Курсовой проект по предмету "Основания и Фундамент"

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И  НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГБОУ ВПО Тюменский Государственный  Архитектурно-Строительный Университет

 

Кафедра Строительного производства, 
оснований и фундаментов

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа  
по дисциплине

«Основания и фундаменты»

 

 

 

 

 

 

Выполнила: Студентка группы ГСХ 09-1 Маглёваная О.А. Проверила: Старший преподаватель   Гейдт Л.В.

 

 

 

 

 

Тюмень, 2012

Содержание 

1. Исходные данные……………………………………………………………………………....3
2. Оценка геологических и гидрогеологических условий строительной площадки………...4
1. Определение физико-механических характеристик грунтов………………………...4
2.     Свободная таблица физико-механических свойств грунтов…………………………9
3.    Инженерно-геологический разрез строительной площадки…………………………10
4.      Заключение по строительной площадке……………………………………………10
3. Проектирование фундаментов мелкого заложения………………………………………...11
1.     Определение глубины заложения фундаментов……………………………………..12
2.     Обоснование выбора типа основания и фундаментов………………………………11
3.     Определение основных размеров фундаментов в плане…………………………….13
4.     Проверка кровли подстилающего слоя грунта……………………………………….15
5.     Расчет  осадок (деформаций) оснований……………………………………………..15
6.     Конструирование фундамента………………………………………………………...19
4. Расчет свайного фундамента…………………………………………………………………20
1.    Определение глубины заложения ростверка………………………………………….20
2.    Выбор типа и конструкции сваи……………………………………………………….20
3.    Определение несущей способности свай……………………………………………...20
4.    Определение количества свай, их размещение и уточнение размеров ростверка….21
5.    Конструирование свайного ростверка………………………………………………...22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Исходные данные 
Вариант 33

1. Оценка конструктивной характеристики здания или сооружения

• Район строительства – Новосибирск;

• Месяц строительства – март;
• Конструкция- наружная стена здания с подвалом =2,5 м.
• Размер конструкции - 0,72м.
• Вертикальная временная нагрузка –N=470 кН,
• Эксцентриситет приложенной нагрузки – 0,040 м.
• Конструктивная схема сооруженияL/H= 1,0.

Литологическое описание слоев  по скважинам

Таблица 1

Номер слоя	Глубина, м.		Скважина №1	Скважина №2	Скважина №3
	от	до
1	0	0,2	Чернозём	Чернозём	Чернозём
2	0,2	1,8	Песок средней крупности	Песок средней крупности	Песок средней крупности
3	1,8	4,5	Глина	Глина	Глина
4	4,5	14	Глина	Глина	Глина
Уровень подземных вод обнаружен  на глубине 1,2 метра

 

 Физические свойства грунтов

Таблица 2

Номер слоя	Глубина взятия проб, м.	Уд.вес мин.част. ᵞs, кН/м3	Уд.вес грунта , кН/м3	Влажность W, %	Границы пластичности
					WL, %	Wp, %
1	-	-	-	-	-	-
2	1,0	25,8	20,0	20	-	-
3	4,3	27,0	16,9	34	39	20
4	9,5	27,3	18,9	29	38	20

 

 

 

 

 

 

2. Оценка геологических  и гидрогеологических условий  строительной площадки

2.1. Определение физико-механических  характеристик грунтов

Слой №2. Песок средн. крупности

1) Плотность грунта

                                                                                                                                      

где   - удельный вес грунта, Кн/м3;

g – ускорение свободного падения  (10 м/с2);

 

 

 

2) Плотность частиц грунта:

                                                                                                                                        

где γs – удельный вес частиц; кН/м3;         

   

    3) Плотность сухого грунта:

       

         где r — плотность грунта, т/м3;

    W — влажность грунта, д.е.

 

        4) Коэффициент  пористости грунта:

       

        где rs — плотность частиц грунта, т/м3;

        rd — плотность сухого грунта, т/м3.

      

5) Коэффициент водонасыщения (степень  влажности):

       

         где W — природная влажность грунта, д. е.;

  е — коэффициент пористости;

  rs — плотность частиц грунта, т/м3;

  rw — плотность воды, принимаемая равной 1 т/м3.

       

6) 10,26 Кн/м3

Песок средней крупности. Насыщенный водой, средней плотности,

.слабоуплотняющийся.

Слой №3 Глина

1) Плотность грунта

 

2) Плотность частиц грунта:

 

        3) Плотность  сухого грунт

 

        4) Коэффициент  пористости грунта:

      

5) Коэффициент водонасыщения (степень  влажности):

       

6) Число пластичности

 

где 

 

=0,39-0,20=0,19

7) Показатель текучести

 

где  W – влажность грунта

 

 

 

8) 14,91 Кн/м3

Глина. Влажная, мягкопластичная, сильноуплотняющийся грунт

Слой №4. Глина

1) Плотность грунта

1,89 т/м3

2) Плотность частиц грунта:

2,73т/м3

        3) Плотность  сухого грунт

 

        4) Коэффициент  пористости грунта:

       0,87

5) Коэффициент водонасыщения (степень  влажности):

        0,91

6) Число пластичности

 

=0,38-0,20=0,18

7) Показатель текучести

 

 

8) 9,25 Кн/м3

Глина. Насыщенная водой. Тугопластичная. Среднеуплотняющаяся .

 

2.2. Сводная таблица физико-механических свойств грунтов.

Таблица 3

Показатели	Обозначения	Номер геологических слоев			Формула для расчета
		2	3	4
Удельный вес твердых  частиц грунта	γs,кН/	25,8	27,0	27,3		Из задания
Удельный вес грунта	γ,кН/	20,0	16,9	18,9		Из задания
Влажность грунта	W, д.е.	20	34	29		Из задания
Удельный вес скелета  грунта	γd,кН/	0,95	0,5	0,63
Коэффициент пористости	e	0,5	1,14	0,87
Удельный вес с учетом взвешивающего действия воды	γsw,кН/	10,26	14,91	9,25
Степень влажности	,д.е.	0,95	0,8	0,91
Граница раскатывания	, д.е.	-	20	20		Из задания
Граница текучести	, д.е.	-	39	38		Из задания
Число пластичности	, д.е.	-	19	18
Показатель текучести	, д.е.	-	0,74	0,5
Модуль деформации	E,МПа	17	7	15		По СНиП
Угол внутреннего трения	µ, град	38	7	15		По СНиП
Сцепление	с, кПа	2 (0,02)	29 (0,29)	40 (0,4)		По СНиП
Класси фикация грунтов:  по e,S		Сильноупло тняющаяся, водонасыщенная	Среднеупло тняющийся, водонасыщенный	Среднеуплотняющийся,малой плотности, водонасыщенный
по,		Глина   тугопластичная	Суглинок полутвердый

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3. Инженерно-геологический разрез  строительной площадки.

Инженерно-геологический разрез или  геологический профиль строиться  по данным лабораторных исследований и геодезических изысканий.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.4. Заключение по строительной площадке

Гидрогеологические условия строительной площадки характеризуются наличием горизонта грунтовых вод, уровень  которых в пределах площадки зафиксирован на глубине 1,2 м., проходя в слое песка мелкой крупности, который имеет удельный вес 20,0 г/см³.

В целом рельеф спокойный, без значительных перепадов глубин слоев (высот до одного метра), грунты имеют слоистое напластование.

При строительстве на данной площадке могут быть использованы фундаменты любого типа, при условии залегания  ниже глубины промерзания.

 

3. Проектирование фундаментов  мелкого заложения

3.1. Определение глубины заложения  фундаментов

При выборе глубины заложения фундамента руководствуемся следующими факторами:

1. Инженерно – геологическое:

Минимальная глубина заложения  фундамента принимается не менее 0,5 м от спланированной поверхности  территории.

 

2. Глубина сезонного промерзания грунтов:

Нормативная глубина промерзания:

, где  -  безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе, принимаемых по СНиП «Строительная климатология и геофизика», а при отсутствии в них данных для конкретного пункта или района строительства - по результатам наблюдений гидрометеорологической станции, находящейся в аналогичных условиях с районом строительства;

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.

 

сумма отрицательных температур за весь год в г. Тюмень, определяемая по таблице 3 СНиП 23-01-99* “Строительная климатология”

 

 

M_t = 17,4+16,1+7,7+7,9+13,7=

.

Глубина сезонного промерзания  грунта:

где d_fn - нормативная глубина промерзания,

k_h – коэффициент учитывающий влияние теплового режима сооружения.

Здание с отапливаемым подвалом, 15˚С,=0,5(таблица 1, СНиП 2.02.01-83)

 

3. Глубина нахождения грунтовых вод:
4. d_ω d_f + 2
5. 1,2≤1,19+2 -  не менее d_f

Где d_ω - уровень грунтовых вод, м.

Поскольку уровень грунтовых вод  обнаружен на глубине 1,2 м, то согласно таблице 2 СНиП 2.02.01-83, глубина заложения фундамента не менее d_f,для суглинковс .

 

6. Конструктивное условие:

Здание с подвалом =2,5 м.

Выбираем конструктивную схему:

Глубину заложения определяем по формуле:

=++

где - глубина заложения фундамента;

- глубина подвала, = 2,5 м.;

- высота конструкции пола подвала =0,2

- высота фундаментной  подушки,=0,3м.

 

=2,5+0,2+0,3=3,0

 

3.2. Обоснование выбора типа основания  и фундаментов

Согласно проведенным расчетам принимаем глубину заложения  фундамента мелкого заложения d=2,5 м. Основанием для фундамента мелкого заложения служит – глина тугопластичная , с залеганием слоя на 1,5.Данный грунт может использоваться в качестве основания.

3.3. Определение основных размеров  фундаментов в плане

1. Площадь подошвы фундамента:

, где

N -нагрузка, прикладываемая к уровню обреза фундамента, кН; N = 470 кН (по заданию);

- расчетное сопротивление грунта  основания, кПа. R₀ = 230 кПа (Принимается по СНиП 2.02.01-83 «Основание здания и сооружения» приложение 3, таблица 3); [1]

γ_ср – осреднённый вес грунта и материала фундамента, γ _ср=20 кН/м ³;

d = 3,0м.

2. Ширина подошвы ленточного фундамента

b===5,9м.

 

3. Расчетное сопротивление грунта

где: - глубина подвала, при ширине менее 20 м и глубине более 2 м =2,5м,

- коэффициент условий работы  грунтов основания,  =1;

- коэффициент условий работы  сооружения во взаимодействии  с грунтами основания  =1

k – коэффициент, принимаемый равным: 1,1;

- безразмерные коэффициенты, принимаемый в зависимости от угла внутреннего трения =7°

=0,32; =2,3; =4,84.

к _z- коэффициент к _z= 1 – при b 10 м;

- осредненное расчетное значение  удельного веса грунтов, расположенных ниже подошвы фундамента на 0,5хb=0,5х5,9=2,95м.

- осредненное расчетное значение  удельного веса грунтов, расположенных  выше подошвы фундамента.

d₁ – глубина заложения наружного и внутреннего фундаментов от подвала

 

где - удельный вес материала фундамента, для железобетона = 24 кН/

 

С_II – расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, С_II=29кПа.

кПа

Максимальное и минимальное  давление по подошве фундамента:

;

∑N- расчетнаянагрузканауровнеобрезафундамента,кН;

M- расчетный изгибающий момент, кН×м;

A – площадь подошвы фундамента, м²

W – момент сопротивления площади подошвы фундамента в направлении действия изгибающего момента, м³

 

где N – нагрузка на основание от грунта и фундамента, кН.

N =

– удельный вес грунта и материала фундамента,= 20 кН/;

b – ширина фундамента, b= 5,9м;

l – длина фундамента, l=1м.

Расчетная нагрузка на уровне обреза фундамента

∑N= кН

Момент сопротивления  площади подошвы

_{Расчетный изгибающий момент}

_{где e – эксцентриситет приложенной нагрузки, e=0,040м.}

 

Максимальное и  минимальное давление по подошве  фундамента

 

_{Pmax=138,8кН}

_{Pmin=100,44кН}  

Среднее давление по подошве фундамента

_{Условия прочности}

_{P ≤ R              119,62≤277,05}

       _{138,8≤332,46 
            100,44≥0}

 

Условия выполняются. Принимаем А=5,9 м 

3.4. Проверка кровли подстилающего  слоя грунта

Поскольку подстилающий слой (песок  мелкий)является прочнее несущего слоя (суглинок полутвердый), то проверка подстилающего слоя не нужна.

В данном случае Е_под.= 15МПа ≥Е_несущ.= 7МПа

 

3.5. Произвести расчет осадок (деформаций) оснований

Осадка основания S с использованием расчетной схемы в виде линейно-деформируемого полупространства определяется методом послойного суммирования по СНиП:

, (м)

где - безразмерный коэффициент, равный 0,8;

-среднее значение дополнительного  вертикального напряжения в i-м слое грунта;

-соответственно толщина и  модуль деформации i-го слоя грунта;

n - число слоев, на которое разбита сжимаемая толща основания.

