Основания и фундаменты. 6

Содержание

Введение Исходные данные		3 4
1	Оценка  гидрогеологических условий Определение характеристик грунта Оценка состояния грунта Заключение по площадке Геологический разрез	5 5 6 6 7
2	Фундамент мелкого заложения (I тип)	8
3	Свайный  фундамент (II тип)	14
4	Свайный фундамент (III тип)	20
5	Определение стоимости  вариантов фундамента №1	25
6	Свайный фундамент под  крайнюю колонну №2	26
7	Свайный фундамент под  колонну фахверка №3	32
8	Список использованных источников	37
	Приложение	38

 

 

Введение

 

Выполнение курсового  проекта «Основания и фундаменты промышленного здания» по дисциплине «Основания  и фундаменты» направлено на усвоение знаний, полученных при изучении теоретической части этой дисциплины и на выработку практических навыков расчета и проектирования оснований и фундаментов.

В курсовом проекте рассматриваются три варианта фундамента под  среднюю  колонну (наиболее нагруженную),  после чего производится сравнение стоимости  вариантов фундамента. Наиболее  экономичный  вариант принимается  для дальнейшего  расчета фундаментов  под крайние колонны и под колонны фахверка.

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».

 

Исходные данные.

 

Район строительства  – г. Нижний Новгород;

М_t=42;

NL=141,400  м – отметка земли;

WL=136,000 м – отметка уровня грунтовых вод;

Слои грунта сверху вниз:

• мощность почвенного  слоя  - 0,4 м;
• первый: мощность  -  3,8  м

№ грунта - 28;

-    второй: мощность  -  2,7 м

№ грунта - 37;

• третий: № грунта – 5.

Табл.1

Характеристики	№28 суглинки	№37 супеси	№5 глины
ρ, т/м3	1,93	1,83	1,94
ρs, т/м3	2,73	2,72	2,75
ω	0,29	0,24	0,27
m0, 1/МПа	0,088	0,217	0,044
kφ, м/сек	2,3·10-7	7,2·10-4	1·10-8
φ	19	17	20
с, кПа	24	5	30
ωL	0,37	0,26	0,44
ωp	0,21	0,20	0,23

 

 

1. Оценка гидрогеологических  условий.

 

1.1. Определение  характеристик грунта ведем по формулам:

 

1. удельный вес  грунта:

,

где ρ – плотность грунта; g=9,8 м/с² – ускорение свободного  падения;

2. удельный  вес частиц  грунта:

,

где ρ_s – плотность частиц грунта;

3. число  пластичности:

,

где ω_L – влажность грунта на границе текучести ,ω_p – то  же, на границе раскатывания (пластичности);

4. показатель текучести:

,

где ω – природная  влажность  грунта;

5. коэффициент пористости грунта:

;

6. степень  влажности грунта:

,

где γ_w=10 кН/см³ – удельный вес воды;

7. коэффициент относительной  сжимаемости:

,

где m₀ – коэффициент сжимаемости;

8. модуль деформации грунта:

,

где , ν – коэффициент Пуассона:

ν=0,3 – для песков, супесей,

ν=0,35 – для  суглинков,

ν=0,42 – для  глин;

9. удельный вес грунта  с учетом взвешивающего действия воды:

.

Все вычисленные характеристики грунтов  сведены в таблице 2.

Табл.2

Характеристики	№28 (суглинки)	№37 (супеси)	№5 (глины)
1. γ, кН/м3	18,91	17,93	19,01
2. γsb, кН/м3	-	9,05	9,42
3. Ip	0,16	0,06	0,21
4. IL	0,5	0,67	0,19
5. е	0,82	0,84	0,8
6. Sr	0,95	0,76	0,91
7. mv, 1/МПа	0,048	0,124	0,024
8. Е, МПа	12,92	6,17	16,3
9. γs, кН/м3	26,75	26,66	26,95

 

1.2. Оценка  состояния грунтов.

 

1. Суглинки

- По показателю текучести грунт находится в  тугопластичном состоянии; по модулю деформации – к среднесжимаемым.

- грунт насыщен водой;

2. Супеси

  - По показателю текучести грунт находится в пластичном состоянии; по модулю деформации грунт близок к сильно сжимаемым.

 

- грунт влажный;

- слабый  грунт

3. Глины

- По показателю текучести глина   находится в полутвердом состоянии; по модулю деформации относится к средне сжимаемым.

 

- грунт насыщен водой.

 

1.3. Заключение  по площадке.

 

Природный рельеф площадки строительства спокойный. Грунты  основания имеют слоистое напластование с выдержанным залеганием  пластов. Все  они могут служить  естественным основанием  (Е>5МПа). Наличие на глубине 4,2  м пластичных супесей,  близких к сильно сжимаемым грунтам, ухудшает грунтовые условия площадки.

Фундаменты мелкого  заложения  с небольшими нагрузками можно заложить в пределах суглинков  с обязательно  проверкой прочности  подстилающего слоя супесей.  Грунтовые  воды  залегают на отметке 136,0 м  и  не  повлияют в этом случае на выбор типа  фундамента.

При  использовании  в качестве  основания глин,  залегающих на глубине 6,9  м и ниже УПВ, значительно повысится стоимость  и трудоемкость фундаментных работ. В этом случае целесообразно рассмотреть  вариант свайного фундамента.

При  больших  нагрузках  на фундаменты в качестве несущего слоя можно  использовать суглинки слоя №1 с предварительным улучшением  строительных свойств подстилающих супесей.

 

1.4. Геологический   разрез.

 

Рис.1

 

2. Фундамент мелкого заложения (I тип).

Определение глубины заложения  подошвы фундамента мелкого заложения.

 

 Принимаем в качестве несущего слоя слой №1 – суглинки. Колонны  - металлические. Обрез фундамента  на  отметке –1,000 м.

Нормальная глубина сезонного  промерзания:

,

где d₀=0.23 м (для суглинков), М_t=42 – безразмерный коэффициент.

Расчетная глубина сезонного промерзания:

,

где k_h=0.6 – коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения.

Высоту фундамента назначаем из условия заделки анкерного болта:

. Принимаем высоту фундамента Н_ф=1200 мм.

Тогда глубина  заложения фундамента:

 

Определение размеров подошвы фундамента.

 

Предварительно  ширину  фундамента b определяем по  условному расчетному сопротивлению R₀:

,

где N_II=2800 кН – нагрузка на фундамент,

R₀(е=0,82; I_L=0.5)=187  кПа,

- осредненный  удельный  вес  фундамента и грунта.

Расчетное сопротивление  грунта:

,

 

где   γ_с1=1,2;

γ_с2=1;

k=1;

М_γ=0,47;

М_q=2,89;

М_с=5,48;

k_z=1;

γ_II=18.91 кН/м³;

;

с_II=24 кПа;

d₁=2.2 м.

 

 

Уточняем  b:

Два последних значения в близки между собой и поэтому принимаем ближайший размер в, кратный 300 мм.

Принимаем b=3,3 м. Тогда

; ;

Таким образом, размеры подошвы 3,3х3,3 м (R=337,3 кПа).

Среднее давление  под  подошвой фундамента  от  расчетных  вертикальных  усилий:

Краевые давления  под  подошвой фундамента:

Условие  выполняется, оставляем принятый  фундамент.

 

Проверка слабого  подстилающего  слоя супесей.

Для супеси: φ=17˚,  с_II=5 кПа.

 

Рис.2

Должно выполняться  условие:

Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на  глубине  3,8  м  от  отметки планировки срезкой: 

Дополнительное давление на глубине z от подошвы фундамента:

, где α – коэффициент,  определяемый  по табл.1 приложения 2 [1] в зависимости от и ,

Площадь условного фундамента:

Ширина условного фундамента:

где  .

Расчетное сопротивление  грунта  под  подошвой  условного  фундамента:

 

где γ_с1=1,1;

γ_с2=1;

k=1;

М_γ=0,39;

М_q=2,57;

М_с=5,15;

k_z=1;

γ_II=17,93 кН/м³;

;

с_II=5 кПа;

d_z=3.8 м.

 

 

Условие выполняется, поэтому оставляем  принятые размеры  фундамента.

 

Конструирование фундамента.

 

Принимаем класс бетона  В15. Наибольший допустимый вынос нижней ступени:

,

где k₁=2.7 (P=0.35 МПа,  В15).

Рис.3

Принимаем высоту  нижней ступени h₁=300 мм. Тогда рабочая  высота бетона  при величине а=70+20/2=80 мм (20 - предполагаемый диаметр арматуры): .

.

Фактический вынос плиты:

. 

Принимаем  двухступенчатый  фундамент  с h_cт=300 мм и выносом нижней ступени .

Рис.4

 

Определение конечной осадки  основания  фундамента.

 

Расчет оснований производится, исходя  из  условия:

,

где S – совместная  деформация основания и сооружения, определяемая расчетом,

S_u – предельное значение  совместной  деформации основания и сооружения, принимается по [1].

Осадки основания рассчитываются методом послойного суммирования по  формуле:

,

где β=0,8 – безразмерный  коэффициент,

σ_zp,i – среднее значение дополнительного  вертикального напряжения в i-том слое грунта, равное полусумме указанных  напряжений  на верхней и нижней границах  слоя;

h_i и E_i – соответственно толщина и модуль деформации  слоя грунта;

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

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

,

где -  удельный вес грунта,  расположенного выше подошвы фундамента;

 и  - удельный вес и толщина i-го  слоя грунта;

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

d_n - глубина заложения фундамента  от поверхности природного рельефа.

Дополнительные вертикальные  напряжения на глубине z от подошвы фундамента  определяются по  формуле:

,

где α – коэффициент ,  принимаемый  по табл.1 приложения 2 [1] в зависимости от относительной глубины и отношения сторон  прямоугольного фундамента η;

р₀ – дополнительное  вертикальное давление  под подошвой  фундамента

.

Нижняя граница сжимаемой  толщи основания, до которой производится  суммирование  осадок, принимается  на глубине, где выполняется условие:

Однородные  пласты  основания ниже  подошвы фундамента разбиваем на  слои толщиной 

,

 

Результаты расчетов сведены в таблице 3. Расчетная  схема на рис.5.

Табл.3

z, м	γ, кН/м3	γsb, кН/м3	σzg, кПа	ξ	α	σzp, кПа	σzp,i, кПа
0	18,91	-	41,6	0	1	259,5	252,24
0,8	18,91	-	56,73	0,53	0,944	244,97	218,37
1,6	18,91	-	71,86	1,07	0,739	191,77	156,61
2,8	17,93	-	91,8	1,87	0,468	121,45	106,14
3,6	-	9,05	100,6	2,4	0,35	90,83	80,32
4,3	17,93	9,05	106,9	2,87	0,269	69,8	58,65
			113,2
5,5	19,01	-	146,2	3,67	0,183	47,49	40,87
6,7	19,01	-	169	4,47	0,132	34,25	29,97
7,9	19,01	-	191,8	5,27	0,099	25,69

 

Рис.5

 

Осадка основания:

Требование СНиП выполняется.

 

3. Свайный фундамент  (II тип).

Определение глубины заложения  ростверка. Выбор размера сваи.

 

По своим физико-механическим характеристикам слой №3 (глины) является более прочным, чем слой №2. Поэтому в качестве несущего слоя под  нижний конец  сваи принимаем слой №3. Заглубление сваи в слой №3 при  I_L=0,19 должно быть не менее 1 м.

Принимаем свободное  сопряжение ростверка со сваей с  глубиной заделки оголовка сваи в  ростверк – 100 мм.

Тогда требуемая длина  сваи:

Принимаем сваи сечением 30х30 см длиной 6 м.

 

Определение несущей способности  сваи.

 

Несущая способность висячей сваи определяется  по формуле:

,

где γ_с=1 – коэффициент условий работы сваи  в грунте;

R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи;

А – площадь поперечного сечения сваи, равна 0,09 м²;

U – наружный периметр поперечного сечения сваи;

f_i – расчетное  сопротивление i-го  слоя грунта основания на боковой поверхности  сваи;

h_i – толщина i-го слоя  грунта,  соприкасающегося с  боковой поверхностью сваи;

γ_CR,γ_cf  - коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на  боковой  поверхности сваи.

Рис.6

Расчетное  сопротивление грунта под нижним концом сваи определяем  по табл.VI.1 приложения VI [3]: R=1875 кПа (I_L=0.45).

По табл. VI.2 приложения VI [3] определяем расчетное  сопротивление i-го  слоя грунта основания на боковой поверхности  сваи: f₁=51,2 кПа (l₁=3.1 м);

f₂=48,8 кПа (l₂=4,35 м);

f₃=50,0 кПа (l₃=6,0 м);

f₄=30,4 кПа (l₄=7,7 м).

Периметр  ствола  сваи:

По табл. VI.3 приложения VI [3]:

Несущая способность  сваи:

Определение требуемого количества свай в фундаменте. Определение  фактической  нагрузки  на сваю.

 

Требуемое  количество свай  в кусте определяют по формуле:

,

где ,

n=1,1 – коэффициент перегрузки;

d_p=2.2 м – глубина заложения подошвы ростверка от отметки планировки;

γ₀=20 кН/м³ – осредненный удельный вес материала фундамента и грунта на его уступах;

- площадь ростверка (здесь  a – расстояние  между осями свай, для висячих призматический забивных свай принимается a=3d=0.9 м, d=0,3 м – размер поперечного сечения сваи );

 

γ_k=1,4 – коэффициент надежности;

- расчетная нагрузка на обрез свайного фундамента;

Требуемое  количество свай:

. Принимаем 12 свай и располагаем их на расстоянии 0,9 м в осях друг от друга.

Нагрузка с учетом  изгибающего  момента, действующего  на крайние  сваи:

,

где N_d – вертикальная сила, кН, действующая на обрезе фундамента (с учетом );

М - расчетный изгибающий момент в уровне обреза фундамента: ;

n – расстояние от главной оси до сваи,  для которой определяется нагрузка;

y_i – расстояние от главной оси до каждой сваи.

Проверим выполнение условия:

.

.

Условие выполняется, поэтому  конструируем ростверк для фундамента из 12 свай.

 

 

Рис.7

 

 

 

 

 

Рис.8

 

 

Конструирование ростверка.

 

Принимаем ростверк с одной  ступенью высотой 450 мм и размерами в плане 3,3х2,4 м. Материал ростверка  - бетон кл. В20.

 

Определение осадки основания свайного фундамента.

 

Определение осадки основания  фундамента из висячих свай производится как для условного фундамента на естественном  основании. Границы условного фундамента:  снизу – плоскостью АБ, походящей через нижние концы свай, с боков – вертикальными плоскостями АВ и БГ, отстоящими от наружных граней крайних рядов свай на  расстоянии: , сверху – поверхностью планировки  грунта ВГ, где - средневзвешенное расчетное значение угла  внутреннего трения грунта, определяемое по формуле:

,

где φ_II1,φ_II2 и φ_II3 – расчетные значения углов внутреннего трения для пройденных сваей слоев  грунта толщиной соответственно d₁, d₂, d₃;

d – глубина погружения свай в грунт, считая  от подошвы  ростверка.

 В_усл=3,1 м;

L_усл=4,0 м.

Вес ростверка:

.

Вес свай:

(здесь 220 – масса 1 м сваи, кг, 10 – ускорение свободного  падения, м/с², 50  - масса острия сваи, кг).

Вес грунта в объеме АБВГ:

Давление под подошвой условного  фундамента:

Используя эпюру напряжения от  действия собственного веса грунта,  полученную для фундамента мелкого заложения, определим ординату эпюры вертикального напряжения от действия собственного веса на уровне подошвы условного свайного фундамента:

Дополнительное давление под подошвой  условного фундамента:

Отношение сторон условного  фундамента: . Задаем , тогда высота элементарного слоя грунта .

Результаты расчетов сведены в таблице 4. Расчетная схема на рис.9.

Табл.4

z, м	γ, кН/м3	σzg, кПа	ξ	α	σzp, кПа	σzp,i, кПа
0	19,01	143,6	0	1	240	236,3
0,62		155,4	0,4	0,969	232,6	216,6
1,24		167,2	0,8	0,836	200,6	179,85
1,86		179	1,2	0,663	159,1	140,85
2,48		190,7	1,6	0,511	122,6	108,7
3,1		202,5	2	0,395	94,8	84,35
3,72		214,3	2,4	0,308	73,9	66,35
4,34		226,1	2,8	0,245	58,8	53,15
4,96		237,9	3,2	0,198	47,5	40,75
5,58		249.7	3,6	0,142	34	33,3
6,2		261,5	4	0,136	32,6

Рис.9

Осадки основания: