Проектирование фундаментов под 9-этажное здание в открытом котловане

МОСКОВСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

Кафедра Механика грунтов, оснований и фундаментов.

 

 

КУРСОВОЙ  ПРОЕКТ

 

на тему:

  «Проектирование фундаментов под  9-этажное

здание  в открытом котловане».

 

 

 

Факультет, курс, группа………

Студент………...

Геология............23

Конструкция……5

Этаж………….9

Город….Кострома

 

Москва 2013

 

Содержание

 

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КЛАССИФИКАЦИОННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ГРУНТОВ.

 

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТА МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ

  ДЛЯ ЗДАНИЯ С ПОДВАЛОМ

 

1. Определение рассетных нагрузок на фундаменты
2. Определение глубины заложения фундамента
3. Подбор фундаментной подушки графическим способом и ее рассчет
4. Определение конечной (стабилизированной) осадки фундамента методом послойного суммирования

 

3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ

 

1. Назначение предварительной глубины заложения ростверка
2. Выбор свай
3. Определение несущей способности по грунту расчет нагрузки на одну сваю
4. Определение необходимого числа свай и определение габаритных размеров ростверка
5. Рассчет одиночной сваи по I группе предельных состояний: по несущей способности грунта основания сваи
6. Рассчет основания свайного фундамента по II группе пред.состояний: по деформациям
7. Подбор молота для забивки свай и определение расчетного отказа
8. Определение конечной (стабилизированной) осадки фундамента методом послойного суммирования
9. Определение конечной (стабилизированной) осадки фундамента методом эквивалентного слоя
10. Рассчет стабилизации осадки во времени.

 

4. ПОДСЧЕТ ОБЪЕМОВ РАБОТ 

 

1. Фундамент мелкого заложения
2. Свайный фундамент

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КЛАССИФИКАЦИОННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ГРУНТОВ ПЛОЩАДКИ И ИХ СОПРОТИВЛЕНИЙ R.

 

 

1. Определение табличных расчетных сопротивлений слоев грунта.

 

 

Слой – 1:Растительный слой - срезается

 

Слой – 2: Пылевато-глинистый грунт

 

а) Определение  типа пылевато-глинистого грунта по числу  пластичности.

• влажность на границе текучести:       W_L=25.1%=0,251;
• влажность на границе раскатывания: W_Р=19.4%=0,194;
• природная влажность грунта: W=25.8%=0,258

 

• Число пластичности: - грунт глинистый;
• Тип пылевато-глинистого грунта: супесь;

 

б) Определение  разновидности (состояние) супесипо индексу текучести

• Индекс текучести: ;
• Консистенция грунта: супесь текучая;

 

в) Определение  коэффициента пористости:

• Коэффициент пористости: 

г) Определение расчетного сопротивления грунтов

 _{не нормируется}

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Слой – 3:Пылевато-глинистый грунт

 

а) Определение  типа пылевато-глинистого грунта по числу  пластичности.

• влажность на границе текучести:       W_L=23.5%=0,235;
• влажность на границе раскатывания: W_Р=17%=0,17;
• природная влажность грунта: W=25.4%=0,254.

 

• Число пластичности: - грунт глинистый;
• Тип пылевато-глинистого грунта: супесь;

 

б) Определение  разновидности (состояния) суглинкапо индексу текучести

• Индекс текучести: ;
• Консистенция грунта: супесь текучая;

 

в) Определение  коэффициента пористости:

• Коэффициент пористости: 

г) Определение расчетного сопротивления грунтов

 _{не нормируется}

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Слой – 4:Пылевато-глинистый грунт

 

а) Определение  типа пылевато-глинистого грунта по числу  пластичности.

• влажность на границе текучести:       W_L=37%=0,37;
• влажность на границе раскатывания: W_Р=22%=0,22;
• природная влажность грунта: W=25%=0,25.

 

• Число пластичности: - грунт глинистый;
• Тип пылевато-глинистого грунта: суглинок;

 

б) Определение  разновидности (состояния) суглинкапо индексу текучести

• Индекс текучести: ;
• Консистенция грунта: суглинок полутвердый;

 

в) Определение  коэффициента пористости:

• Коэффициент пористости: 

г) Определение расчетного сопротивления грунтов

Интерполируем значения по для

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Слой – 5:Песчаный грунт.

 

а) Определение типа песчаного грунта производится по гранулометрическому  составу:

 

Гранулометрический  состав,%(мм).

>2.0	2.0-0.5	0.5-0.25	0.25-0.10	0.10-0.05	0.05-0.01	0.01-0.005	<0.005
-	-	62	20	17	2.5	1.4	0.4

 

Содержание  частиц более 0.25мм=62%>50%, следовательно, данный грунт по гранулометрическому составу относится к пескам средней крупности

 

б) Определение  вида песчаного грунта по коэффициенту пористости.

Песок средней  крупности, ρ_s = 2.7 т/м³, ρ= 2,06 т/м³, природная влажность грунта W = 22.2%.

 

следовательно, что это песок ср. плотности.

 

в) Определение  разновидности песка по степени  влажности.

ρ_w = 1,0 т/м³.

г) Определяем степень влажности (т.е. степень заполнения пор водой):

следовательно, что это песок насыщенный водой.

 

Итого имеем слой грунта:  Песок средней крупности, ср. плотности, насыщенный водой.

 

д) Определение расчетного сопротивления R₀.

 

Расчетное сопротивление: 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГРУНТОВ.

 

№ слоя (ИГЭ)	Наименование грунта	γs= ρsxg	γ= ρxg	γsb	W	JP	JL	e	Sr	φ	С	Ro
1	Насыпной грунт	-	15.8	-	-	-	-	-	-	-	-	-
2	Супесь текучая	26.8	20.0	-	25.8	0.057	1.12	0.68	-	160	8	-
3	Супесь текучая	26.8	19.8		25.4	0.065	1.29	0.697		150	9	-
4	Суглинок полутвердый	27.0	19.8	-	25.0	0.15	0.2	0.7	-	170	16	236
5	Песок ср. крупности, ср.плотности, насыщ. водой	27.0	20.6	6.62	22.2	-	-	0.601	0.99	310	-	400

 

 

3 ОСНОВАНИЕ СООРУЖЕНИЯ  И ЕГО ОЦЕНКА.

 

 

Инженерно-геологический разрез, построенный  по результатам исследования образцов грунта в скважине 1-3 выявил слоистое напластование грунтов до глубины 15 м. Под растительным слоем мощностью 1 м последовательно расположены слои разнородных грунтов:  2 слоя текучей супеси, суглинка полутвердого, песка средней крупности средней плотности.

Расчётное сопротивление 2х слоев супеси не нормируется, что затрудняет дать первоначальную оцену о возможности использования этих слоев в качестве основания. Необходимо производить расчет. Гидрогеологическая обстановка определяется наличием в толще грунта уровня подземных вод, залегающих на глубине 1 м. Слой текучей супеси является водоупором

Планировочную отметку DLназначаем равной отметке 2й скважины 161.0, такая отметка назначается из условия того, что фундамент мелкого заложения будет распологаться в слое текучей супеси.

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТА МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ.

 

1. Определение расчетных нагрузок на фундаменты.

 

Расчет  оснований и фундаментов производится по расчетным нагрузкам, которые  определяются как произведение нормативных  нагрузок на соответствующие коэффициенты. При проектировании ленточных фундаментов  расчет ведется для одного метра  его длины и определяется ширина подошвы фундамента. Проектирование оснований и фундаментов зданий и сооружений ведется в основном по II группе предельных состояний по деформациям.

Поскольку здание имеет подвал во всех осях, то нормативные нагрузки на фундаменты стен по осямА и Бнеобходимо увеличить, согласно заданию на следующие показатели:

 

	Нагрузка на фундаменты
Ось 1,5 (стена)	Постоянная	220 кН/м
	Временная	28 кН/м
Ось 2,4 (стена)	Постоянная	286 кН/м
	Временная	53 кН/м

 

Расчетная нагрузка, действующая по обрезу фундамента, определяется по формуле:

N_II = N_П×n + N_B×n_cn’;

где n и n¢ - коэффициенты перегрузок, применяемые для расчета фундаментов по II группе предельных состояний по деформациям.

