Проектирование и расчет фундамента мелкого заложения
Проектирование и расчет фундамента мелкого заложения
1.Вычисление физико-
-6.000 Песок мелкий | |
-8.000 Супесь | |
-13.000 Суглинок | |
Глина |
Физико-механические характеристики грунтов, полученные по результатам испытания образцов сводим в таблицы.
Физико-механические характеристики грунтов, полученные в лабораторных условиях
Номер варианта |
27 | |||
|
Наименование и толщина слоя грунта |
1-й слой – песок мелкий h=6,0 м |
2-й слой – супесь h=2,0 м |
3-й слой – Суглинок h=5,0м |
4-й слой – глина, толщина не ограниченная |
Плотность твердых частиц грунта, ρS, т/м3 |
2,58 |
2,67 |
2,83 |
2,90 |
Плотность грунта, ρS, т/м3 |
1,67 |
1,69 |
1,87 |
1,91 |
Природная весовая влажность грунта, W, д.е |
0,1844 |
0,1046 |
0,2550 |
0,2566 |
Влажность грунта на границе текучести, WL, д.е |
0,185 |
0,126 |
0,380 |
0,425 |
Влажность на границе пластичности, WР, д.е |
0,177 |
0,083 |
0,219 |
0,171 |
Коэффициент бокового расширения грунта, µ |
0,24 |
0,24 |
0,15 |
0,21 |
Коэффициент сжимаемости грунта, m0, 1/МПа |
0,092 |
0,096 |
0,105 |
0,113 |
Физико-механические характеристики грунтов, полученные расчетом
Номер слоя грунта |
1 |
2 |
3 |
4 |
Наименование грунта |
Песок мелкий |
Супесь |
Суглинок |
Глина |
Удельный вес грунта, ¥, кН/м3 |
16,7 |
16,9 |
18,7 |
19,1 |
Удельный вес твердых частиц грунта, ¥S, кН/м3 |
25,8 |
26,7 |
28,3 |
29 |
Удельный вес грунта с учетом взвешивающего действия воды, ¥SW, кН/м3 |
8,66 |
9,57 |
9,71 |
9,59 |
Число пластичности грунта, JP, д.е |
0,008 |
0,043 |
0,17 |
0,254 |
Показатель текучести грунта, JL, д.е |
0,925 |
0,502 |
0,328 |
0,337 |
Коэффициент пористости грунта е, д.е |
0,824 |
0,745 |
0,895 |
0,91 |
Степень влажности грунта Sr, д.е |
0,577 |
0,375 |
0,806 |
0,818 |
Коэффициент относительной сжимаемости грунта mV, 1/МПа |
0,05 |
0,055 |
0,055 |
0,059 |
Модуль деформации грунта Е, МПа |
23,2 |
21,09 |
20 |
19,49 |
2.Заключение по данным геологического разреза площадки строительства и выбор возможных вариантов фундаментов
1-й слой грунта – песок мелкий, толщина слоя 6,0 м. По степени влажности песок мелкий относится к влажным грунтам, по модулю деформации – к малосжимаемым грунтам.
2-й слой грунта – супесь, толщина слоя 2,0 м. По степени влажности супесь относится к влажным грунтам, по показателю текучести находится в пластичном состоянии, по модулю деформации – к малосжимаемым грунтам.
