Проектирование фундаментов. 2

Содержание

 

1. Анализ исходных данных 

3

  

1.1. Выбор варианта задания для  курсового проекта

3

  

1.2. Инженерно-геологические и гидрогеологические  условия площадки строительства

4

  

1.2.1. Общие требования

4

  

1.2.2. Определение нормативных значений  характеристик физического состояния  грунта и полного названия  грунта

1.2.3. Определение нормативных значений физико-механических характеристик грунтов

1.2.4 Определение расчетных значений физико-механических характеристикгрунтов

1.3. Характеристики проектируемого здания

1.3.1 Общие положения

1.3.2Степень ответственности здания, функциональное назначение

1.3.3Оценка жесткости  надземных конструкций и предельные  деформации оснований

1.3.4Определение  расчетных нагрузок, действующих  на фундаменты

1.3.5Выбор основных  несущих конструкций надземной  части здания

 

4

 

7

 

8

10

10

10

 

10

11

11

  

2. Проектирование фундаментов мелкого  заложения

13

  

2.1. Назначение глубины заложения  фундамента

13

  

2.2. Определение размеров подошвы  фундамента

14

  

2.2.1. Назначение предварительных размеров  подошвы фундамента

14

  

2.2.2. Определение расчетного сопротивления грунта

15

  

2.2.3. Проверка давления под подошвой  фундамента

2.3. Определение осадки фундамента

                2.3.1. Эпюра природного давления под центром подошвы фундамента

                2.3.2. Эпюра дополнительного давления под центом подошвы фундамента. Определение границы сжимаемой толщи

2.3.3. Вычисление осадки фундамента

17

17

17

 

18

18

  

2.4. Расчет на продавливание плитной части фундамента

20

  

3. Проектирование свайных фундаментов

22

  

3.1. Выбор типа сваи и глубины  заложения ростверка

22

  

3.2. Определение несущей способности  сваи

23

  

3.3. Определение количества свай  в ростверке, конструирование  ростверка

24

  

3.4. Проверка несущей способности  наиболее загруженной сваи

25

  

3.5. Определение размеров условного  фундамента

26

  

3.6. Проверка давления под подошвой условного фундамента

27

  

3.7. Определение осадки свайного фундамента

28

  

3.8. Подбор сваебойного оборудования и определение отказа сваи

30

  

4. Технико-экономическое сравнение вариантов фундаментов

32

  

5. Технология производства работ по устройству фундаментов

33

  

Список использованной литературы

36

  

 

1. АНАЛИЗ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ

1.1. Выбор варианта  задания для курсового проекта.

Задание на курсовой проект  включает в себя шифр, состоящий из 5 цифр – 12627.

Первая цифра – литология  площадки и основные характеристики физического состояния грунтов, вторая – гранулометрический состав песчаных грунтов, третья – характеристики проектируемого здания, четвёртая – вариант района строительства, пятая – отметки устья скважины.

 

1. Литология  площадки и основные характеристики  физического состояния  грунтов табл.1.

Таблица 1 -Основные характеристики физического состояния  грунтов.

№ слоя

Мощность слоя по скважинам

Грунтовые воды

rs,

г/см3

r,

г/см3

W

Wp

WL

PД,

МПа

1

2

3

1

1,5

2,0

1,5

Агр.

2,79

1,75

16

14

19

2,20

2

4,0

5,0

4,5

2,68

1,98

19

-

-

3,40

3

не установлена

2,65

1,90

19

18

27

3,20


Примечание: уровень грунтовых вод принимаем  по кровле песчаных грунтов.

 

2. Вариант  гранулометрический состава песчаных грунтов табл.2.

Таблица 2–Гранулометрический состав песчаного грунта.

Содержание фракций (%), диаметром (мм).

> 10,0

10,0-5,0

5,0-2,0

2,0-1,0

1,0-0,5

0,5-0,25

0,25-0,10

< 0,10

-

0,5

8.2

10,0

15,0

31,0

12,0

23,3


 

3. Одноэтажное трехпролетное здание длиной 84м, оборудованное мостовым краном грузоподъемностью 14 т. Шаг колонн 6 м, пролет 18 м, высота до верха колонн 12 м. Нормативная нагрузка N=1250 кН, М= 125 кНм. Стены из панелей.

4. Район строительства – г.  Гродно.

5. Отметки устья скважины табл.3:

Таблица 3 -Отметки устья скважины.

Отметки устья скважин

Скважина 1

Скважина 2

Скважина 3

122,14

122,89

123,76


 

Рисунок 1 – Схема расположения грунтовых выработок

1.2. Инженерно-геологические и гидрогеологические  условия площадки строительства.

1.2.1. Общие требования.

Для обоснования  проектных решений по устройству фундаментов, необходимо, прежде всего, изучить инженерно-геологические  условия площадки.

В курсовом проекте предусмотрено основание, состоящее из трех различных слоев  грунта. Для каждого слоя необходимо:

- определить  расчетные  характеристики  физического   состояния грунтов;

- определить  полное название грунта по  СТБ 943-2007[2];

- определить  нормативные значения прочностных  и деформационных свойств грунтов по таблицам пособия П2-2000 к СНБ 5.01.01-99 [3];

- определить  расчетные значения физико-механических  характеристик грунтов;

-построить  инженерно-геологический разрез  строительной площадки.

1.2.2 Определение нормативных значений характеристик физического состояния грунта и полного названия грунта

Для оценки физического состояния и определения  типа, вида и разновидности грунта вычисляются следующие характеристики грунта.

Для всех слоев  грунта определяют:

- плотность  сухого грунта (скелета грунта) – rd определяется по формуле

,(1.2.2.1)

где   r– плотность грунта, ,

– природная  влажность грунта в долях единицы.

Коэффициент пористости грунта (e) определяется по формуле

, (1.2.2.2)

где  rs– плотность твердых частиц грунта,  .

Степень влажности (коэффициент водонасыщенности) определяется по формуле


            (1.2.2.3)

 

где – плотность (объёмная масса) воды, принимаемая равной 1

Для пылевато-глинистых  грунтов дополнительно определяется число пластичности и показатель текучести.

Число пластичности определяется по формуле

,                                                (1.2.2.4)

где – влажность, соответствующая границе текучести. (Влажность грунта, при которой стандартный конус погружается в образец на 10 мм); 
– влажность, соответствующая границе раскатывания (пластичности). Влажность грунта, при которой он теряет способность раскатываться в шнур Ø 2…3мм.

Показатель  текучести определяется по формуле

                                                          (1.2.2.5)

В качестве примера проведем расчет основных характеристик  грунта для 1-го слоя (данные приведены в таблице 1):

г/см3;

;

;

;

;

 

 

Результаты  расчетов для других слоев приведены  в таблице 5.

При выполнении курсового проекта классификацию  обломочных пылевато-глинистых грунтов  производим по типу и разновидности:

- тип грунта  определяется по числу пластичности  , табл. 5.2 [2](так, например, для 1-го слоя  4≤Iр = 5%≤7, следовательно, данный грунт супесь);

- разновидность  по прочности (сопротивлению грунта  при зондировании), табл.5.5, 5.6 [2], (т.к. 1,2 ≤ pd = 2,2 ≤ 2,8 МПа, то данный грунт средней прочности)и по показателю текучести , (т.к.  0 ≤ IL = 0,4≤ 1, то данный грунт является пластичным).

Для песчаных грунтов проводим анализ гранулометрического  состава и определяем вид песчаного  грунта и разновидность:

- вид обломочно-песчаных  грунтов определяется по гранулометрическому составу и по показателю максимальной неоднородности , разд. 2 [2];

- разновидность  – по прочности (сопротивлению  грунта при зондировании) и по степени влажности , табл. 4.2 [2]. 

Определим основные характеристики песчаного  грунта (слой 2) на основе данных о его гранулометрическом составе (табл.2).Анализ гранулометрического состава грунта проводим в табличной форме (таблица 4).

 

 

  Таблица 4 –Гранулометрический  состав песка

№

п/п

Содержание фракций

Диаметр фракций (), мм.

