расчетных  нагрузок.

При расчете нескальных грунтов давление по подошве фундамента не должно превышать условную критическую нагрузку:

 

Р_ср ≤ R

      Р_max≤1.2R

P_min>0

 

R – расчетное сопротивление грунта основания, рассчитывается по формуле, учитывающей совместную работу сооружения и основания и коэффициенты надежности.

 

 

g_C1 и g_C2 – коэффициенты условий работы принимаемые по СНиП т.3

g_C1= 1.2 – для пылевато-глинистые, а также крупнообломочные с пылева- то-глинистым заполнителем с показателем текучести грунта или заполнителя.

0,25< I_L £ 0,5

g_C2= 1.1

К = 1.1 – т.к. прочностные характеристики грунта ( с и j) приняты по таблицам СНиП.

M_g M_g M_c – коэффициенты зависящие от j_II

K_z=1  т.к. b – ширина подошвы фундамента < 10 м.

g_II – осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента

(g_II)¹ – то же, залегающих выше подошвы фундамента.

с_II – расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента.

Среднее давление по подошве  ф-та:

; ;

N₀ – нагрузка на фундамент

N₀=(N_n+N_вр) g_f ; g_f=1

g_mt – среднее значение удельного веса грунта и бетона.

А – площадь подошвы фундамента

для ленточного А= b×1м

для столбчатого А=b² м

В данном курсовом проекте для определения  размеров подошвы фундамента использован  графоаналитический метод решения.

Стена  по оси  «А» без подвала

Нагрузки:

N₀=1400 кН

Т₀=130 кН

М₀=200 кНм

d=1.8м; Р =1400/b² + 20×1.8=1400/b² + 36 = f₁(b)

P	b
1436	1
386	2
191,5	3
123,5	4

Расчетное сопротивление:

M_g =0,78

M_g =4,11

M_c =6,67

R	b
257,64	0
332,52	4

Принимаем фундамент ФВ8-1 2700х2400 мм.

b_тр = 2,4 м, принимаем b=3м.

Проверка с учетом пригруза на выступах фундамента

 

 ; ;

R(2,7)= =313,8 кПа

P_ср=230кПа

P_cp<R

P_max£1.2R; 350,4<376,5

P_min>0 ; 109,3>0

 

Недогруз 26 %, ни чего не меняем т. к. при других размерах подошвы фундамента не выполняется  неравенство Р_max≤1.2R.

Стена по оси  «Б» без подвала

Нагрузки:

 

N₀=2700 кН

Т₀=110 кН

М₀=190 кНм

d=1,8 м; d_b =0 м

Р =2700/b² + 20×1,8=2700/b² + 36 = f₁(b)

 

P	b
2736	1
711	2
336	3
204,75	4

 

Расчетное сопротивление:

M_g =0,78

M_g =4,11

M_c =6,67

]

 

R	b
257,64	0
332,52	4

 

b_тр = 3,1м, принимаем b=3,6м, фундамент ФВ11-1 3600х3000мм.

Проверка с учетом пригруза на выступах фундамента

 ; ;

P_ср=286,1 кПа

P_cp<R ;286,1<357,4

P_max£1.2R; 346<357,4·1.2

P_min>0 ; 226,32>0

R=1.2·(15,6·3,6+214,7)=357,4 ; P<R; 286,1<357,4

 

Недогруз 19%

Стена по оси  «В» с подвалом

d₁ – глубина заложения фундамента, приведенная от пола подвала

d₁ = h_s+ h_cf ×g_cf /g_II¹

h_s – толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м.

h_cf – толщина конструкции пола подвала (0.15м)

g_cf – расчетное значение удельного веса пола подвала(22 кH/м³)

d₁=1,8+0,15·22/16,4=2м

d_b – глубина подвала

Нагрузки:

 

N₀=2200 кН

Т₀=80 кН

М₀=170 кНм

 

d₁=2 м; d_b =4,8 м

Р =2200/b² + 20×4,8=2200/b² +96 = f₁(b)

 

P	b
1073	1,5
646	2
340,4	3
233,5	4

 

Расчетное сопротивление 

 

 кН/м³

град

M_g =1,68

M_g =7,71

M_c =9,58

 

R	b
948,8	0
1110	4

b_тр = 1,6м, принимаем b=2,1м, фундамент ФВ4-1 2100х1800мм, это наименьший фундамент подходящий под колонны сечением 800х500мм.

Проверка с учетом пригруза на выступах фундамента

 

 ; ;

P_ср=617,7кПа

P_cp<R

P_max£1.2R; 1036<1.2·1033,5

P_min>0 ; 336>0

R=1.2·(33,6·2,1+790,7)=1033,5 ; P<R; 617,7<1033,5

 

Недогруз 40 %, ни чего не изменяем т. к. принятые колонны имеют сечение 0,8х0,5 м, а это наименьший фундамент  для таких колонн.

2.1 Расчет деформации оснований. Определение осадки.