Дополнительное вертикально напряжение на глубине zот подошвы фундамента

 

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

 

Дополнительное вертикальное давление на основание

где - среднее давление под подошвой фундамента;

- вертикальное напряжение от  собственного веса грунта на  уровне подошвы фундамента.

Р=

= 119,6 кПа

 

_{Р= 119,6–48,06=71,54 кПа}

Нижняя граница сжимающей толщи  основания принимается на глубине  z=H_c, где выполняется условие: σ_zpi≤ 0,2σ_zgi

-вертикальное напряжение от  собственного веса грунта, определяемое  по формуле:

Сжимаемая толща разбивается на слои с обязательным соблюдением  двух условий:

1. Элементарный слой при разбивке не должен превышать 0,25b
2. Состав грунта элементарного слоя должен быть однородным

        на уровне  подошвы фундамента:

h_i≤ 0,25b = 0,25´5,9 = 1,5(м);

на уровне подошвы фундамента:

кПа

 кПа

Сведем результаты расчетов в таблицу 4.

Таблица 4

№ слоя	№ элем. слоя	hi, м	zi, м	Ei, кПа	γi, кПа	σzgi, кПа	αi	σzpi, кПа	0,2 σzgi	Si, м
Слой № 3 (Глин)	1	1,5	3,75	7000	14,91	70,43	0,735	52,582	14,085	0,01100
Слой № 4 (Глина)	2	1,5	5,25	15000	9,25	84,30	0,600	42,924	16,860	0,00443
	3	1,5	6,75	15000	9,25	98,18	0,497	35,555	19,635	0,00364
	4	1,5	8,25	15000	9,25	112,05	0,420	30,047	22,410	0,00304
	5	1,5	9,75	15000	9,25	125,93	0,370	26,470	25,185	0,00262
	6	1,5	11,25	15000	9,25	139,80	0,360	25,754	27,960	0,00242
	7	1,5	12,75	15000	9,25	153,68	0,290	24,047	30,735	0,00216
	8	0,5	13,75	15000	9,25	158,30	0,266	19,030	31,660	0,00061
0,8*∑=0,02393

 

Проверка фундамента на предельно  допустимые деформации:

S<Su

где: Su-предельное значение совместной деформации основания и сооружения,Su = 10 см.

S=2,4 см < 10 см

Условие выполняется.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Эпюры напряжение от нагрузки от фундамента и напряжение от собственного веса грунта

 

3.6.       Конструирование  фундамента

По результатам расчетов конструируем ленточный фундамент из ФБС 24.6.6т  и ФЛ 16.24-2.

 

 

 

 

4. Расчет свайного фундамента

4.1 Определение глубины заложения ростверка

Глубину заложения ростверка свайного фундамента принимаем равной глубине  заложения ФМЗ (фундамента мелкого  заложения) на отметке – 3,0м. Основанием для ростверка служит глина, с залеганием слоя на 1,5 м, с модулем деформации E= 7 Мпа. Высота заделки сваи в ростверк 0,25м.

 

  4.2 Выбор типа и конструкции сваи.

Выбираем стандартную железобетонную сваю квадратного сечения сплошную, с армированием ствола с напрягаемой  арматурой, свая с проволочной арматурой.

          Все  слои имеют положительные физико – механических характеристики, поэтому можем принять длину сваи равной 10 м.

К расчету принята свая С 10 – 30:

- Поперечные размеры сваи  см;

- Длина сваи: L=10,0 м, при этом расчетная длина сваи будет равна 9,75 м;

- Ширина стороны сваи 0,3;

- Проектная марка бетона по  прочности на сжатие М 300;

 

4.3 Определение несущей способности свай

Несущую способность , висячей забивной сваи, погружаемой без выемки грунта, работающей на сжимающую нагрузку, следует определить как сумму сил расчетных сопротивлений грунтов основания под нижним концом сваи и на ее боковой поверхности:

 

где – коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый =1;

A - площадьопирания на грунт сваи, принимаемая по площади поперечного сечения, A = a²=0,3² = 0,09 м²;

u – наружный периметр поперечного сечения сваи, u = 4a =4×0,3= 1,2 м

 – расчетное сопротивление i-ого слоя грунта основания на боковой поверхности сваи 
– толщина i- ого слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м;

 – коэффициенты условий  работы грунта соответственно  под нижним концом и на боковой  поверхности сваи, ;

R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, принимаемое по таблице 1. 
Глубина погружения нижнего конца сваи равна 3,0 м +  (10-0,25)=12,75 м. Для суглинков при ; R =1582,5  кПа.