сумма

>10,0

10,0

5,0

2,0

1,0

0,5

0,25

0,10

<0,10

Логарифм диаметра фракций 

1,3

1

0,7

0,3

0

-0,3

-0,6

-1

-1,3

1

Содержание фракций, %

-

-

0,5

8.2

10,0

15,0

31,0

12,0

23,3

100

2

Содержание фракций >,%

-

-

0,5

8,7

18,7

33,7

64,7

76,7

100

  

3

содержание фракций <,%

100

100

99,5

91,3

81,3

66,3

35,3

23,3

0

  

 

Т.к. масса  частиц крупнее 0,25 мм составляет >50%, то данный песок по разновидности (по гранулометрическому составу) является средней крупности(согласно табл.5.2 [2]).

Для определения  максимальной неоднородности по данным строки 3 строится кривая однородности грунта (рис.2). Графически определяются значения:

;; ;

; ; ;

.

Вывод: Данный грунт – песок средней крупности неоднородный.

Рисунок 2 – Кривая однородности грунта

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 5 – Характеристики физического состояния грунта

№ ИГЭ

Данные задания

Вычисляемые характеристики

Наименование грунта по СТБ 943-2007

Плотность частиц (ρs), г/см3

Плотность грунта (ρ), г/см3

Влажность (W),%

Влажность текучести (WL),%

Влажность раскатывания (WР), %

Условное дин.сопротивление (РД), МПа

Плотность скелета грунта (ρd) г/см3

Коэффициент пористости (е)

Степень влажности (Sr)

Число пластичности (IP)

Показатель текучести (IL)

1

2,79

1,75

16

19

14

2,20

1,510

0,860

0,520

5

0,400

Супесь, пластичная

2

2,68

1,98

19

-

-

3,40

1,660

0,610

0,830

-

-

Песчаный, средний, насыщенный водой,неоднородный

3

2,65

1,90

19

27

18

3,20

1,597

0,660

0,763

9

0,110

Суглинок, полутвердый


 

1.2.3 Определение нормативных значений физико-механических характеристик грунтов

Нормативное значение удельного веса грунта определяется по плотности грунта в естественном состоянии: где g – ускорение свободного падения ≈10 м/сек2. Единицы измерения удельного веса кН/м3. Кроме того для водопроницаемых грунтов необходимо определить удельный вес грунта в водонасыщенном состоянии

(1.6)

где – удельный вес воды, равный 10кН/м удельный вес воды, равный 10кН/м3.

Для оценкипрочностных  и деформационных свойств грунтов  необходимо определить нормативные  значения механических характеристик  грунтов:

- угол внутреннего  трения ;

- удельное  сцепление ;

- модуль  общей деформации .

В рамках курсового  проекта значения прочностных и  деформационных свойств грунтов  принимаются по таблицам Д2, Д4 приложения Д П2-2000 СНБ 5.01.01-99 [3]. Результаты вычислений и соответствующих определений сведены в таблицу 6.

1.2.4 Определение расчетных значений физико-механических характеристикгрунтов

При проектировании оснований и фундаментов по двум группам предельных состояний в  расчётах используются расчётные значения физико-механических характеристик  грунтов:

- удельного  веса ;

- угла внутреннего  трения ;

- удельного  сцепления .

Расчётные значения характеристик грунтов  для первой и второй группы предельных состояний определяем путём деления  нормативных значений на коэффициент  надёжности по грунту , принимаемого в рамках курсового проекта:

- в расчетах оснований по деформациям ;

- в расчетах оснований по несущей способности:

- для удельного сцепления ;

- для угла внутреннего трения песчаных грунтов ;

- то же, пылевато-глинистых.

Результаты  расчета приведены в таблице 6.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 6 – Нормативные и расчетные значения физико-механических характеристик

№ ИГЭ, название грунта

Удельный вес, кН/м3

Удельное сцепление, кПа

Угол внутреннего трения, градус

Модуль деформа-ции, E

 МПа

gn

gI

gII

 

CI

CII

jn

jI

jII

Супесь, пластичная, средней прочности

17,5

4,19

17,5

4.19

17,5

4,19

25,5

17,0

25,5

26,8

23,30

26,8

13,6

Песчаный, средний, насыщенный водой,

неоднородный,

средней прочности.

19,8

6,09

19,8

6,09

19,8

6,09

22,0

14,67

22,0

33,4

29,04

33,4

15,6

Суглинок, полутвердый, прочный.

