Проектирование оснований и фундаментов. 2

Федеральное агентство  по образованию РФ

ГОУ ВПО 

Тюменский государственный 

архитектурно–строительный университет

 


 

 

 

 

 

 

 

Кафедра МГОиФ

 

 

 

 

Курсовой проект

по дисциплине «Основания и фундаменты» на тему:

«Проектирование оснований  и фундаментов»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студент гр. С03-3

Дуняшев М.Р.

Проверил: Чурманов В.Л.

 

 

 

 

 

 

 

Тюмень

2007

Содержание

1. Конструктивная характеристика  здания       3

2. Оценка инженерно – геологических и гидрогеологических условий строительной площадки             3

3. Определение глубины заложения фундамента      6

3.1 Определение нормативной  глубины сезонного промерзания  грунта  6

3.2 Определение расчетного  сезонного промерзания грунта   6

3.3 Определение глубины  заложения фундамента с учетом  конструктивных особенностей здания           7

4. Определение основных размеров фундамента в плане     7

5. Определение осадки деформации основания       9

6. Проверка кровли подстилающего слоя        12

7. Расчет фундаментов глубокого заложения       13

7.1 Расчет забивной сваи          13

7.2 Расчет осадки свайного фундамента        16

8. Технико-экономическое сравнение вариантов фундаментов    20

9. Охрана окружающей среды         20

Список литературы           21

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Конструктивная характеристика здания.

1) Район строительства – г. Новосибирск;

2) Время производства  работ нулевого цикла – март;

3) Нагрузка на рассчитываемый  фундамент – 770 кН;

4) Проектируемым сооружением  является химический корпус. Здание  имеет каркасную конструктивную  схему. В плане имеет прямоугольный вид размерами .Здание не имеет подвальных помещений. Высота здания над уровнем земли составляет 35м.

 

2. Оценка инженерно  – геологических и гидрогеологических  условий строительной площадки.

По данным инженерно геологических  исследований было получено литологическое описание слоев по скважинам (Скв№1, Скв№2, Скв№3). Графическое отображение залегания грунтов показано на рис.1.


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1. Расположение слоев  грунта

1. Верхний слой, залегающий на глубине 0,00 – 0,20 м отобран со скважин №1,2,3. Вид грунта – чернозем. Данный грунт при начале строительства необходимо срезать и вывозить.

2. Грунт отобран со  скважин №1,2,3, залегающий на глубине  0,20 – 1,80 м. Вид грунта – песок  средней крупности. Пески обладают  водопроницаемостью, не пластичны, имеют сравнительно жесткий, мало сжимаемый при действии статической нагрузки скелет. В зависимости от плотности сложения пески способны существенно уплотняться при динамических воздействиях. Они характеризуются небольшой высотой капиллярного поднятия и в сухом состоянии являются сыпучими телами.

Физико-механические характеристики данного грунта:

  • Удельный вес минеральных частиц: ;
  • Удельный вес грунта: ;
  • Влажность: ;
  • Угол внутреннего трения: ;
  • Коэффициент сжимаемости: ;
  • Коэффициент фильтрации: ;
  • Плотность твердых частиц грунта: (песок рыхлый);
  • Коэффициент пористости: (плотный);
  • Степень влажности: , ( насыщенный водой);
  • Плотность грунта насыщенного водой: ;
  • Модуль деформации: ;
  • Удельное сцепление: .

3. Данный грунт был  отобран со скважин №1,2,3. Залегает  на глубине 1,80 – 4,50 м. Вид  грунта – глина. Во влажном состоянии глинистый грунт характеризуется высокой пластичностью, может обладать большой сжимаемостью при действии статической нагрузки, при действии динамических нагрузок не уплотняется, но может снижать прочность. После прекращения действия динамических воздействий прочность грунта постепенно частично или полностью восстанавливается, т.е. он обладает специфическими тиксотропными свойствами. Такой грунт при изменении содержания в нем воды меняет объем, набухает при увлажнении и получает усадку при высыхании.

Физико-механические характеристики данного грунта:

  • Удельный вес минеральных частиц: ;
  • Удельный вес грунта: ;
  • Влажность: ;
  • Границы пластичности: 1) на границе текучести ; 2) на границе раскатывания ;
  • Удельное сцепление: ;
  • Угол внутреннего трения: ;
  • Коэффициент сжимаемости: ;
  • Коэффициент фильтрации: ;
  • Плотность твердых частиц грунта: (рыхлая);
  • Коэффициент пористости: ;
  • Степень влажности: , ( насыщенный водой);
  • Число пластичности: (легко пылеватая глина);
  • Показатель текучести: (тугопластичная);
  • Модуль деформации: ;

4. Грунт собран со скважин  №1,2,3, залегает на глубине 4,50 –  14,0 м. Вид грунта – глина.

Физико-механические характеристики данного грунта:

  • Удельный вес минеральных частиц: ;
  • Удельный вес грунта: ;
  • Влажность: ;
  • Границы пластичности: 1) на границе текучести ; 2) на границе раскатывания ;
  • Удельное сцепление: ;
  • Угол внутреннего трения: ;
  • Коэффициент сжимаемости: ;
  • Коэффициент фильтрации: ;
  • Плотность твердых частиц грунта: (рыхлая);
  • Коэффициент пористости: ;
  • Степень влажности: , ( насыщенный водой);
  • Число пластичности: ( легко пылеватая глина);
  • Показатель текучести: (тугопластичная);
  • Модуль деформации: ;

3. Определение глубины  заложения фундамента.

Глубина заложения фундаментов  должна приниматься с учетом:

  • сезонного промерзания грунтов;
  • назначения и конструктивной особенности здания или сооружения, нагрузок и воздействий на его фундаменты;
  • инженерно – геологических условий строительной площадки;
  • наличие соседних коммуникаций или фундаментов.
  • существующего и проектируемого рельефа застраиваемой территории;
  • гидрогеологических условий площадки и возможных их изменений в процессе строительства и эксплуатации сооружения.

3.1 Определение нормативной  глубины сезонного промерзания  грунта.

Нормативное промерзание  грунта определяется по следующей формуле:

;

где: нормативная глубина промерзания грунта, м;

сумма отрицательных среднемесячных температур за зимний период в районе строительства, взятых по абсолютной величине;

коэффициент, зависящий от вида грунта (принято среднее значение для глин, суглинков, песков);

.

Принимаем .

3.2 Определение расчетного  сезонного промерзания грунта.

Расчетная сезонная глубина промерзания грунта определяется по формуле:

,

где: расчетная сезонная глубина промерзания грунта, м;

коэффициент, учитывающий влияние  теплового режима здания, принимаемый для наружных фундаментов отапливаемых сооружений по табл.1 [1].

Принимаем .

.

3.3 Определение глубины  заложения фундамента с учетом  конструктивных особенностей здания.

В данном здании отсутствуют подвальные помещения, поэтому глубину заложения фундамента определяем в зависимости от уровня грунтовых вод, а так же от сезонного промерзания грунта. УГВ находятся на уровне –1.20м от уровня поверхности грунта. Расчетное промерзание грунта составляет , что меньше уровня грунтовых вод. Учитывая то, что УГВ находиться в слое песка, то можно сделать вывод, что фундаменты можно устраивать на отметке –1,10м от уровня поверхности грунта (см. рис. 2).


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2. К определению глубины заложения фундамента.

Окончательно принимаем  глубину заложения фундамента от уровня поверхности грунта.

4. Определение основных  размеров фундамента в плане.

Фундамент проектируется  столбчатым, отдельно стоящим. Нагрузка, действующая на него, приложена центрально, момент отсутствует. Поэтому задаемся квадратной формой подошвы фундамента в плане.

Размеры подошвы фундамента определяются методом последовательных приближений. Определим в первом приближении  ширину подошвы нагруженного столбчатого фундамента приняв ориентировочно (табл.2 прил.3 [1]).

 

 

Площадь подошвы фундамента:

;

где: нагрузка приходящаяся на фундамент, кН;

средний удельный вес грунта лежащего на свесах фундамента и самого фундамента;

глубина заложения фундамента, м.

Размеры фундамента тогда:

.

Принимаем подошву фундамента размерами  в плане  .

Расчетное сопротивление  грунта определяется по формуле 7 [1]:

;

где: коэффициенты условий работы, принимаемые по табл.3 [1];

принимаем , .

прочностные характеристики определены непосредственными испытаниями;

коэффициенты принимаемые по табл.4 [1];

принимаем , , ;

принимается в зависимости от b – ширины подошвы фундамента;

осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента, ( );

то же, залегающих выше подошвы, ( );

расчетное значение удельного сцепления  грунта, залегающего непосредственно  под подошвой фундамента, ( );

глубина заложения фундамента;

Т.к. подвал в данном здании отсутствует, то третье слагаемое обнуляется.

;

 

Необходимое условие прочности  основания:

;

.

Таким образом, условие прочности  выполнено.

Определим максимальное давление по подошве фундамента:

;

где: .

Определим минимальное  давление по подошве фундамента:

;

Условия выполняются, принимаем столбчатый фундамент, квадратной формы в плане  и размерами  , площадью подошвы .

5. Определение осадки деформации основания.

Осадка основания определяется методом послойного суммирования по формуле (1) прил. [1]:

,

где: безразмерный коэффициент, принимается ;

соответственно толщина и  модуль деформации i–о слоя грунта;

среднее значение дополнительного  вертикального напряжения в i–м слое грунта, которое определяется по формуле (2) прил.2 [1]:

;

где: коэффициент, принимаемый по табл.1 прил.2 [1];

дополнительное вертикальное давление на основание;

среднее давление под подошвой фундамента;

вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента;

.

;

Нижняя граница сжимаемой  толщи основания принимается  на глубине , где выполняется условие , т.к. граница сжимаемой толщи грунта проходит в грунте с .

вертикально напряжение от собственного веса грунта, определяемое по формуле (6) прил.2 [1]:

,

где: удельный вес грунта, расположенного выше подошвы фундамента;

соответственно толщина и  удельный вес i-о слоя;

Толщина определяется из условия: ; .

Принимаем .

Расчет осадки сводим в табл. 1.

Табл. 1 расчет осадки основания методом  послойного суммирования.

Вид грунта

№ слоя

z

Песок средней крупности

0

0

0

1

215,65

22,0

4,40

1

0,7

0,778

0,812

175,11

36

7,2

Глина

2

1,2

1,333

0,552

119,04

44,45

8,89

3

1,7

1,889

0,367

79,14

52,90

10,58

4

2,2

2,444

0,251

54,13

61,35

12,27

5

2,7

3,0

0,181

39,03

69,80

13,96

6

3,2

3,556

0,134

28,90

78,25

15,65

7

3,4

3,778

0,121

26,09

81,63

16,32

Глина

8

3,8

4,222

0,096

20,70

89,19

17,84

9

4,2

4,667

0,082

17,68

96,75

19,35


 

 

Осадка основания составляет:

В соответствии с прил. 4 [1] максимальная осадка основания для производственных многоэтажных железобетонных зданий с полным каркасом составляет , . Осадка не превышает предельной.


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.3 к определению осадки основания  столбчатого фундамента.

6. Проверка кровли  подстилающего слоя.

При наличии в пределах сжимаемой  толщи основания на глубине Z от подошвы фундамента слоя грунта меньшей прочности, чем прочность грунта вышележащих слоев, при выбранных размерах фундаментах должна обеспечиваться условие:

,

где: вертикальные напряжения в грунте на глубине z от подошвы фундамента соответственно дополнительное от нагрузки на фундамент и от собственного веса грунта;

 расчетное сопротивление грунта пониженной прочности на глубине z;

;

где: коэффициент, принимаемый по табл.1 прил.2 [1];

на глубине  ;

дополнительное вертикальное давление на основание;

среднее давление под подошвой фундамента;

;

вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы  фундамента;

.

;

;

;

.

Таким образом условие прочности  подстилающего слоя выполнено.

7. Расчет фундаментов  глубокого заложения.

7.1 Расчет забивной сваи.

Фундамент проектируется на действие нагрузки . В соответствии с конструкцией сооружения необходимо запроектировать свайный фундамент на отметке –5,700 м. На этой глубине по данным инженерно-геологических изысканий залегает:  глина ( ). Данные виды грунтов могут служить естественным основанием для свайного фундамента.

Выбираем стандартную ж/б сваю С5-30 (ГОСТ 19804-91) сечением 0,3´0,3´5, длина острия 150 мм. Свая работает на центральное сжатие. Заделка сваи в ростверк 40 см.

Одиночную сваю в составе фундамента и вне его по несущей способности  грунтов основания следует рассчитывать исходя из условия 3 [2]:

,

где: расчетная нагрузка, передаваемая на сваю;

расчетная несущая способность  грунта основания одиночной сваи;

коэффициент надежности ( ).

Так как несущая способность  висячих свай по материалу больше, чем по грунту определяем несущую  способность принятой сваи 8 [2]:

Расчетное сопротивление  для суглинков под концом забивных свай на глубине 5,7 м, (табл.1 [2]);

Расчетное сопротивление  грунта по боковой поверхности сваи:

первый  слой – песок средней крупности, , середина его находится на глубине , ;

второй слой – глина, , середина его находится на глубине ,  ;

третий слой – глина, , середина его находится на глубине ,  ;

четвертый слой – глина, , середина его находится на глубине ,  ;

пятый слой – глина, , середина его находится на глубине ,  ;

Пояснения на рис.4

 

 

 

 

 

 

 


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.4 к определению расчетного сопротивления грунта по боковой  поверхности.

Определяем нагрузку на одну сваю:

Определяем число центрально загруженных  свай:

(принимаем 3 сваи)

Фундамент проектируем из трех свай, расстояние между осями свай назначаем  равное , .

Определим расчетную нагрузку на сваю:

.

Проверка условия прочности  основания:

;

 

Расчетное сопротивление грунта определяется по формуле:

где: коэффициенты условий работы, принимаемые по табл.3 [1];

принимаем , .

