Основания и фундаменты на лессовых просадочных грунтах

Министерство  науки  и образования РФ

Государственное образовательное учреждение высшего  образования

Ростовский Государственный  Строительный Университет

Кафедра инженерной геологии, оснований и фундаментов

 

 

 

 

Курсовая работа на тему:

 

 

“Основания и фундаменты на лессовых просадочных грунтах”

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: ст. гр. П-577

Стрельцов М.В.

Проверил: доц. Семененко А.И.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ростов-на-Дону

2014 г.

 
Содержание

1.	Анализ инженерно-геологических  условий	3
2.	Расчет просадки от действия собственного веса. Тип грунтовых условий по просадочности	3
3.	Фундамент мелкого заложения	6
3.1.	Определение осадки фундамента	6
3.2.	Определение просадки фундамента	8
3.3.	Суммарная деформация основания  фундамента	10
4.	Фундамент из забивных свай	10
4.1.	Определение длины сваи	10
4.2.	Расчет несущей способности  сваи	10
4.3.	Расчет сил трения по боковой поверхности сваи. Допустимая нагрузка на сваю	13
4.4.	Расчет деформаций основания  фундамента как куста свай	15
5.	Фундамент из буронабивных свай	18
5.1.	Определение длины сваи	18
5.2.	Расчет несущей способности  сваи	19
5.3.	Расчет сил трения по боковой поверхности сваи. Допустимая нагрузка	21
5.4.	Расчет деформаций основания  и фундамента как куста свай	24
6.	Выводы	27

 

 

1. Анализ инженерно-геологических условий

 

В результате проведенных  инженерно-геологических изысканий  установлен геолого-литологический разрез грунтовой толщи:

           слой №1 (от 0 до 0,5) – почвенно-растительный;

слой №2 (от 0,5 до 18 м) – суглинок лессовидный

          слой №3 (от 18 до 22,5) – глина коричневая

Физико-механические характеристики грунтов приведены в приложении 1

 

2. Расчет просадки  от действия собственного веса. Тип грунтовых условий по просадочности

 

1. Просадочную толщу разбиваем на слои толщиной 1-2 м с учетом возможных границ напластования слоев (рис.1)

2. Определяем удельный  вес грунта каждого слоя в  водонасыщенном состоянии

3. На границе раздела слоев  находим нормальное вертикальное  напряжение от собственного веса  водонасыщенного грунта и строим  график

4. В середине каждого слоя находим среднее значение

5. По данным лабораторных исследований  определяем p_{sl I}, K_{sl I}, ε_{sl i}.

6. Определяем просадку грунта  (табл.1)

Таблица 1

h, м	z, м	γsat i, кН/м3	σzg sat i, кН/м2	, кН/м2	psl i, МПа	Kslg i	εsl i	Sslg i, м
2	2	18,8	38	19	0,13	1	0,001	0,002
2	4	18,7	75	57	0,12	1	0,004	0,008
2	6	18,7	112	94	0,09	1	0,011	0,022
2	8	18,9	151	132	0,08	1	0,026	0,052
2	10	19,0	190	171	0,1	1	0,024	0,048
2	12	19,0	228	209	0,1	1	0,036	0,072
2	14	19,2	265	247	0,11	1	0,031	0,065
2	16	19,2	307	286	0,12	1.05	0,025	0,050
2	18	18,9	340	324	0,10	1,15	0,026	0,060
2	20	19,0	380	360	0,12	1,25	0,023	0,058
2	22	19,1	420	400	0,09	1,25	0,020	0,050

ΣS_slg=0.487м

Для первого слоя  

Определяем напряжение в середине каждого слоя и используя данные приложения 1 вычисляем соответствующие значения ε_{sl i}

K_{sl I} –коэффициент, принимаемый равным 1, если H_sl<15м и K_sl=1,25, если H_sl>20м так

 

 

Аналогично считаем  просадку для остальных слоев.

Суммарная просадка грунта от действия собственного веса S_slg=0.487м>0.05м, т.е. грунтовые условия площадки относятся ко II типу по просадочности.

 

 

Рис.1 Схема распределения  напряжений от собственного веса водонасыщенного  грунта по глубине

 

3. Фундамент мелкого заложения.

3.1. Определение  осадки фундамента

 

Осадку основания рассчитываем по модели линейно-деформируемого полупространства методом послойного суммирования в  пределах сжимаемой толщи Н_с

1. Основание разбиваем  на слои  b-ширина фундамента. b=2,4 м (рис.2)

2. Определяем расстояние z от подошвы фундамента до нижней границы каждого слоя

2. Определяем вертикальные  напряжения от собственного веса  грунта природной влажности  , d-глубина заложения фундамента. d=1,5м

3. На границе каждого слоя определяем нормальное вертикальное дополнительное напряжение , p₀ – дополнительное вертикальное давление по подошве фундамента p₂ – среднее давление по подошве фундамента

α- коэффициент, принимаемый  по СНиПу в зависимости от формы подошвы фундамента, соотношения сторон   η=l/b=3,2/2.4=1,333 м,  и относительной глубины расположения слоя ζ=2z/b=2*96/240=0,8;

p₂=143 кПа

4. В середине каждого  слоя находим среднюю величину 

5. По данным лабораторных  испытаний определяем модуль деформации для каждого слоя E_oi. Для суглинка лессовидного при J_l <0 и е=0,94 Е=11300 кПа

6. Определяем осадку  (табл.2)

Таблица 2

h, м	z, м	кПа	ξ	α	кПа	кПа	кПа	Si., м
	0	24	0	1	119
0,96	0,96	40	0,8	0,83	99	109		0,007
0,96	1,92	55	1,6	0,501	60	80		0,005
0,96	2,88	70	2,4	0,300	36	48		0,003
0,96	3,84	86	3,2	0,191	23	29		0,002
0,96	4,80	102	4	0,131	16	19		0,001

ΣS=0.018м

Аналогично определяем осадку для остальных слоев. Суммарная  осадка ΣS=0.018м

 

Рис.2 Схема к расчету осадки фундамента

 

3.2. Определение просадки  фундамента

 

1.Грунт ниже подошвы  фундамента в пределах просадочной  толщи разделяем на однородные  по характеристикам слои толщиной: 1) в деформируемой зоне на глубину H_c; 2) ниже деформируемой зоны (рис.3)

2. Определяем расстояние z от подошвы фундамента до  нижней границы каждого слоя

3. Находим напряжение  от собственного веса водонасыщенного  грунта на границе каждого  слоя 

m-число слоев, на которые разбита просадочная толща ниже подошвы фундамента

4. На границе каждого  слоя определяем дополнительное  вертикальное напряжение 

5. Суммируем напряжения  и получаем суммарное вертикальное напряжение каждого слоя до нижней границы сжимаемой толщи

6. Определяем в середине  каждого слоя среднее 

7. По данным лабораторных  испытаний грунтов определяем  начальное просадочное давление p_{sl I}, K_{sl I}, ε_{sl i}

8. До глубины Н_с считаем  
9. Ниже границы сжимаемой толщи определяем (табл.3)

10. Считаем суммарную  просадку S_sl

,

Таблица 3

hi, м	zi, м	кН/м3	кПа	кПа	кПа	, кПа	psl I, кПа	Ksl i	εsl i	м	м
	0.0		24	119	143
0.96	0.96	18,8	42	99	141	142	130	0,70	0,014	0,009
0.96	1.92	18,8	60	60	120	130	120	0,85	0,013	0,011
0.96	2.88	18,7	78	36	114	117	100	1,09	0,012	0,013
0.96	3.84	18,7	96	23	119	116	95	1,14	0,012	0,013
0,96	4.80	18,7	114	16	130	124	90	1,19	0,015	0,017
2.0	6.80	18,9	153		153	141	100	1	0,026		0,052
2.0	8.80	18,9	190		190	171	120	1	0,023		0,046
2.0	10.8	19,0	229		229	210	140	1	0,035		0,070
2.0	12.8	19,0	267		267	248	140	1	0,029		0,058
2.0	14.8	19,2	307		307	287	120	1	0,025		0,050
2.0	16.8	19,2	338		338	323	130	1,07	0,026		0,056
2.0	18.8	18,9	347		347	343	130	1,19	0,022		0,052
1.7	20.5	19,0	414		414	381	120	1,25	0,020		0,050
										Σ0,063	Σ0,434

Суммарная просадка S_sl=0.063+0.434=0.497м 

Рис.3 Схема к расчету  просадки основания фундамента

3.3. Суммарная  деформация основания фундамента

Складывается из осадки и просадки основания фундамента. Осадка  S=0,018м, просадка – S_sl=0,497м. Суммарная деформация равна 0,515м

4. Фундамент из забивных  свай

4.1. Определение длины  сваи

В рассматриваемых  местных условиях для проектируемого здания можно использовать практически все виды свай. В качестве варианта запроектируем фундаменты из забивных железобетонных цельных свай квадратного сечения с напрягаемой арматурой и поперечным армированием. Размеры поперечного сечения сваи принимаем 30 х 30 см.

Высоту ростверка назначаем 1,5 м. Тогда при отметке планировки 0,000 отметка подошвы будет -1,500, а толщина дна стакана 0,6м, что больше минимальной, равной 0,25.   Так как на ростверк действуют горизонтальные силы, и моменты предусматриваем жесткое сопряжение ростверка со сваями путем заделки свай в ростверк на 500мм. Из них 400мм составляют на выпуски арматуры, а 100мм непосредственная заделка. Тогда условная отметка головы сваи будет -1,000.

Отметку острия сваи назначаем  в зависимости от грунтовых условий  строительной площадки. В качестве несущего пласта выбираем глину коричневую. Сваи заглубляем в этот слой на 1 м.

По ГОСТ 19804.2-79* принимаем две сваи длиной по 11м.  Марка сваи СНпр 11-30. Глубина погружения относительно уровня планировки равна 22-0,5+1,5=23м

4.2. Расчет несущей  способности сваи

Расчетная несущая  способность висячей сваи в грунтовых  условиях II типа определяется по формуле:

γ_с – коэффициент условия работы сваи. Для забивных свай принимается равным 1.

γ_сr – коэффициент условий работы грунта под нижним концом сваи – 1

R – расчетное сопротивление  грунта прогнозируемой влажности  – 13080кПа

А – площадь опирания на грунт  нижнего конца сваи, для забивных свай по площади поперечного сечения  – 0,09м²

u – наружный периметр поперечного сечения ствола сваи – 4х0,3=1,2м

γ_сf – коэффициент условий работы грунта по боковой поверхности сваи – 1

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

h_i – толщина i-го слоя грунта (рис.4)

f₁=80,4 кПа при средней глубине расположения слоя l₁=21м

f₂=82,5 кПа при средней глубине расположения слоя l₂=22,5м

 

Рис.4 Схемы к выбору глубины погружения и расчету  несущей способности забивной сваи

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.3. Расчет отрицательных  сил трения по боковой поверхности сваи. Допустимая нагрузка на сваю

 

Определяем нагрузку, допускаемую на сваю по формуле:

- коэффициент надежности, принимаемый  равным 1,4, так как несущая способность сваи определяется расчетом

- коэффициент условий работы. Принимается равным 0.8, так как S_sl,g>2S_u

P_n – отрицательная сила трения, вычисляемая по формуле:

 – расчетная глубина, до которой производится суммирование отрицательных сил бокового трения проседающих слоев грунта (табл.4)

- расчетное сопротивление на  боковой поверхности сваи, определяемое  для i-го слоя до глубины  6 м от уровня планировки по  формуле  (рис.5)

 – коэффициент бокового давления грунта, принимается равным 0.7

Таблица 4

z, м	, кПа	СI, кПа			τ		hi, м
0	0	23	11	0,194	23
1,5	24	23	11	0,194	26	24	1,5
3,5	56	22	12	0,213	30	28	2
5,5	88	22	12	0,213	35	32	2
6	96	23	10	0,176	35	35	0,5

 

Рис.5 Схема к определению  расчетного сопротивления на боковой поверхности сваи при учете отрицательных сил трения

 

4.4. Расчет деформаций  основания и фундамента как  куста свай

Определяем количество свай в кусте по формуле:

– суммарная вертикальная нагрузка (N₁=960 кН – наибольшая вертикальная нагрузка от самого неблагоприятного сочетания, N₂=419 кН – вес стены) – 1379кН

(рис.6)

Рис. 6 Схема расположения забивных свай в кусте

Определяем размеры  условного фундамента (рис. 7)

D_y=21,5+1.5=23м

Объем условного фундамента  
 
Вес условного фундамента

 

Масса двух свай СНпр 11-30 m=5т, объем V=2 м³

 

Рис.7 Схема к расчету  деформаций основания свайного фундамента

 

 

Разбиваем грунт ниже подошвы ростверка на слои h=(0,2-0,4)B_y. 0,2*1,72=0,344м;0,4*1,72=0,688м. Принимаем h=0,688м

Определяем деформации основания фундамента как куста  свай (табл.5)

 

 

 

 

 

Таблица 5

h, м	z, м	кПа	ξ	α	кПа	кПа	кПа	Si., м
	0	373	0	1	622
0,688	0,688	384	0,8	0,857	533	578		0,024
0,688	1,376	395	1,6	0,544	338	436		0,020
0,688	2,064	406	2,4	0,350	218	278		0,013
0,688	2,752	417	3,2	0,231	144	181		0,009
0,688	3,440	428	4,0	0,160	100	122		0,006
0,688	4,128	439	4,8	0,117	73	87		0,004

 

Суммарная осадка фундамента ΣS=0.076м<S_u=0.08м

5. Фундамент  из буронабивных свай

5.1. Определение  длины сваи

В рассматриваемых  местных условиях для проектируемого здания можно использовать практически все виды свай. В качестве варианта запроектируем фундаменты из буронабивных железобетонных цельных свай круглого сечения. Диаметр сваи принимаем  34 см. Длину сваи назначаем 22 м.

Высоту ростверка  назначаем 1,5 м. Тогда при отметке планировки 0,000 отметка подошвы будет -1,500, а толщина дна стакана 0,6м, что больше минимальной, равной 0,25.  

 В качестве  несущего пласта выбираем глину коричневую. Сваи заглубляем в этот слой на 1,5 м

Глубина погружения относительно отметки планировки равна 22+1,5=23,5м

5.2. Расчет несущей  способности сваи

Расчетная несущая  способность висячей сваи в грунтовых  условиях II типа определяется по формуле:

γ_с – коэффициент условия работы сваи. Для буронабивных свай принимается равным 1.

γ_сr – коэффициент условий работы грунта под нижним концом сваи – 1

R – расчетное сопротивление  грунта прогнозируемой влажности  – 2650 кПа

А – площадь опирания на грунт нижнего конца сваи, для  буронабивных свай по площади поперечного  сечения – 0,09м²

u – наружный периметр поперечного сечения ствола сваи – 2πR=2*3,14*0,17=1.07м

γ_сf – коэффициент условий работы грунта по боковой поверхности сваи – 0.8

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

f₁=80,4 кПа при средней глубине расположения слоя l₁=21м

f₂=83,2 кПа при средней глубине расположения слоя l₂=23м

h_i – толщина i-го слоя грунта

 

Рис.8 Схемы к выбору глубины погружения и расчету  несущей способности буронабивной сваи

 

 

5.3. Расчет отрицательных  сил трения по боковой поверхности  сваи. Допустимая нагрузка на  сваю

 

Определяем нагрузку, допускаемую на сваю по формуле:

- коэффициент надежности, принимаемый  равным 1,4, так как несущая способность сваи определяется расчетом

- коэффициент условий работы. Принимается  равным 0.8, так как S_sl,g>2S_u

P_n – отрицательная сила трения, вычисляемая по формуле:

 – расчетная глубина, до которой производится суммирование отрицательных сил бокового трения проседающих слоев грунта(табл.6)

- расчетное сопротивление на  боковой поверхности сваи, определяемое  для i-го слоя до глубины  6 м от уровня планировки по формуле

 – коэффициент бокового давления грунта, принимается равным 0.7

Таблица 6

z, м	, кПа	СI, кПа			τ		hi, м
0	0	23	11	0,194	23
1,5	24	23	11	0,194	26	24	1,5
3,5	56	22	12	0,213	30	28	2
5,5	88	22	12	0,213	35	32	2
6	96	23	10	0,176	35	35	0,5

 

Так как нагрузка допустимая на сваю получилась отрицательной, увеличиваем  длину сваи. Принимаем длину сваи равной 28м

В качестве несущего пласта выбираем глину коричневую. Сваи заглубляем в этот слой на 8,6 м

Глубина погружения относительно отметки планировки равна 28+1,5=29,5м

R – расчетное сопротивление  грунта прогнозируемой влажности  – 3250 кПа

К рисунку 9

f₁=80,4 кПа при средней глубине расположения слоя l₁=21м

f₂=83,2  кПа при средней глубине расположения слоя l₂=23м

f₃=86 кПа при средней глубине расположения слоя l₃=25м

f₄=88,8 кПа при средней глубине расположения слоя l₄=27м

f₅=90,5 кПа при средней глубине расположения слоя l₅=28,5м

 

 

Рис.9 Схемы к выбору глубины погружения и расчету несущей способности буронабивной сваи

 

 

 

 

 

 

 

 

5.4. Расчет деформаций  основания и фундамента как  куста свай

Определяем количество свай в кусте по формуле:

– суммарная вертикальная нагрузка – (N₁=960 кН – наибольшая вертикальная нагрузка от самого неблагоприятного сочетания, N₂=419 кН – вес стены) – 1379кН

(рис.10)

Рис. 10 Схема расположения буронабивных свай в кусте

Определяем размеры  условного фундамента (рис )

D_y=29,5м

Объем условного фундамента:  
Вес условного фундамента:

Масса сваи m=6,1т, объем V=2,54 м³

 

Рис.11 Схема к расчету  деформаций основания свайного фундамента

 

Разбиваем грунт ниже подошвы ростверка на слои h=(0,2-0,4)B_y. 0,2*4,04=0,808м,

0,4*4,04=1,616м. Принимаем h=1,616м. Данные заносим в табл.7

Таблица 7

h, м	z, м	кПа	ξ	α	кПа	кПа	кПа	Si., м
	0	478	0	1	356
1,616	1,616	504	0,8	0,857	305	331		0,031
1,616	3,232	530	1,6	0,544	194	250		0,024
1,616	4,848	556	2,4	0,350	125	160		0,015
1,616	6,464	581	3,2	0,231	82	104		0,009

 

 

 

 

Суммарная осадка фундамента ΣS=0.079м <S_u=0.08м

 

6. Выводы

При проектировании фундаментов  для  грунтовых условий данного типа получены следующие результаты:

Просадка от собственного веса грунта составляет 48,7см, что больше допустимых 5см, значит данные грунты относятся ко II типу по просадочности

Суммарная деформация основания  фундамента мелкого заложения превышает  допустимую, следовательно данный вид  фундамента применить невозможно;

При проектировании фундамента из забивных свай подобрано необходимое количество свай, равное 4 длиной равной 22 м;

При проектировании фундамента из буронабивной сваи подобрано необходимое количество свай равное 8 длиной равной 28м;

Осадка фундамента из забивных и буронабивных свай находится в пределах допустимой, рекомендуется принять фундамент из забивных свай, так как длина и количество этих свай меньше, чем буронабивных