Основания и фундаменты. 14

Министерство  образования и науки Украины 

ОГАСА 

Кафедра оснований и фундаментов 
 
 
 
 
 
 
 
 

КУРСОВОЙ  ПРОЕКТ 

ПО ОСНОВАНИЯМ И ФУНДАМЕНТАМ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                 Выполнил:

                                                                        студент группы ЗФПН-7

                                                        Кирилюк В. И. 

                                               Проверил:

                                                     Ткалич А. П. 
 
 
 
 

Одесса  – 2011 г.

1. Введение 

    Курсовой  проект по основаниям и фундаментам  является комплексным, включающим в  себя:

• оценку геологического строения участка на основе выданных данных;
• рассмотрение нескольких вариантов фундаментов в данных условиях;
• расчет и конструирование двух вариантов фундаментов;
• технико-экономическое сравнение разработанных вариантов фундаментов.

    Выбор типа фундаментов зависит от геологического строения участка и конструкции  проектируемого объекта.

    Расчет  фундаментов производится по методу предельных состояний в соответствии с положениями СНиП 2.02.01-83 «Основания зданий и сооружений» и СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты».

      
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    2. Техническая характеристика объекта.

    Проектируемое промышленное здание «Прокатный цех» расположено в г. Николаев. Сооружение одноэтажное, высотой 12,8 м, каркасное, без подвала. Размеры в плане 36 х 60 м. Три пролета по 12,0 м с шагом несущих колонн 6 м.

    Прокатный цех относится к производственным зданиям с полным  железобетонным каркасом. Относительная разность осадок ( ∆ S / L) и (S) cоответственно составляют: 0,002 и 10 см (МУ таб. 3.1). 

          3. Оценка грунтовых условий площадки строительства.

    При проходке скважины вскрыты следующие  инженерно-геологические элементы (ИГЭ):

1. Насыпной грунт – 1,2 м;
2. Супесь лессовая – 3,4 м;
3. Суглинок лессовый – 2,8 м;
4. Суглинок коричневый – 4,4 м;
5. Глина коричневая – 3,2 м.

         В период изысканий УПВ обнаружен на глубине 3,2 м. Физико-механические свойства  грунтов площадки строительства приведены в таблице 1.

                                                                                                                                                         Табл.1

                   Физико-механические свойства  грунтов  площадки строительства

 

    Оценка  грунтовых условий  площадки строительства:

ИГЭ-1.  Насыпной грунт, мощностью 1,2 м:

       γ=ρ*10=1,70*10=17,0 кН/м³

    В качестве основания для фундаментов  мелкого заложения – не пригоден. 

ИГЭ-2.  Супесь лессовая, пластичная, среднесжимаемая мощностью 3,4 м:

      ρ_d=ρ/(1+ W)= 1,73/(1+0,24)=1,40 г/см³ (среднесжимаемая)                             

      e=( ρ_s/ ρ_d)-1= (2,68/1,4)-1= 0,92                                         

      n=1-( ρ_d/ ρ_s)=1-(1,4/2,68)=0,48                                         

      S_r=( W * ρ_s)/(е*ρ_w)= (0,24*2,68)/(0,92*1)=0,7;  ρ_w=1,0 г/см³                  

            I_p=W_L - W_p = 0,26-0,19=0,07

            I_L=(W- W_p)/ I_p= (0,24-0,19)/0,07=0,71  (пластичная)             

      γ=ρ*10=1,73*10=17,3 кН/м³           

ИГЭ-3.  Суглинок лессовый, тугопластичный, среднесжимаемый мощностью 2,8 м:

      ρ_d= 1,84/(1+0,23)=1,50 г/см³ (среднесжимаемый)                             

      e= (2,69/1,5)-1= 0,8                                         

      n=1-(1,5/2,69)=0,44                                          

      S_r=(0,23*2,69)/(0,8*1)=0,78;  ρ_w=1,0 г/см³     

            I_p= 0,31-0,18=0,13

            I_L =(0,23-0,18)/0,13=0,38 (тугопластичный)             