для фундаментов мелкого заложения - n = n¢ = 1.

n_с – коэффициент сочетания пост. и вр. нагрузок (снеговая и т. д.).n_c = 1.

 

N_II = 220+28 = 248 кН/м – для внешних стенпо оси 1,5

N_II = 286+53 = 339 кН – для внутренних стен по оси 2,4

 

N_I = 220*1.1+1.4*0.9*28 = 277.3 кН/м – для внешних стен по оси 1,5

N_I = 286*1.1+1.4*0.9*53 = 381.4 кН– для внутренних стен по оси 2,4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Определение глубины заложения фундамента.

 

а).  Определим глубину заложения  фундамента исходя из конструктивных особенностей здания.

, где

- глубина заложения фундамента, м

=2.5 (м) – разность отметок пола первого этажа и пола подвала;

=0,2 (м) – толщина  пола подвала, принимаемая в  пределах 0,15-0,2 м

=0,5 (м) – заглубление подошвы фундамента от низа пола подвала

=0.9 (м) – высота цокольной части здания

 

 

Б). Определим глубину заложения  фундамента в зависимости от глубины промерзания.

Вычислим безразмерный климатический  коэффициент  для города Кострома, в районе которого запланировано возведение данного здания. Коэффициент численно равен сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном регионе.

В соответствии со СНиП 2.01.01-82,

 

Нормативная глубина промерзания  определяется по формуле:

,  где

- величина, для песков средней крупномти принимаемая равной 0,3

 

Расчётная глубина сезонного промерзания  грунта определяется по формуле:

, где

- коэффициент,  учитывающий влияние теплового  режима здания (в данном проекте  предусмотрено устройство отапливаемого  подвала).

 

Из двух полученных значений и выбираем наибольшее

 

Таким образом, глубина заложения  фундамента проектируемого здания составляет 2.3 м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Подбор фундаментной подушки графическим способом.

Расчет ленточного фундамента под наружные стены

Подбираем графическим  методом площадь подошвы фундамента А_ф.

p₂≤R.

а) определяем среднее давление p_2,iпод подошвой фундамент для каждой площади:

, i=1,2,3…

 

 

 

 

 

 

 

б) Вычисляем расчетное сопротивление  грунта основания по ф-ле СНиП 2.02.01-83^*.

 

и - коэф-ты условий работы грунтового основания и здания во взаимодействии с основанием.

1 (супесь текучая с ).

(гибкая конструктивная  схема здания).

_z=1 (ширина подошвы фундамента заведомо меньше 10м);

b-ширина подошвы фундамента, м.

k=1 – т.к. прочностные характеристики грунта φ_IIи С_IIопределены непосредственно по результатам испытаний грунтов;

M_γ, M_q, M_c – коэффициенты, принимаемые по таблице 4 СНиП [2]в зависимости от значения φ_II слоя грунта под подошвой фундамента:

M_γ=0.36, M_q=2.43, M_c=4.99.

осредненное (по слоям) расчетное значение удельного  веса грунтов, залегающих выше отметки  подошвы фундамента.

 

 

кН/м³ (удельный вес грунта, залегающего ниже подошвы фундамента).

d₁= (приведенная глубина заложения фундамента со стороны подвала);

d_b- глубина подвала- расстояние от уровня планировки до пола подвала,м.d_b=1.6 м.

Определяем значение R₁при b=0м:

R₁=

R₂(b=3.2м)=

 

Строим график:

 

 

 

По каталогу конструктивных элементов  принимаем ленточный фундамент ФЛ28.24-3 высотой 500мм.