19,0

5,42

19,0

5,42

19,0

5,42

39,2

26,13

39,2

26,0

22,61

26,0

16,6


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3 Характеристики проектируемого здания

1.3.1 Общие положения

В данном разделе  курсового проекта необходимо установить:

- степень  ответственности здания;

- функциональное  назначение;

- оценить  жесткость надземных конструкций;

- установить  значения предельно возможных  деформаций для данного сооружения;

- определить  расчетные значения нагрузок, действующих  на фундаменты и основания;

- подобрать  основные несущие конструкций  надземной части здания.

1.3.2Степень ответственности здания, функциональное назначение

Степень ответственности  здания в Республике Беларусь определяется в соответствии с приказом №91 Министерства архитектуры и строительства. В  рамках курсового проекта степень  ответственности определяется по предложенным данным приложения 3[3].

Класс ответственности  проектируемого здания 1. Коэффициент  надежности по значению gn=1.

Функциональное  назначение здания определяется его  архитектурно-планировочным решением. В проектируемом здании не предусмотрен подвал. Отсутствие подвала будет  учитываться при выборе глубины  заложения фундамента.

Оценка  особенностей технологических процессов  производится с точки зрения их неблагоприятного влияния на физико-механические свойства грунтов. Проектируемое здание оборудовано  мостовым краном грузоподъемностью  14 т, что оказывает динамическое воздействие на грунт. Однако в рамках курсового проекта это влияние на грунт не учитывается. В расчет берется только возможное повышение уровня грунтовых вод. Также необходимо предусмотреть защиту фундаментов и подземной части здания от проникновения влаги.  

1.3.3Оценка жесткости надземных конструкций и предельные деформации оснований

Одним из принципов  проектирования оснований и фундаментов  является учет совместной работы оснований  и надземных конструкций.

Одноэтажное промышленное здание, указанное в  задании на курсовое проектирование, относится к зданиям с гибкой конструктивной схемой.  В данном случае неравномерная осадка фундаментов  конструкций не приводит к возникновению  дополнительных внутренних усилий в  конструкциях.

В этом случае назначают:

- предельные  значения деформаций грунта (табл. Б.1[2]):

- максимальная (средняя) осадка;

- относительная разность осадок.

- корректирующий  коэффициент при определении  расчетного сопротивления грунта (табл.В.1 [2]): для зданий с гибкой  конструктивной схемой принимается  равным единице 

1.3.4Определение расчетных нагрузок, действующих на фундаменты

В задании  на курсовой проект даны нормативные  значения продольной силы и момента, действующих в плоскости обреза фундамента

В курсовом проекте принимаем следующие  расчетные нагрузки на фундамент:

- при расчете  оснований по II группе предельных состояний (по деформациям)

-при расчете  оснований по I группе предельных состояний –равными нормативным, умноженным на осредненный коэффициент надежности по нагрузкам

1.3.5Выбор основных несущих конструкций надземной части здания

При проектировании фундаментов необходимо знать тип  и размеры основных несущих конструкций  надземной части здания. Для каркасного одноэтажного промышленного здания – тип и размер колонн (принимаем  по [8]). Согласно серии 1.424.1-5 выбираем колонну исходя из отметки верха колонн и шага. Подбираем колонны: крайние – 3К120; средние 10К120. Эскиз колонны показан на рисунке – 3.

 

 

Рисунок 3–Эскиз колонны

 

2 Проектирование фундаментов мелкого  заложения

2.1 Назначение глубины  заложения фундамента.

Глубина заложения  фундаментов (расстояние от уровня планировки до уровня подошвы фундамента) назначаем  в зависимости от:

1) назначения  и конструктивных особенностей  проектируемого сооружения и  применяемых конструкций;

2) инженерно-геологических  условий площадки;

3) глубины  промерзания грунтов; 

4) фундаменты  мелкого заложения проектируем  столбчатого типа;

5) для зданий  без подвала глубина заложения  назначается в зависимо от  глубины промерзания грунта;

6) в курсовом  проекте принимается, что здания  проектируется с отапливаемым  режимом работы с расчетной  температурой воздуха внутри  помещений 200С.

При определении  глубины заложения фундамента также  учитываются конструктивные особенности  устройства стыка между колоннами  и фундаментом:

- расстояние  от уровня пола до обреза  фундамента в безподвальных зданиях принимается равным 0,15м;

- между  нижней гранью колонны и фундаментом  предусматривается зазор 50мм;

- толщина  плитной части фундамента должна  быть не менее 200мм.