прочностные характеристики определены непосредственными испытаниями;

коэффициенты принимаемые по табл.4 [1];

принимаем , , ;

принимается в зависимости от b – ширины подошвы фундамента;

осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента, ( );

то же, залегающих выше подошвы, ( );

расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, ( );

глубина заложения фундамента ( );

Т.к. подвал в данном здании отсутствует, то третье слагаемое обнуляется.

.

Условие прочности выполняется, поэтому  принимаем свайный фундамент  из трех свай.

Схема расположения свай в ростверке  см. рис.5.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.5 К определению схемы расположения свай в фундаменте глубокого заложения.

7.2 Расчет осадки свайного фундамента.

Осадка свайного фундамента определяется методом послойного суммирования.

Определение условных размеров фундамента:

;

где: глубина заложения ростверка.

,

где: диаметр сваи;

средневзвешенный угол трения по длине сваи;

Принимаем .

Тогда условная ширина фундамента равна:

.

.


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    

 

 

 

 

 

Рис. 6. К определению условных размеров свайного фундамента.

По методу послойного суммирования пласты грунта под подошвой фундамента разбиваются на слои мощностью не более  , . Принимаем .

Осадка свайного фундамента считается  по формуле:

,

где: безразмерный коэффициент, принимается ;

соответственно толщина и  модуль деформации i–о слоя грунта;

среднее значение дополнительного  вертикального напряжения в i–м слое грунта, которое определяется по формуле (2) прил.2 [1]:

;

где: коэффициент, принимаемый по табл.1 прил.2 [1];

дополнительное вертикальное давление на основание;

среднее давление под подошвой фундамента;

вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы  фундамента;

.

;

Нижняя граница сжимаемой  толщи основания принимается  на глубине , где выполняется условие , т.к. граница сжимаемой толщи грунта проходит в грунте с .

вертикально напряжение от собственного веса грунта, определяемое по формуле (6) прил.2 [1]:

,

где: удельный вес грунта, расположенного выше подошвы фундамента;

соответственно толщина и  удельный вес i-о слоя;

Расчет сведен в табл.2.

 

 

 

 

 

 

Табл. 2 Расчет осадки свайного фундамента.

Вид грунта

№ слоя

z

Глина

0

0

0

1

87,81

107,73

21,55

1

0,8

0,8

0,818

71,83

122,85

24,57

2

1,6

1,6

0,480

42,15

137,97

27,59

3

2,4

2,4

0,283

24,85

153,09

30,62


 

Осадка основания составляет:

В соответствии с прил. 4 [1] максимальная осадка основания для производственных многоэтажных железобетонных зданий с полным каркасом составляет , . Осадка не превышает предельной.

 


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 7. К расчету осадки основания  свайного фундамента.

8. Технико-экономическое  сравнение вариантов фундаментов.

Технико-экономическое сравнение  вариантов производится по экономической  эффективности (приведенные затраты, сметная стоимость, расход основных материалов). Также характер осушения при устройстве котлованов и фундаментов  играет существенную роль при выборе варианта. Экономия создается вследствие исключения средств на водоотлив из котлована или на понижение уровня грунтовых вод. Кроме того, при отрывке котлована выше уровня грунтовых вод исключается одна из причин, приводящих к расструктуриванию грунтов в основании во время производства работ.

Фундамент

Объем бетона

Трудозатраты,

чел-ч

Стоимость,

Руб.

Мелкого заложения

Монолитный ступенчатый фундамент:

Свайный

Свая:

(1 шт)

Ростверк:

Подколонник:

Общий:


На основе проведенного технико-экономического сравнения принимаем 1–й вариант как наиболее выгодный по стоимости и трудозатратам.

10. Охрана окружающей  среды.

При организации строительного  производства необходимо осуществлять мероприятия и работы по охране окружающей природной среды СНиП 3.01.01-85, которые должны включать рекультивацию земель, предотвращение потерь природных ресурсов, предотвращение вредных выбросов в почву, водоемы и атмосферу.

На территории строящихся объектов не допускается непредусмотренное проектной документацией сведение древесно-кустарниковой растительности и засыпка грунтом растущих деревьев и кустарников.

 Выпуск воды со строительных  площадок на склоны без надлежащей защиты от размыва не допускается.

 При выполнении планировочных  работ почвенный слой, пригодный для последующего использования, должен предварительно сниматься и складываться в специально отведенные места.

 

Список литературы.

  1. СНиП 2.02.01-83 «Оснований зданий и сооружений». Москва, Стройиздат, 1985 г.
  2. СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты». Москва, Стройиздат, 1985 г.
  3. СНиП 2.01.87-85 «Строительная климатология и геофизика». Москва, Строийздат, 1985г.
  4. Б.И.Долматов «Механика грунтов, основания и фундаменты». Москва, Стройиздат, 1981 г.



Проектирование оснований и фундаментов. 2