         Определим  значение R при такой ширине и высоте фундамента:

R₂(b=2.8м)=

Выполним проверку среднего фактического давления под подошвой фундамента

 

Собственный вес фундамента Q_II складывается из веса железобетонной  плиты ФЛ28.12-3, стеновых блоков и пригрузки от пола подвала на внутренней консольной части опорной плиты

Вес грунта на консольной части фундаментной плиты с наружной стороны:

Итак:полная расчетная нагрузка, действующая на грунт на отметке

подошвы фундамента при ширине опорной плиты b=2.8 м составляет:

При этом среднее напряжение p_IIпод подошвой фундамента на 1 пог.м его длины составит:

Сравниваем  полученное значение p_II при принятых размерах фундаментной плиты ФЛ12.24-3 с расчетным сопротивлением R грунта основания:

Условие на контакте подошвы фундамента и грунта выполняется.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчет ленточного фундамента под внутренние стены по осясям 2, 3, 4

 

Определим глубину заложения фундамента исходя из конструктивных особенностей здания.

, где

- глубина заложения фундамента, м

=2.5 (м) – разность отметок пола первого этажа и пола подвала;

=0,2 (м) – толщина  пола подвала, принимаемая в  пределах 0,15-0,2 м

=0,5 (м) – заглубление подошвы фундамента от низа пола подвала (высота столб.фундамента)

=0.9 (м) – высота цокольной части здания

 

Подбираем графическим  методом площадь подошвы фундамента А_ф.

p₂≤R.

а) определяем среднее давление p_2,iпод подошвой фундамент для каждой площади:

, i=1,2,3…

 

 

 

 

 

 

 

 

б) Вычисляем расчетное сопротивление  грунта основания по ф-ле СНиП 2.02.01-83^*.

 

и - коэф-ты условий работы грунтового основания и здания во взаимодействии с основанием.

1 (супесь текучая с ).

(гибкая конструктивная  схема здания).

_z=1 (ширина подошвы фундамента заведомо меньше 10м);

b-ширина подошвы фундамента, м.

k=1 – т.к. прочностные характеристики грунта φ_IIи С_IIопределены непосредственно по результатам испытаний грунтов;

M_γ, M_q, M_c – коэффициенты, принимаемые по таблице 4 СНиП [2]в зависимости от значения φ_II слоя грунта под подошвой фундамента:

M_γ=0.36, M_q=2.43, M_c=4.99.

осредненное (по слоям) расчетное значение удельного  веса грунтов, залегающих выше отметки  подошвы фундамента.

 

 

кН/м³ (удельный вес грунта, залегающего ниже подошвы фундамента).

d₁= (приведенная глубина заложения фундамента со стороны подвала);

d_b- глубина подвала- расстояние от уровня планировки до пола подвала,м.d_b=1.6 м.

Определяем значение R₁при b=0м:

R₁=

R₂(b=4.0м)=

 

Строим график:

 

 

 

По каталогу конструктивных элементов  принимаем ленточный фундамент ФЛ32.12-3 высотой 500мм.

         Определим  значение R при такой ширине и высоте фундамента:

R₂(b=3.2м)=

Выполним проверку среднего фактического давления под подошвой фундамента

 

Собственный вес фундамента Q_II складывается из веса железобетонной  плиты ФЛ32.12-3, стеновых блоков и пригрузки от пола подвала на внутренней консольной части опорной плиты

Итак:полная расчетная нагрузка, действующая на грунт на отметке

подошвы фундамента при ширине опорной плиты b=2.8 м составляет:

При этом среднее напряжение p_IIпод подошвой фундамента на 1 пог.м его длины составит:

Сравниваем  полученное значение p_II при принятых размерах фундаментной плиты ФЛ12.24-3 с расчетным сопротивлением R грунта основания:

Условие на контакте подошвы фундамента и грунта выполняется.

 

 

3. ПРОЕКТИОВАНИЕ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ

ЛЕНТОЧНЫЙ ФУНДАМЕНТ

1. Назначение предварительной глубины заложения ростверка и

решение надростверковой  конструкции ленточного фундамента.

 

На начальном этапе разработки проекта глубина заложения ростверка  dрможет быть назначена лишь предварительно, так как неизвестна высота ростверка hр, которая вычисляется после определения

Рсв– расчетной нагрузки, допускаемой на одну сваю. Назначив предварительно из конструктивных соображений hр=0,5 м, получим глубину заложения ростверка dр.

 

dр=2.5+0.2+0.5-0.9=2.3 м.