Также значительное влияние на выбор  глубины заложения  фундамента оказывают инженерно-геологические  условия площадки. В данном курсовом проекте нет слабых слоев грунта, поэтому глубина заложения не зависит от инженерно-геологических  условий.

Глубина заложения  стен и колонн с учетом глубины  промерзания назначается в соответствии с п.п. 5.7 [5].

Расчетная глубина сезонного промерзания  грунтов (df), м, определяется по формуле

df= kndfn           (2.1)

где   kn– коэффициент влияния теплового режима сооружения на промерзание грунта у фундамента, принимаемый по таблице 5.3[4];

dfn– нормативная глубина сезонного промерзания грунтов, определяемая по 3.6 [6].

df= 0,8∙65=52,0 см.

Окончательно  глубина заложения в зависимости  от глубины сезонного промерзания  назначается с учетом глубины  расположения грунтовых вод в  соответствии с п.п. 5.8-5.9 [5].

Глубина заложения  фундаментов отапливаемых сооружений по условию недопущения морозного  пучения грунтов основания для  фундаментов под наружные стены принимается по таблице 5.4 [5]. Она составляет не менее df..Глубина расположения уровня подземных водотносительно расчетной глубины промерзания dfсоставляет z < 1,0 м. Для фундаментов внутренних стен и колонн независимо от расчетной глубины промерзания.

Расчетное сопротивление грунта под подошвой фундамента для расчетной схемы по теории   линейно-деформируемого полупространства допускается определять по методике, приведенной в приложенииВ[5].

Однако, исходя из конструктивных особенностей промышленного  здания под колонны устанавливаются  одноступенчатые отдельно стоящие фундаменты стаканного типа (табл.7)

Таблица 7 – Номенклатура фундамента типа ФД

Эскиз фундамента

Марка фунда-мента

Размеры фундамента в мм

H ф

а

an

b

bn

h 0 (h1)

1

2

3

4

5

6

7

8

Ф6.1.5

1800

2700

2100

2100

1500

300


 

2.2 Определение размеров  подошвы фундамента

2.2.1 Назначение предварительных  размеров подошвы фундамента

Размеры подошвы  фундамента определяют путем последовательных приближений, или используя аналитический  или графический метод.

В порядке  первого приближения площадь  подошвы фундамента определяется по формуле:

                                                      (2.1)

где – расчетная нагрузка в плоскости обреза фундамента для расчета основания по предельному состоянию второй группы, кН;

– расчетное  сопротивление грунта, залегающего  под подошвой фундамента, принимаемый  по табл.2 приложения 3 [7];кПа;

– осредненное  значение удельного веса материала  фундамента и грунта на его уступах, принимается равным 20 кН/м3;

– глубина  заложения фундамента от уровня планировки .

 

Размеры подошвы фундамента под  колонну для квадратного фундамента:

 

Размеры фундамента рекомендуется назначать с учетом типовых размеров. Принимаем размеры  фундамента приведённые в таблице 7.

Примечание: при расчете фундамент стаканного типа с размерами в плане 2,1×1,8м и 2,4×1,8м условие не выполнялось

Поэтому примем размеры фундамента:

.

2.2.2Определение расчетного сопротивления грунта

Несущим слоем  для рассматриваемого фундамента является песок, характеризуемый углом внутреннего трения (см. таблицу 6)

Расчетное сопротивление грунта основания  R определяется с учетом методики, предложенной в [3]. Для зданий без подвала

                              (2.2)

 

гдеγс1 = 1,2, γс2=1,0– коэффициенты условий работы, принимаемые по таблице B.1 [3];

k =1,1, т. к. прочностные характеристики грунта (φ и с) определены по таблицам СНБ;

Мy=1,484, Мq=6,944 ,Мc=9,016–коэффициенты, принимаемые по таблице В.2 [3];

kz– коэффициент, принимаемый равным: kz = 1 при b < 10;

b–ширина подошвы фундамента, м.

Рисунок 4- Расчетная схема.

Осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента:

  • осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента:

 кН/м;                          (2.3)