3-й слой грунта –
суглинок, толщина слоя 5,0 м. По
степени влажности суглинок
4-й слой грунта –
глина, толщина слоя не
3.Сбор нагрузок,
действующих на фундамент
№вар. |
А, м |
В, м |
Н, м |
h1, м |
h2, м |
h3, м |
C1, м |
Р1, кН |
Р2, кН |
Т1, кН |
Т2, кН |
Т3, кН |
27 |
7,5 |
1,5 |
7,8 |
0,35 |
0,25 |
1,5 |
0,25 |
840 |
680 |
210 |
160 |
650 |
Вычерчиваем схему промежуточной опоры, на которую наносим действующие усилия
- Нормальное усилие N
N0,II = 6* (Р1+ Р2)=6*(840+680)=9120 кН
N0,I = ¥f* N0,II=1.2*9120=10944 кН
2)Изгибающий момент
M0,II=6*(Р1-Р2)*C1+T1*(H+h1+h2
=240+1764=2004 кН*м
M0,I=¥f* M0,II=1,2*2004=2404,8 кН*м
3)Изгибающий момент
M0,II= T2*(H+h1+h2+h3)=160*(7.8+0.35+
M0,I=¥f* M0,II=1,2*1584=1900.8 кН*м
4)Сдвигающая сила, действующая на отметке 0,000, вдоль моста:
Т0,II=Т1=210 кН
Т0,I=¥f* Т0,II=1,2*210=252 кН
5) Сдвигающая сила, действующая на отметке 0,000, поперек моста:
Т0,II= Т2+ Т3=160+650=810 кН
Т0,I=¥f* Т0,II=1,2*810=972 кН
6)Вес опоры:
а)вес тела опоры:
Non,II=Aon*H*¥б=[(A-B)*B+π*(B/
=[(7.5-1.5)*1.5+3.14*(1.5/2)2]
Non,I=¥f* Non,II=1,2*2099,4=2519,3 кН
б)вес подферменника:
Nпф,II=Апф*Н*¥б={[A+8*C1-(B/2+
={[7.5+8*0.25-(1.5/2+0.3]*2)*(
=628.74 кН
Nпф, I=¥f* Nпф,II=1,2*628,74=754,49 кН
7)Суммарное нормальное усилие, включающее вес пролетных строений, вес опоры и вес подферменника:
∑ N0,II=9120+2099.4+628.74=
∑ N0, I=10944+2519,3+754,49=14217,8 кН
4.Расчет и конструирование фундамента мелкого заложения
Размеры подошвы фундамента из конструктивных соображений можно определить на по формуле:
Ак=ln*bn=(lоп+2*hф*tgα)*( bоп+2*hф*tgα)
df=kn*d0*=3 м
hф=(3-0,3)*tgα=2.7*tg300=2.7*
Ак=(7,5+2*1,6)*(1,5+2*1,6)=10,
Значит ln=10,7м, bn=4,7м –соответственно длина и ширина подошвы.
R=1.7*{R0*[1+K1*(b-2)]+K2*¥(df
=1.7*{147*[1+0.08*(4.7-2)]+2.
=303.88 кПа
Определяем площадь подошвы фундамента:
Аф=, где Р≤R/¥n=217.06
Аф=89,9 м2
Проверяем условие прочности:
*100%=*100%=44% - условие не выполняется.
Увеличиваем глубину заложения подошвы фундамента до 4.5 м, α=300
Тогда:
Ак=ln*bn=(lоп+2*hф*tgα)*( bоп+2*hф*tgα)
hф=4,2*tg300=2,425 м, принимаем hф=2,5 м
Ак=(7,5+2*2,5)*(1,5+2*2,5)=12,
ln=12,5 м, bn=6,5 м.
R=1.7*{R0*[1+K1*(b-2)]+K2*¥(df
=1,7*{147*[1+0.08*(6.5-2)+2.5*
Р=426,33/1,4=304,52
Аф =65,75 м2
*100%=*100%=23,57%
Изменяем угол α=270
Ак=(7,5+2*1,9)*(1,5+2*1,9)=11,
hф=3,7*tg270=1,88 м, принимаем hф=1,9 м
ln=11,3 м, bn=5,3 м.
Начинаем выполнять
Назначаем три ступени hст 1 =1,5м, hст 2 =1,4м, hст 3 =1,3м.
Ширину ступеней определяем по формуле:
bст 1 = hст 1*tg300=0.87. Принимаем 0,9 м.
bст 2 = hст 2*tg300=0.81. Принимаем 0,8 м.
bст 3 = hст 3*tg300=0.75. Принимаем 0,8 м.
Размеры фундамента:
l3=lоп+2*bcт=7,5+2*0,8=9,1 м, b3=bоп+2*bcт=1,5+2*0,8=3,1 м.
l2=l3+2*bcт=9,1+2*0,8=10,7 м, b2=b3+2*bcт=3,1+2*0,8=4,7 м.
ln=l2+2*bcт=10.7+2*0,9=12.5 м, bn=b2+2*bcт=4,7+2*0,9=6,5 м.
Тогда Аф= ln* bст=12,5*6,5=81,25 м2
Определяем объем фундамента по формуле:
Vф= bn* ln* hст 1+( bn-2* bст1)*( ln-2* bст1-2* bст 2)+( bn-2* bст 1-2* bст 2)*( ln-2* bст1-2* bст 2)* hст 3=
=6.5*12.5*1.5+(6.5-2*0.8)*(12.
Вес фундамента:
Nф,II=Vф*¥б=236,546*25=5913,65 кН
Nф,I=¥f* Nф,II=1.2*5913.65=7096.38 кН
Vгр= bn* ln*df
– Vф - Аоп*( df-hф)=6,5*12,5*4,5-236,546=
Вес грунта:
Nгр,II=Vгр*¥гр=129,079*16,7=
Nгр,I=¥f* Nгр,II=1.2*2155,62=2586,744 кН
С учетом найденного фактического веса фундамента и грунта, лежащего на его уступах, определяем среднее давление по подошве фундамента Р, кПа по формуле:
Р=≤
P===294.17 кПа
294,17≤426,33-условие
С учетом найденной глубины заложения фундамента, размеров его подошвы, веса фундамента и грунта, лежащего на его уступах, приведем изгибающие моменты, действующие вдоль и поперек моста относительно подошвы фундамента.
Изгибающий момент относительно плоскости подошвы, действующий вдоль моста:
M0,II=6*(Р1-Р2)*C1+T1*(H+h1+h2
M0,I=1,2*2949=3538,8 кН*м
Изгибающий момент относительно отметки 0,000, действующий поперек моста:
M0,II= T2*(H+h1+h2+h3+df)=160*(7.8+0.
M0,I=¥f* M0,II=1,2*2304=2764.8 кН*м
Wx== = =88.02 m3
WY== = =169.27 m3
Р=±± ≤ ¥c
P= ± ± =294.17±40.2 ±16.3
Pmax=350.67 кПа
Pmin=237.67 кПа
Pср=294,17 кПа
Pmax=350,67<¥c=1,2*426,33/1,4=
Pmin=237,67>0
Pср=294,17<426.33 кПа
Pmin/ Pmax=237.63/350.67=0.68>0.25 – условие выполняется.
Производим проверку фундамента мелкого заложения на сдвиг по подошве по формуле:
Qr≤(m/¥n)*Qn
a)в стадии строительства:
Qr=¥f*(T2+T3)=1.2*(160+650)=
Qz=µ*(∑No,I+Nф,I+Nгр,I)=0.25*(
972<(0.9/1.1)*5975.25=4888.84 – Условие выполняется.
б)в стадии эксплуатации:
Qr=¥f*(T3)=1.2*650=780 кН, м=0,9, ¥n=1
Qz=µ*(∑No,I+Nф,I+Nгр,I)=0.25*(
780<(0.9*5975.25=5377,73 – Условие выполняется.
Мu≤(m/¥n)*Mz
Mz=(∑No,I+Nф,I+Nгр,I)*=23900.
Мu= Мх=3538,8 кН*м, м=0,8, ¥n=1,1
3538,8<(0.8/1.1)*77677.99=
Nx= Ny=(∑No,I+Nф,I+Nгр,I)=23900.92 кН
Проверяем положение равнодействующей активных сил:
- вдоль моста:
е0= Мх/ Nx=3538,8/23900,92=0,1481 м
r= Wx/A=88.02/(12.5*6.5)=88.02/
е0/r=0.1481/1.083=0.1367<1 - условие выполняется.
- поперек моста:
е0= Му/ Nу=2764,8/23900,92=0,1157 м
r= Wу/A=169,27/81,25=2,1 м
е0/r=0,1157/2,1=0,0551<1 - условие выполняется.
5. Определение осадки фундамента мелкого заложения и проверка несущей способности подстилающего слоя грунта.
Конечная осадка основания :
S=β∑n i=1, где β=0.8 – безразмерный коэффициент,
- среднее значение дополнительного вертикального напряжения в i-ом слое грунта: ;
α – коэффициент принимаемый по таблице в зависимости от грунта ;
соотношение сторон подошвы прямоугольного фундамента и относительной глубины , где - меньшая сторона подошвы фундамента;
- дополнительное
вертикальное давление на
Находим значение эпюры вертикальных напряжений от действий собственного веса грунта и вспомогательное:
На поверхности земли:
На уровне подошвы фундамента:
На уровне контакта 1-го и 2-го слоя:
На уровне контакта 2-го и 3-го слоев:
На уровне контакта 3-го и 4-го слоя:
zi |
Ç=2zi/bn |
αi |
hi |
Ei |
,10-3 м | ||||
0 |
0 |
1 |
207.865 |
205.958
179.685
140.876
116.457
89.209
67.195
50.04
34.063
25.733
20.194 |
75.15 |
83.5
108.725
134.1
151.9
184.625
462.75
264.3
297.725
345.475
393.225 |
1
2
1
1
2.5
2.5
2.5
2.5
2.5
2.5 |
23.2
23.2
21.09
21.09
20
20
19.49
19.49
19.49
19.49 |
8.88
15.49
6.68
5.52
11.15
8.41
6.42
4.37
3.3
25.9 |
1 |
0.308 |
0.975 |
204.05 |
91.85 | |||||
3 |
0.923 |
0.886 |
154.087 |
125.65 | |||||
4 |
1.231 |
0.717 |
127.665 |
142.55 | |||||
5 |
1.538 |
0.578 |
105.457 |
161.25 | |||||
7.5 |
2.308 |
0.374 |
72.96 |
208 | |||||
10 |
3.077 |
0.251 |
61.43 |
254.75 | |||||
12.5 |
3.846 |
0.209 |
38.65 |
273.85 | |||||
15 |
4.615 |
0.130 |
29.476 |
321.6 | |||||
17.5 |
5.385 |
0.099 |
21.989 |
369.35 | |||||
20 |
6.154 |
0.077 |
18.398 |
417.1 |
∑ 96.12×10-3 м
Осадка фундамента:
S=β∑n i=1
S=7.4 см, что меньше допустимой осадки S=12 см
6.
проектирование и расчёт
Необходимо запроектировать свайный фундамент из висячих забивных свай, буровых столбов с уширениями и свай-оболочек. Все ранее собранные нагрузки остаются без изменения. Назначаем глубину заложения подошвы ростверка свайного фундамента dр=3 м, высоту ростверка hp= 1.5 м. Свая железобетонная размерами 40×40 см, длиной lс=18 м. Для фундаментов опор мостов сваю заделывают в ростверк не менее чем на 2 стороны сваи, т.е. в данном случае на 0.8 м. Допускается также заделывать сваю в ростверк с помощью выпусков арматуры длиной, определяемой расчётом, но не менее ø30 продольной арматуры периодического профиля (ø18-24 мм),при этом тело сваи должно быть заделано в ростверк не менее чем на 10 см. Высота ростверка, считая от верхних концов свай или арматурных выпусков должна быть не менее 0.5 м для расположения над головами свай не менее двух арматурных сеток. Тогда конструктивная высота сеток:
1 вариант: hp,min=2×0.4+0.5=1.3 м
2 вариант: hp,min=30×0.02+0.1+0.5=1.2 м
Несущая способность сваи:
Где - коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый равным 1;
R – расчётное сопротивление грунта под нижним концом сваи(5045кПа);
А – площадь опирания на грунт сваи (0.16 м2);
u – наружный периметр поперечного сечения сваи (1.6 м2);
fi - расчётное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности;
hi – толщина i-го слоя грунта соприкасающегося с боковой поверхностью сваи
hi,cp, м |
fi, кПа |
hi, м |
2 |
4 |
h1=2 |
4 |
7 |
h2=1 |
5 |
24 |
h3=1 |
6 |
25 |
h4=1 |
7 |
43 |
h5=1 |
8 |
44 |
h6=2 |
10 |
46 |
h7=2 |
12 |
48 |
h8=2 |
14 |
50 |
h9=2 |
16 |
52 |
h10=2 |
17.2 |
53.2 |
h11=1.2 |
Определяем кол-во свай в фундаменте:
Расстояние между сваями a=3b=1.2м
Т.к. фундамент внецентренно нагруженный, полученное расчетом кол-во свай увеличиваем на 25% принимаем равным 19 свай, а с учётом расположения свай в ростверке – 20 свай. Свесы ростверка принимаем равным 0.25 м, считая от наружных граней крайних рядов свай.
Определяем площадь ростверка свайного фундамента:
Определяем вес ростверка свайного фундамента:
Определяем вес грунта, лежащего на обрезе ростверка свайного фундамента:
Вес свай в свайном фундаменте определяется следующим образом:
Определяем н-ку, действующую на каждую сваю:
- условие выполняется
Расчётную н-ку на одну сваю во внецентренно нагруженном фундаменте при эксцентриситете относительно двух главных осей инерции определяем:
Где Mx и My – моменты от расчётных н-к относительно главных центральных осей плана свай в плоскости подошвы ростверка;
xi и yi – расстояние от главных осей до оси каждой сваи;
х и у – расстояние от главных осей до оси каждой сваи, для которой определяется расчётная н-ка.
х=5 у=1.4
=1034.27<1458.04/1/4=1041.41 кН – условие выполняется
Производим проверку несущей способности по грунту фундамента из свай как условного фундамента мелкого заложения. Условный фундамент принимаем в виде прямоугольного параллелепипеда. Среднее значение расчётных углов внутреннего трения , прорезанных сваями:
Размеры условного фундамента будут равны: ширина условного фундамента
Площадь подошвы условного фундамента:
Определяем среднее давление под подошвой условного фундамента по первой группе предельных состояний.
Общий объём условного фундамента:
Объём грунта:
Среднее давление под подошвой условного фундамента, определённое по первой группе предельных состояний:
Определяем расчётное сопротивление грунта основания осевому сжатию R=989.74 кПа
Проверяем – условие выполняется
Определяем Pmax, давление на грунт по подошве условного фундамента вдоль и поперёк моста.
вдоль моста: ac=4.96 м, bc=14.36 м, Мс=3160.8кНм, Fh=315 кН
поперёк моста:
Проверяем условие Рmax≤R/, 632.5≤848.35 кПа – условие выполняется
Определяем среднее давление под подошвой условного фундамента по действию нормативных н-к (по второй группе предельных состояний):
Определяем осадку свайного фундамента как условного фундамента мелкого заложения. Расчёт производится аналогично определению осадки фундамента мелкого заложения.
Конечная осадка основания :
S=β∑n i=1, где β=0.8 – безразмерный коэффициент,
- среднее значение дополнительного вертикального напряжения в i-ом слое грунта: ;
α – коэффициент принимаемый по таблице в зависимости от грунта ;
соотношение сторон подошвы прямоугольного фундамента и относительной глубины , где - меньшая сторона подошвы фундамента;
- дополнительное
вертикальное давление на
Расчёт осадки свайного фундамента как условного фундамента мелкого заложения.
zi |
Ç=2zi/bn |
αi |
hi |
Ei
19.49
19.49
19.49
19.49
19.49
19.49
19.49
19.49
19.49
19.49 | ||||
0 |
0 |
1 |
367.21 |
389.46
431.96
463.83
485.08
516.96
559.46
601.96
644.46
686.96
729.46 |
344.29 |
318.63
256.66
174.9
128.94
110.345
88.65
65.41
48.54
38.38
32.19 |
2
1
1
1
1
2
2
2
2
2 | |
2 |
0.88 |
0.860 |
410.71 |
302.97 | ||||
4 |
1.77 |
0.611 |
454.46 |
210.36 | ||||
6 |
2.65 |
0.405 |
474.21 |
139.44 | ||||
7 |
3.09 |
0.344 |
495.71 |
118.44 | ||||
8 |
3.53 |
0.297 |
538.21 |
102.25 | ||||
10 |
4.51 |
0.218 |
580.71 |
75.05 | ||||
12 |
5.3 |
0.162 |
623.21 |
55.77 | ||||
14 |
6.18 |
0.120 |
665.71 |
41.31 | ||||
16 |
7.06 |
0.103 |
708.21 |
35.46 | ||||
18 |
7.95 |
0.084 |
750.71 |
28.92 |
см≤12 см – условие выполняется
Расчёт и конструирование фундамента из буронабивных свай по первой группе предельных состояний.
Необходимо запроектировать свайный фундамент из буронабивных столбов. Все ранее собранные н-ки остаются без изменений. Назначаем глубину заложения подошвы ростверка свайного фундамента dр=3 м, высоту ростверка hp= 1.5 м. Свая ж/б размерами А=0.5 м2 , hp= 1.5 м. Для фундаментов опор мостов сваю заделывают в ростверк не менее чем на 2 стороны сваи, т.е. в данном случае на 0.8 м. Допускается также заделывать сваю в ростверк с помощью выпусков арматуры длиной, определяемой расчётом, но не менее ø30 продольной арматуры периодического профиля (ø18-24 мм),при этом тело сваи должно быть заделано в ростверк не менее чем на 10 см. Высота ростверка, считая от верхних концов свай или арматурных выпусков должна быть не менее 0.5 м для расположения над головами свай не менее двух арматурных сеток.
1 вариант: hmin=2×0.8+0.5=2.1 м
Несущая способность сваи:
Где - коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый равным 1;
R – расчётное сопротивление грунта под нижним концом сваи(5045кПа);
А – площадь опирания на грунт сваи (0.16 м2);
u – наружный периметр поперечного сечения сваи (1.6 м2);
fi - расчётное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности;
hi – толщина i-го слоя грунта соприкасающегося с боковой поверхностью сваи
hi,cp, м |
fi, кПа |
hi, м |
2 |
4 |
h1=2 |
4 |
7 |
h2=1 |
5 |
24 |
h3=1 |
6 |
25 |
h4=1 |
7 |
43 |
h5=1 |
8 |
44 |
h6=2 |
10 |
46 |
h7=2 |
12 |
48 |
h8=2 |
14 |
50 |
h9=2 |
16 |
52 |
h10=2 |
17.2 |
53.2 |
h11=1.2 |