 

Расчетное сопротивление  грунта по боковой поверхности сваи:

         Таблица  5

№ слоя	h,м	z,м	,м	,м
1	1,5	0,99	4,6	6,9
2	2,00	2,75	14,38	28,76
3	2,00	4,75	27,03	54,06
4	2,00	6,75	29,19	58,38
5	1,5	8,5	30,19	45,29
6	0,7	9,6	30,82	21,57
∑=				215,2

 
    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.4    Определение количества  свай, их размещение и уточнение  размеров ростверка

Определим предельную нагрузку на сваю по п.3.10 
 
где – расчетная нагрузка, передаваемая на сваю, кН; 
– несущая способность сваи, кН; 
– коэффициент надежности, принимаем = 1,4, так как несущая способность определена расчетом.

 

Определяем среднее  давление под подошвой

 

 

Площадь подошвы ростверка:

 

где N – расчетная нагрузка по 2 группе предельных состояний, приложенная к обрезу фундамента в уровне планировочной поверхности земли, N= 470 кН;

 – среднее давление  под подошвой фундамента;

= 20 кН/ – средний удельный вес засыпного грунта и материала фундамента;

= 1,1 – коэффициент надежности  по нагрузке (для собственного  веса грунта);

= 3,0 м – глубина заложения  свайного ростверка.  

 

 

Определяем число свай для отдельно стоящего фундамента:

n = ==2,01

Принимаем 3 сваи.

 

 

 

 

 

4.5. Конструирование свайного ростверка

Конструируем ростверк рядовой. Глубина  заделки свай в ростверк 25 мм.

 

Рис.4 Схема к определению размеров свайного ростверка

 

4.6 Проверка усилий, передаваемых  на сваю

По п.3.11: Для внецентрально – нагруженных фундаментов расчетную нагрузку на сваю допускается определять по формуле

 

 
где  - расчетная нагрузка, приходящаяся на одну сваю, кН; 
     - вес ростверка, кН; 
     - вес грунта, кН; 
     - число свай в фундаменте, шт. 

 

Вес ростверка с грунтом: 
 
 
Момент от точки приложения нагрузки по оси X и Y: 
 
 
 
 
Запроектированный фундамент удовлетворяет требованиям п. 3.10

 

5.Расчет осадки свайного фундамента

При расчете деформаций основания  среднее давление под подошвой фундамента P не должно превышать расчетного сопротивления  грунта основания R, кПа

 

Условная площадь свайного ростверка:

 

 

 

где d- диаметр сваи, d=0,3 м;

     n- количество промежутком  между сваями;

     l- рабочая длина сваи, l=9,5 

,где - осредненное расчетное значение угла внутреннего трения грунта, град. 
                                        j_II,mt = ,

где – расчетное значение углов внутреннего трения для отдельных пройденных сваями слоев грунта толщиной ,град.

 – толщина i-ого пройденного  сваями слоя грунта, м.

 

 

 
Условная длина свайного ростверка: 

 

 

 

При расчете деформаций основания  среднее давление под подошвой фундамента P не должно превышать расчетного сопротивления  грунта основания R, кПа.

 

где – расчетная вертикальная нагрузка на уровне обреза фундамента, N=470 kH;

 – нагрузка от веса сваи 

 

 – нагрузка от веса пройденных  сваями слоев грунта

 

 

 

 
Расчетное сопротивление грунта:

где   – глубина подвала, при ширине менее 20 м и глубине более 2 м

- коэффициент условий работы  грунтов основания, 

- коэффициенты условий работы  сооружения во взаимодействии  с основанием, 

k - коэффициент, принимаемый 1,1

- безразмерные коэффициенты, принимаемые  в зависимости от угла внутреннего  трения 

= 15 °;        =0,32;        =2,3;        =4,84;

kz - коэффициент, k z =1 при b < 10 м

– осредненное значение удельного  веса грунтов ниже подошвы фундамента

     

– осредненное значение удельного веса грунтов, расположенных  выше подошвы фундамента

 

d₁ – глубина приведенного заложения наружного и внутреннего фундаментов от подвала  

– расчетное значение удельного  сцепления грунта, залегающего непосредственно  под подошвой фундамента, ; 
– ширина подошвы фундамента, b= м.