 

 

Инженерно-геологические условия  и глубина промерзания при  назначении dрвданном случае не учитываются. Полученную при dр=2.3 м отметку подошвы ростверка и соответственно дна котлована  следует считать так жепредварительной. Она должна быть откорректирована после вычисления hр.

Надростверковая конструкция (стена  подвала) может оставаться такой  же, как вварианте фундамента неглубокого  заложения, поскольку каких-либоубедительных аргументов для отказа от той конструкции  нет.

 

 

2. Выбор вида свай, их длины и поперечного сечения.

Опыт жилищного строительства  указывает на то, что целесообразно  применять забивные сваи квадратного  сечения 30х30 см.Для назначения длины  сваи используется информация о грунтовых  условияхплощадки строительства по расчетному вертикальному сечениюинженерно-геологического разреза, а также о нагрузке и  глубине котлована. Чембольше нагрузка, тем длиннее должны быть сваи и  больше их поперечноесечение. Нижние концы  свай погружают в грунт с достаточно хорошейнесущейспособностью на глубину 1,5….2 м. Учитывая указанное, выбираем сваю С3.30,

(табл. 4.1,4.2 каталога конструкций)длиной3 м и сечением 30х30 см. Так как свая работает нацентральное сжатие ее заделка в ростверк достаточна на 10 см. Следовательно,рабочая длина сваи составляет2.9м (длина острия 0,25 м в длину сваи не входит). Нижний конец сваи при такой ее длине будет погружен в суглинок твердый на глубину 1,1м.

В случае несовпадения отметок NL и DL и  необходимости планировки территории срезкой, подсыпкой или намывом  до 3 м глубину погружения нижнего конца сваи Z и среднюю глубину расположения слоя грунта Zi следует принимать от отметки NL

 

3.  Определение несущей способности сваи по грунту F_d и расчетной

нагрузки Р_св на одну сваю.

Fd - определяется по формуле

γ_с - коэффициент условий работы сваи в грунте ; γс=1;

R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, принимаемое по таблице №4

A – площадь поперечного сечения сваи, м2;

u – наружный периметр поперечного сечения сваи, м;

fi– расчетное сопротивление i-гослоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа, принимаемое по таблице №5

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

γсf– коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи В данном случае = γсf= 1.

 

Находим значения R и fiдля наших инженерно-геологических условий :

 

-для суглинка полутвердого, на глубине 9.2м R=4814 кПа;

 

-для супеси текучей на средней глубине слоя z₁=2.5 м, f₁=18.5 кПа;h₁=0.4м;

 

-для супеси текучей на средней глубине слоя z₂=3.7 м, f₁=21.4 кПа;h₁=2м;

 

-для супеси текучей на средней глубине слоя z₃=5.3 м, f₁=29.6 кПа;h₁=1.2м;

 

-для суглинка полутвердого на средней глубине слоя z₄=6.9 м, f₁=59.8 кПа;h₁=2м;

 

-для суглинка полутвердого на средней глубине слоя z₅=8.55 м, f₁=62.75кПа;h₁=1.3 м;

 

Площадь поперечного сечения сваи A=0,3²=0,09 м2.

 

Периметр площади поперечного  сечения сваи u=1,2 м.

 

Fd =1[1·4814·0.09+1.2(18.5·0.4+21.4·2+29.6·1.2+59.8·2+62.75·1.3)] =433.26+351.47=784.73кН.

Расчетная допускаемая нагрузка на сваю Рсвопределяется по формуле:

 

- коэффициент  надежности. Если F_dопределена расчетом, как в нашем случае, =1.4

 

 

 

 

 

4. Определение необходимого числа свай n в свайном фундаменте,

размещение их в плане, определение ширины b_р и высоты h_р  ростверка.

Необходимое число свай n на один погонный метр длины ленточного фундамента определяется по формуле:

_{определяем  шаг свай:}

N₁ – заданная вертикальная нагрузка.

8 d2 – осредненная грузовая площадь вокруг сваи, с которой передается нагрузка от собственного веса ростверка, надростверковой конструкции и грунтовой пригрузке на ростверке;

d – диаметр (сторона сваи);

h – высота ростверка и надростверковой подземной конструкции, нагрузка от которых не вошла в расчет при определении N1;