 

Осадка оснований S , с использованием расчетной схемы линейно-деформируемоей среды определяется методом послойного суммирования:

 

где:

b - безразмерный коэффициент = 0.8

s_zpi – среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения на верхней и нижней границах слоя по вертикали проведенной через центр подошвы фундамента.

h_i и E_i – соответственно толщина и модуль деформации i-го слоя грунта.

n – число слоев, на которые разбита сжимаемая толщина основания.

Для рассмотрения разности осадок возьмем бесподвальную часть здания, сравним осадки фундаментов под внешней и внутренней стенами.

Фундамент под  стену по оси «Б»

Эпюра напряжений от собственного веса грунта:

 

где:

№	Высота слоя, м	Удельный вес грунта, кН/м3	szgi, кН/м2	sобщ, кН/м2
1	0	0	0
2	1,8	19,9	35,82	35,82
3	1,4	10,75	15,05	50,87
4	4,8	10,08	48,38	147,64
5	σzw-6.2м	10	62	209,64
6	7,2	19,3	138,96	348,6

 

g_i – удельный вес i-го слоя грунта .

Н_i – толщина i-го слоя.

s_zg0 – вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы

s_zg0=0,2γ₂+γ₁·h₁=4+25.6=29,6 кН/м²

Строим вспомогательную эпюру  0.2×s_zg – для дальнейшего определения сжимаемой толщи основания.

Определим напряжение от внешней нагрузки, т.е. от фундамента:

 

s_zp=P₀×a , где:

 

P₀ = P_cp - s_zg0   - дополнительное вертикальное давление на основание

Р – среднее давление под подошвой фундамента.

P₀ =286,1-29,6=256,5 кПа

a - коэффициент , принимаемый по таблице СНиП в зависимости от формы подошвы фундамента и относительной глубины

h_i = 0.4b = 0.4×3,3 =1,3 м

 

Сжимаемую толщу основания определяем графически – в точке пересечения  графиков

f(0.2×s_zg0)    и    f(s_zp)   - Сжимаемая толщина Н_с=7м, s_zp =21,88кПа

Аналитическая проверка: s_zp = 0.2×s_zg ± 5 кПа

s_zg  =  к75,132Па

0.2×s_zg = 15,02кПа – условие выполнено

Расчет осадки:

N слоя	hi	Еi	σzp кров.	σzp под.	σzp сред.	σ
1	1,3	20000	256,5	210,84	233,67	0,0122
2	1,3	20000	210,84	120,55	165,70	0,0086
3	0,4	20000	120,55	111,73	116,14	0,0019
4	1,3	30000	111,73	62,82	87,28	0,0030
5	1,3	30000	62,82	40,27	51,55	0,0018
6	1,3	30000	40,27	27,74	34,01	0,0012
						0,0286

 

S = 2,86 см

Осадка не превышает допустимые 8 см.

 

Фундамент по оси «В»

Эпюра напряжений от собственного веса грунта:

где:

№	Высота слоя, м	Удельный вес грунта, кН/м3	szgi, кН/м2	sобщ, кН/м2
1	0	0	0
2	1,8	19,9	35,82	35,82
3	1,4	10,75	15,05	50,87
4	4,8	10,08	48,38	147,64
5	σzw-6.2м	10	62	209,64
6	7,2	19,3	138,96	348,6

 

g_i – удельный вес i-го слоя грунта .

Н_i – толщина i-го слоя.

s_zg0 – вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы

s_zg0=76,47 кН/м²

Строим вспомогательную эпюру  0.2×s_zg – для дальнейшего определения сжимаемой толщи основания.

Определим напряжение от внешней нагрузки, т.е. от фундамента:

s_zp=P₀×a , где:

P₀ = P_ср - s_zg0   - дополнительное вертикальное давление на основание

Р – среднее давление под подошвой фунадмента.

P₀ = 617,7 –76,47=541,23 кПа

a - коэффициент , принимаемый по таблице СНиП в зависимости от формы подошвы фундамента и относительной глубины

h_i = 0.4b , где b – ширина фундамента

h_i = 0.4×2,1 = 0,8 м

Сжимаемую толщу основания определяем графически – в точке пересечения  графиков

f(0.2×s_zg0)    и    f(s_zp)   - Сжимаемая толщина Н_с= 4,8 м s_zp =39,94   кПа

Аналитическая проверка: s_zp = 0.2×s_zg ± 5 кПа

s_zg  = 147,64кПа

0.2×s_zg =29,53кПа – условие выполнено

Расчет осадки:

N слоя	hi	Еi	σzp кров.	σzp под.	σсред.	S
1	0,8	30000	541,23	437,314	489,27	0,0104
2	0,8	30000	437,314	335,021	386,17	0,0103
3	0,8	30000	335,021	153,168	244,09	0,0065
4	0,8	30000	153,168	101,751	127,46	0,0034
5	0,8	30000	101,751	72,525	87,14	0,0023
6	0,8	30000	72,525	52,229	62,38	0,0017
						0,0346