      γ=1,84*10=18,4 кН/м³        

ИГЭ-4. Суглинок коричневый, твердый, среднесжимаемый мощностью 4,4 м:

      ρ_d= 1,83/(1+0,18)=1,55 г/см³ (среднесжимаемый)                             

      e= (2,68/1,55)-1= 0,73

      n=1-(1,55/2,68)=0,42                                          

      S_r=(0,18*2,68)/(0,73*1)=0,66;  ρ_w=1,0 г/см³      

            I_p= 0,29-0,2=0,09

            I_L =(0,18-0,2)/0,09=-0,22 (твердый)             

      γ=1,83*10=18,3 кН/м³                                        

                                    

ИГЭ-5.  Глина коричневая, полутвердая, среднесжимаемая мощностью 3,2 м:

      ρ_d= 1,89/(1+0,31)=1,44 г/см³ (среднесжимаемая)                             

      e= (2,74/1,44)-1= 0,9                                        

      n=1-(1,44/2,74)=0,47                                          

      S_r=(0,31*2,74)/(0,9*1)=0,94;  ρ_w=1,0 г/см³                  

            I_p =0,52-0,26=0,26

            I_L =(0,31-0,26)/0,26=0,19  (полутвердая)             

      γ=1,89*10=18,9 кН/м³      

       

         ВЫВОДЫ:

    1. ИГЭ-2 можно принять в качестве несущего слоя для фундаментов мелкого заложения.

    2. За несущий слой свайных фундаментов принять ИГЭ- 5.

    3. В период изысканий уровень  подземных вод обнаружен на  глубине 3,2 м. 

4. Определение глубины заложения  подошвы фундамента

    4.1. Глубина заложения подошвы фундамента зависит от ряда факторов:

    - от инженерно-геологических и  гидрогеологических условий площадки строительства;

    -  от конструктивной схемы зданий;

    -  от глубины сезонного промерзания. 

    а)  Учет конструктивной схемы здания.

    Поскольку здание не имеет подвала, глубина заложения фундамента зависит от высоты столбчатого фундамента. Минимальная высота столбчатого фундамента - hf = 1,5 м. 

    б)  Учет инженерно-геологических  и гидрогеологических условий площадки.

      Как указывалось раньше основанием  фундамента служит:

    супесь  лессовая – Е =4,5 МПа 

    Подошва фундамента находится на отметке  – 1,5 м от уровня земли. 

    в) Учет сезонного промерзания  грунтов.

d_f = k_f*df_n, где

    df_n - нормативная глубина промерзания грунтов, определяется по карте СНиП 2.02.02-83.  Для заданного пункта строительства df_n=0,8 м.;

      k_f – коэффициент, учитывающий влияние «теплового» режима здания, k_f = 0,7.

    Тогда  d_f = 0,7*0,8=0,56 м.

    Глубина заложения подошвы фундамента не должна превышать  d_f ≤ d; d_f=0,56 < d = 1,5 м.

    Окончательно  принимаем глубину заложения  d=1,5 м. 
 
 
 
 
 

    4.2. Определение размеров подошвы фундамента, давления под подошвой, расчетно-                  го сопротивления грунта.

    Нагрузки  на обрезе фундаментов составляют:

 

    4.2.1.  Предварительная площадь подошвы столбчатого фундамента (А,м²) определяется по формуле:

А=N/( R₀– γ* d)

где:    N – вертикальная нагрузка на фундамент; 

          R₀ – условное расчетное сопротивление грунта, предварительно принимаем по табл. 5.1 МУ  R₀ = 180 МПа;

      γ – среднее значение удельного веса бетона фундамента и грунта на его обрезах , принимается равным 20кН/м³ ;

      d – глубина заложения подошвы фундамента.

          Ф-1;      А=N/( R₀– γ* d)=1088/(180-20*1,5)=7,25 м²

          Ф-2;      А=N/( R₀– γ* d)=1395/(180-20*1,5)=9,3 м²

    Размеры подошвы определяются по формулам

    b=                       l=А/ b            , где

    η = l/b = 1,4 м – отношение сторон подошвы фундамента.

Ф-1;            b = = 2,28 м;            l = 7,25/2,28=3,18 м

Полученные значения округляем до значений кратных 0,3 м.

Принимаем    b =2,7 м           l =3,3 м       А=8,91 м²

Ф-2;            b = = 2,58 м;            l = 9,3/2,58=3,6 м

Полученные значения округляем до значений кратных 0,3 м.

Принимаем    b =3,0 м           l =3,6 м       А=10,8 м²  

    4.2.2.   Расчетное сопротивление грунта основания  находим по формуле:

R= γ_с1 х γ_с2/k(М_γ k_zbγ_ll + М_gdγ'_{ll +} М_cc_ll );

где  γ_{с1 ,} γ_с2 – коэффициенты условной работы,   γ_с1= 1,1, γ_с2=1,0;        k =1; k_z =1

      М_γ , М_g , М_c  - коэффициенты, зависящие от угла внутреннего трения грунта         

                  М_γ =0,43;  М_g=2,73;  М_c =5,31;

        b – ширина подошвы фундамента;

        γ_ll – средневзвешенное значение удельного веса грунтов ниже подошвы фундамента до горизонта, залегающего на глубине равной 0,25b от подошвы:

        γ_ll =1,73 х 10=17,3 кН/м³

        d – глубина заложения фундамента (d= d_n =1,5 м);

        γ'_ll - средневзвешенное значение удельного веса грунтов выше подошвы фундамента                 

            γ'_ll = (17,0 х 1,2+17,3 х 0,3)/(1,2+0,3)=17,06 кН/м^3;

             c_ll – удельное сцепление грунта залегающего под подошвой фундамента, c_ll =16 кН/м²; 

    Ф-1;   R= 1,1х1,0/1(0,43 х 1 х 2,7 х 17,3+2,73 х 1,5 х 17,06+5,31 х 16)=192,4 кПа;

    Ф-2;   R= 1,1х1,0/1(0,43 х 1 х 3,0 х 17,3+2,73 х 1,5 х 17,06+5,31 х 16)=194,9 кПа. 

    4.2.3.   Определяем среднее давление  под подошвой фундамента:

P_ml = N/ A + γ'_ll х d;

          Ф-1;   P_ml =1088/8,91 + 17,06 х 1,5=147,7 кПа < 192,4 кПа

          Ф-2;   P_ml = 1395/10,8 + 17,06 х 1,5=154,8 кПа < 194,9 кПа 

    4.2.4.   Определяем максимальное и минимальное  давления под подошвой фундамента:

    P_max = P_ml + (М+Q х d_n)/W,

    P_min = P_ml - (М+Q х d_n)/W,

    где: W – момент сопротивления подошвы, м³ , равен (b х l² )/6;

         Проверяем выполнение условий :          P≤R           P_max≤1,2R         P_min / P_max ≥0,25

    Ф-1;   P_max =147,7+(120+23 х 1,5)/4,9=179,2 кПа

                       W =2,7 х 3,3²/6=4,9 м³

               P_min =147,7-(120+23 х 1,5)/4,9=116,2 кПа

               P_ml =147,7 кПа ≤ 192,4 кПа;   P_max =179,2 кПа ≤ 1,2R = 230,9 кПа    

               P_min =116,2 кПа / P_max=179,2 кПа =0,65 ≥0,25

         Ф-2;   P_max =154,8+(140+30 х 1,5)/6,48=183,3 кПа

                        W =3,0 х 3,6²/6=6,48 м³

               P_min =154,8-(140+30 х 1,5)/6,48=126,3 кПа

               P_ml =154,8 кПа ≤ 194,9 кПа;   P_max =183,3 кПа ≤ 1,2R = 233,9 кПа    

               P_min =126,3 кПа / P_max=183,3=0,69 ≥0,25

                         Все условия выполняются

    4.3. Расчет осадки.

    4.3.1.  Осадка основания S рассчитывается по методу послойного суммирования по формуле:

S = β∑ σ_zр,і h_і /Е_і

где:   β – безразмерный коэффициент, равный 0,8;

         σ_zр,і – среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения  в і-том слое грунта, равно полусумме напряжений на верхней и нижней границе єлементарного слоя;

    h_і и Е_і – соответственно толщина и модуль деформации і-того слоя грунта. 

    4.3.2.  Определяем вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента:

σ_zg0= γ х d = γ'_ll х d =17,06 х 1,5=25,6 кПа 

    4.3.3. Определяем дополнительное вертикальное напряжение от внешней нагрузки на уровне подошвы фундамента:

σ_zр0=P₀ = P_ml -σ_zg0

Ф-1;   σ_zр0=P₀ = P_ml -σ_zg0=147,7-25,6=122,1 кПа

Ф-2;   σ_zр0=P₀ = P_ml -σ_zg0=154,8-25,6=129,2 кПа 

    4.3.4. Определяем толщину элементарного слоя

                                                               h_i= 0,4х b

    Ф-1;   h_i= 0,4 х 2,7=1,08 м;  η=l/b=3,3/2,7=1,22 принимаем 1,2

    Ф-2;   h_i= 0,4 х 3,0=1,20 м;  η=l/b=3,6/3,0=1,2 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

4.3.5. Расчет осадки фундамента  выполняется в табличной форме:

Ф-1

                     

          σ_zр≤0,2 σ_zg      15,5<25,2 кПа          S< S_u=10см        5,16<10см

   Нижняя  граница сжимаемой толщи находится  на глубине 540 см под подошвой фундамента. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Ф-2

               

          σ_zр≤0,2 σ_zg       16,4<26,5 кПа          S< S_u=10см       5,96<10см

   Нижняя  граница сжимаемой толщи находится  на глубине 600 см под подошвой фундамента. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

5. Расчет  и проектирование свайных фундаментов  из забивных призматических висячих свай.

5.1. Расчет несущей способности сваи.

    В качестве оснований свайных фундаментов  используется: глина коричневая - с Е=

=12 МПа.

    Несущая способность висячей сваи (F_d, кН) на сжимающую нагрузку, является суммой сил сопротивления грунтов сжатию под ее подошвой и трению по боковой поверхности:

F_d= γ_c(γ_CR х R х A+u∑ γ_cf х f_i х h_i), кН,

    где  γ_c - коэффициент условия работы сваи в грунте = 1;

    γ_CR, γ_cf - коэффициенты условий работы грунта соответственно под подошвой и по боко-вой поверхности сваи;                                   γ_CR=1           γ_cf=1 

    R - расчетное сопротивление грунта на глубине подошвы сваи;

        А - площадь поперечного сечения  сваи;

        u - периметр поперечного сечения сваи;

         f_i - расчетное сопротивление і-того слоя грунта по боковой поверхности сваи;

         h_i - толщина і-того слоя грунта, разбивается на слои не более 2 м.

    Определяем  длину свай учитывая, что нижний конец свай заглубляется в несущий  слой не менее чем 1 м и до сопряжения свай с ростверком остается «пенек» высотой 0,5 м.

    Длина призматической сваи сечением 0,3 х 0,3 м  равна:

0,5+3,1+2,8+4,4+1,2=12 м (С 12-30)

    5.1.1.  Расчетное сопротивление грунта  под подошвой сваи на отметке  13,0 равно:

    R = 5000+(5600-5000) х (13-10)/(15-10)=5360 кПа

    5.1.2.  Площадь и периметр поперечного  сечения сваи:

                                       А = 0,3² =0,09 м² ; u =0,3 х 4=1,2 м

    5.1.3.  Расчетное сопротивление грунта  по боковой поверхности сваи: