Расчет и конструирование фундаментов. 4

Министерство Образования Республики Беларусь

Белорусский национальный технический  университет

Кафедра: «Геотехника и экология в строительстве»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

 

Расчет и конструирование фундаментов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студент гр.112 829 

Ильина О.Е.

Проверил: Игнатов С.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Минск 2012

 

 

Содержание

 

  1. Введение……………………………………………………………………4

2.  Фундаменты мелкого заложения…………………………………………….5

2.1 Анализ инженерно-геологических  условий площадки         строительства……………………………………………………………..………5

2.2 Определение расчетных сечений………………………………..……8

2.3 Расчет фундамента №1……………………………………………..…9

2.3.1 Определение размера подошвы  фундамента………………….…..9

2.3.2 Определение осадки фундамента…………………………….……12

2.3.3 Расчет тела фундамента ………………………………………...…15

2.3.4 Определение несущей способности  грунта……………………....16

2.4 Расчет фундамента №2…………………………………………….....17

2.4.1 Определение размера подошвы  фундамента…………………..…17

2.4.2 Определение осадки фундамента………………………………….19

2.4.3 Расчет тела фундамента ……………………………………………22

2.4.4 Определение несущей способности  грунта…………………….....23

3. Фундаменты глубокого заложения…………………………………………..25

3.1. Основные положения по расчету  и проектированию свайных фундаментов………………………………………………………………..……25

3.1.1 Определение физико-механических  характеристик грунтов……25

3.1.2 Определение несущей способности  сваи…………………………26

  3.1.3 Расчёт несущей способности сваи по результатам динамического зондирования………………………………………………………………27

          3.3 Расчет  свайного фундамента по деформациям.  Расчет осадки свай под стену с подвалом……………………………………………………….…….....30

4 Реконструкция………………………………………………………………...34

5. Основные требования по производству  работ и технике безопасности…35

6 Список использованных источников………………………………………..39

7. ПРИЛОЖЕНИЯ………………………………………………………………40

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Введение

         Данный  курсовой  проект  по  дисциплине  “Механика  грунтов, оснований   и  фундаментов” преследует  цель  привить  практические  навыки  проектирования  фундаментов   зданий  и  сооружений, закрепить   знания  теоретических  основ   в  практическом  их  приложении. В  проекте  рассчитаны  и   запроектированы   фундаменты  мелкого  заложения  и   свайные  фундаменты, приведены   необходимые  данные  по  инженерно-геологическим   изысканиям, приведены  схемы   сооружений  и  действующие   нагрузки  по  расчетным  сечениям.

Работы ведутся в районе города Минска климатический район II8 расчетная температура самой холодной пятидневки t =-28◦ С. Методика  расчета построена в соответствии  с нормативными  документами:

СНБ 5.01.01-99 “Основания и фундаменты зданий и сооружений”;

СНБ 5.03.01-02 “Бетонные и железобетонные конструкции”;

СНиП 2.01.07-85 “Нагрузки и воздействия”;

Еврокод 7 “Геотехническое проектирование” Часть 1. Общие правила. ТКП EN 1997-1-2009

Фундаменты проектируются для  жилого одноквартирного малоэтажного здания. Принимаем, стены толщиной 300 мм. Снеговая нагрузка so = 120 кг/м2. Ветер Нормативная глубина промерзания 1,32м. Здание в плане имеет размеры 9,3х7,2м, состоит из двух частей: части с подвалом и части без подвала.

           Расчетные   значения  нагрузок  для  расчета(нагрузки  на  уровне  обреза  фундамента)

 

№

Конструктивный элемент

Нагрузки на фундамент, при γF=1,кН/м.п.

N,кН

1

Фундамент под наружную стену

200

2

Фундамент под внутреннюю стену

350

3

Для свайных фундаментов

Увеличение всех нагрузок в 2 раза

4

Реконструкция плитных фундаментов после 10 лет эксплуатации

Увеличение всех нагрузок на 80 %


                  

 

 

 

 

 

 

 

 

2.Фундаменты мелкого заложения на естественном основании.

2.1. Анализ физико-механические свойств грунтов пятна застройки.

Прочное, устойчивое и экономичное  основание можно выбрать на основе изучения инженерно-геологических  и гидрогеологических условий строительной площадки. В связи с этим в табл. 1 грунтовые условия из трех пластов  представлены для данной строительной площадки.

Таблица 1

№ пласта

Мощность пласта по скважинам, м

Плотность частиц грунта ρs ,т/м

Плотность грунта,

ρ , т/м

Влажность W, %

Пред пластичности

Угол внутреннего трения φ˚

Удельное сцепление С ,кПа

Модуль деформации, МПа 

Вид песчаного грунта

Горизонт подземных вод от поверхности  земли , м

1

2

3

WL

%

Wp

%

1

1

0,9

1,2

  

1,7

            

насып

4,0

2

1

2

1

2,65

1,74

15

    

32

  

8

мелк

  

3

7

5

9

2,63

2,01

21

    

34

  

15

Ср. кр.

4

12

7

10

2,68

2,04

13

20

13

25

23

19

  

 

 

Для каждого из пластов, которые  были вскрыты тремя скважинами, должны быть определены их расчетные характеристики.

Удельный вес частиц грунта

= g
, кН/м3

где  g – ускорение свободного падения, м/с2;

       - плотность частиц грунта, т/м3;

  1. –
  2. = 2,65 10 = 26,5 кН/м3
  3. = 2,63 10 = 26,3 кН/м3
  4. = 2,68 10 = 26,8 кН/м3

Удельный вес грунта

= g
, кН/м3

где  g – ускорение свободного падения, м/с2;

       - плотность грунта, т/м3;

  1. = 1,7 10 = 17 кН/м3
  2. = 1,74 10 = 17,4 кН/м3
  3. = 2,01 10 = 20,1 кН/м3
  4. = 2,04 10 = 20,4 кН/м3

 

Удельный вес сухого грунта

где  W – влажность, %;

 

2.

3.

4.

Пористость и коэффициент пористости грунта

2.

3.

4.

 

Степень влажности

где - удельный вес воды, 10 кН/м3

2.

3.

4.-

Песчаные грунты подразделяются по степени влажности Sr на:

маловлажные, если степень влажности Sr £ 0.5;

маловлажные, если 0.5<Sr£0.8;

насыщенные водой, если Sr>0.8

По плотности сложения песчаные грунты разделяются на плотные, средней  плотности и рыхлые, в зависимости  от величины коэффициента пористости е (табл. 2)

 

 

 

Таблица 2

Виды песков

Плотность сложения песков

плотные

средней

плотности

рыхлые

Пески гравелистые, крупные и средней крупности

e<0.55

0.55 £ e £ 0.70

e > 0.70

Пески мелкие

e<0.60

0.60 £ e £ 0.75

e > 0.75

Пески пылеватые

e<0.60

0.60 £ e £ 0.80

e > 0.80


Число пластичности

где W – природная весовая влажность грунта, %;

WL – влажность грунта на границе текучести, %;

WP – влажность грунта на границе пластичности (раскатывания), %

4. %

В соответствии с СНБ 5.01.01-99  « Основания и фундаменты зданий и сооружений» определяется по числу пластичности вид глинистого грунта (табл. 3)

Таблица3

Наименование грунтов по содержанию глинистых частиц и по числу пластичности

Наименование грунта

Содержание глинистых частиц (диаметром  меньше 0.005 мм) % по весу

Число пластичности

JP

Глина

Больше 30

Более 17

Суглинок

30 – 10

17 – 7

Супесь

10 – 3

7 – 1

Песок

Меньше 3

Меньше 1


 

Показатель текучести для глинистых  грунтов

4.

где γ – плотность грунта, кН/м3;

γS – плотность частиц грунта, кН/м3;

γw – плотность воды, принимаемая равной 10 кН/м3;

W – природная  весовая влажность грунта, %;

WL – влажность грунта на границе текучести, %;

WP – влажность грунта на границе пластичности (раскатывания)

 

   Данные о свойствах грунтов  представим в таблице

                   Таблица 4                  

Данные свойств грунтов

Показатели

Значения показателей для слоев

 

1

2

3

4

Удельный вес частиц грунта γs , кН/м3

  

26,5

26,3

26,8

Удельный вес грунта γ , кН/м3

17

17,4

20,1

20,4

Природная  влажность W грунта, %

  

15

21

13

Удельный вес сухого грунта γd, кН/м3

  

15,13

16,61

18,05

Степень влажности Sr

  

0,53

0,952

-

Число пластичности JP

  

-

-

7

Показатель текучести JL

  

-

-

0

Коэффициент пористости е

  

0,75

0,58

0,48

Пористость n

  

43

37

33

Наименование грунта и его физическое состояние 

Насыпной грунт

Мелкий песок, малонасыщенный водой,средней

плотности

Песок средней крупности, насыщенный водой, средней

плотности

Супесь


 

Определив вид грунта и зная толщину  слоя, строим инженерно- геологический разрез строительной площадки.( Приложение 1)

 

 

 

2.2 Определение расчетных сечений

Сначала определим место расположения подвала. Примем, что подвал расположен под гаражом. Определим расчетные фундаменты: один под наружную стену в гараже с подвалом и другой под внутреннюю стену без подвала. Фундаменты ленточные монолитные.

Минимальную глубину заложения подошвы фундамента предварительно назначают по конструктивным соображениям. Глубина заложения  подошвы фундамента из условий возможного пучения грунтов основания при  промерзании назначается в соответствии СНБ 5.01.01-99 “Основания и фундаменты зданий и сооружений.            Глубину  заложения  фундаментов  допускается  принимать  независимо   от  расчетной  глубины  промерзания  df , если  соответствующие грунты, указанные в этой  таблице, залегают  до  глубины не  менее  нормативной  глубины промерзания dfn.

Если  пучение грунтов основания возможно, то глубина заложения фундамента для наружных стен отапливаемых зданий принимается не менее

расчетной глубины промерзания  df, определяемой по формуле:

df=Kh×dfn,

где  dfn=1,32 м – нормативная глубина промерзания (для г. Минска);

Kh – коэффициент влияния теплового режима здания на промерзание грунта у наружных стен, приведенный в табл. 5.3 СНБ 5.01.01-99.

При этом минимальная глубина заложения  фундамента принимается не менее  0,5 м от поверхности планировки и не в слое насыпного грунта.

Принимаем расчетную  суточную температуру воздуха в  помещении, примыкающем к наружным фундаментам равной 10°С, и полом, утраиваемым по грунту. Тогда согласно таблице 5.3 СНБ 5.01.01-99 принимаем Кh=0,9. Глубина промерзания грунта:

df=0,9*1,32=1,2 м (без подвала)

 Следует учесть, что глубину заложения фундамента принимаем минимум на 0,5м ниже пола подвала

С учетом вышеизложенного принимаем, что глубина заложения фундамента №1(при наличии повала) будет равна  от уровня планировки:

hf1=3,6м

Глубина заложения фундамента №2 без подвала:

hf1=1,6м

 

 

2.3. Расчет ленточного фундамента №1

2.3.1. Определение размеров подошвы фундамента

При проектировании оснований и  фундаментов всегда можно предложить ряд вариантов конструктивных решений. Так, например, рассматривают варианты с различными типами фундаментов  или варианты с различными отметками  подошвы фундамента, учитывая при  этом несущую способность грунтов  основания. На основе технико-экономических  сравнений следует выбрать наиболее рациональный вариант.

Для расчета осадки фундаментов  используются нагрузки, приложенные  на уровне обреза фундамента, приведенные  на схемах зданий.

При расчете оснований по деформациям  необходимо, чтобы давление Р под подошвой центрально нагруженного фундамента не превышало расчетного сопротивления грунта R :  Р £ R .

 Расчетное сопротивление грунта основания R  в кПа по ТКП 45.5.01-67-2007 определяется по формуле

в кПа определяется по формуле:

 

где gс1 и gс2 -коэффициенты условий работы, принимаемые по табл.5.2 ТКП 45.5.01-67-2007;

k - — коэффициент k = 1, если прочностные характеристики грунта j и с определены непосредственными испытаниями, и k = 1,1, если они приняты по таблицам, приведенным в приложении Б ТКП 45.5.01-67-2007; мы принимаем k = 1.

Му, Mq, Mc - коэффициенты, принимаемые по табл. 5.3 ТКП 45.5.01-67-2007;

b – ширина подошвы фундамента, м;

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

gII – среднее арифметическое расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента, залегающих ниже подошвы фундамента(с учетом взвешивающего действия воды), кН/м3

gII=20,1 кН/м3

g′II  — среднее арифметическое расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента (для засыпок g′II назначается исходя из значений, задаваемых в проектной документации, и по 4.7.3.1 ТКП 45.5.01-67-2007), кН/м3;

g′II  =gII*0,95=19,1 кН/м3

сII – расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, равное сII = 0 кПа;                  

d1 – приведенная глубина заложения фундамента со стороны подвального помещения:

 = 0,71 м.

hs  = 0.6 м – толщина слоя грунта выше подошвы фундамента, м;

hcf  = 0.1 м – толщина конструкции пола подвала, м;

gcf = 22 кН/м3 – расчетное значение удельного веса конструкции пола;

db = 2,9 м – глубина подвала. Это для всех =2

Для центрально нагруженного фундамента:

 

 

 Давление под подошвой фундамента определяется из следующих зависимостей:

– для центрально нагруженного фундамента:

Здесь Р– среднее давление на грунт под подошвой фундамента, кПа;

– расчетная нагрузка на уровне обреза фундамента, кН;

gm  – осредненный удельный вес материала фундамента и грунта над его уступами, принимаемый равным 22 кН/м;

d =3,6 м

А – площадь подошвы фундамента, м;А=1*b

Для центрально нагруженного фундамента изображаются графики  R=R(b) и P = P(b), где b примем в интервале 0,1…3 м. Полученное в точке их пересечения значение b будет оптимальным.

Данные для  построения графиков

b, м

R, кПа

P, кПа

0,1

873,106

3579,2

0,2

879,212

1829,2

0,3

885,318

1245,867

0,4

891,424

954,2

0,6

903,636

662,5333

0,8

915,848

516,7

1,5

958,59

312,5333

2

989,12

254,2

2,5

1019,65

219,2

3

1050,18

195,8667


 

 

 

Как видно из построенных графиков, оптимальная ширина фундамента равна  не менее 0,5 м. Принимаем b = 0,7 м

Выполним  проверку для центрально нагруженных фундаментов:

R =61,06*0,7+867=954,23 кПа;

          P = 350/0,7+79,2=579,2 кПа;

P  ≤ R – условие выполняется.

 

Гидроизоляцию показать. Слева  от этого столба и по подошве утолщённую линию

Отметка ур з не та-она  из задания и НИЖЕ ур чп

    

         

 

  

 

 

 

2.3.2 Определение осадки фундамента

Расчет осадки фундамента производится по формуле:

S £ Su,

где S – конечная осадка отдельного фундамента, определяемая расчетом;

Su – предельная величина деформации основания фундамента зданий и сооружений, принимаемая по СНБ 5.01.01-99 “Основания и фундаменты зданий и сооружений”.

Основным  методом определения полной (конечной) осадки фундаментов является метод  послойного суммирования. Расчет начинается с построения эпюр природного (бытового) и дополнительного давлений. На геологический  разрез наносятся контуры сечения  фундамента, затем от оси фундамента влево откладываются ординаты эпюры  природного давления грунта.

Природное давление, в  кПа, определяется по формуле:

 

 

где gi – удельный вес грунта i-го слоя, кН/м3;

hi – толщина грунта i-го слоя, м.

Величина  бытового давления определяется на границе  каждого слоя грунта. Если в пределах выделенной толщи залегает горизонт подземных вод, то удельный вес грунта определяется с учетом гидростатического  взвешивания:

= ,

где e – коэффициент пористости грунта;

gw –  удельный вес воды.

Далее определяются ординаты вспомогательной эпюры 0.2σzg,  необходимые для определения глубины расположения границы сжимаемой толщи грунта; эпюра строится справа от оси фундамента.

Дополнительное  вертикальное напряжение σzp для любого сечения, расположенного на глубине z от подошвы, определяется по формуле:

,

где a – коэффициент, принимаемый по СНБ 5.01.01-99 “Основания и фундаменты зданий и сооружений” в зависимости от формы подошвы фундамента, соотношения сторон прямоугольного фундамента

η = l/b и относительной глубины ξ = 2z/b.

Здесь l и b - соответственно длина и ширина фундамента.

Построив  в произвольном одинаковом масштабе эпюры бытового и дополнительного  давлений, определяют границу сжимаемой  толщи основания, которая находится  в точке, где пересекаются эпюры.

Расчет осадки отдельного фундамента на основании  в виде упругого линейно деформируемого полупространства с условным ограничением величины сжимаемой зоны производится по формуле:

где S – конечная осадка отдельного фундамента, см;

n – число слоев, на которые разделена по глубине сжимаемая зона основания;

hi – толщина i-го слоя грунта основания, см;

Ei  – модуль деформации грунта i-го слоя, мПа;

b – безразмерный коэффициент, равный 0,8;

σzpi – среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i-ом слое грунта, равное полусумме напряжений на верхней и нижней границах слоя, кПа.

Определяем значения эпюры природного давления:

σzg1 = γ1∙h1 = 17.0 ∙0,9 = 15,3 (кПа)                                        

σzg2 = σzg1 + γsb∙h2 = 15,3 + 17,4∙2 = 50,1 (кПа)       

σzg3= γ3∙h3’+ σzg2=20.1*1.1+50.1=72.21(кПа)                                        

σzg3’   = ∙h3’’+ σzg3  + 72.21 = 112.44 (кПа)                    

σzg4 = σzg3’ + γw∙h3’’ = 10*3.9+112.44 = 151.44 (кПа)     

σzg5 =   σzg4+ γ4∙h4=294.24   (кПа)                                        

Определяем дополнительное (осадочное) давление на грунт P , подразумевая, что осадка грунта произойдет только от действия дополнительного давления:

Р = Рn –

, кПа – полное давление

 по подошве фундамента.

σzg0 = σzg1 + σzg2+ γ3∙hз’’’ =15.3+50.1+20.1*0.7=79.47кПа – природное давление на уровне подошвы фундамента.

Р = 579.2-79.47=499.73 (кПа)

Разбив толщу грунта под подошвой на слои  hi  = 0.4b = 0.4·0,7 = 0.28 м, формируем табл.5, строим эпюры и вычисляем осадку.

Таблица 5

Z, м

ξ=2 z/b

α

σzp,i, кПа

σcрzp,i кПа

Е i, МПа

S i, мм

0

0

1

499,73

      

0,28

1,4

0,689

344,314

422,022

8

6,752352

0,44

2,2

0,485

242,3691

293,3415

8

4,693464

0,6

3

0,356

177,9039

210,1365

8

3,362183

0,76

3,8

0,266

132,9282

155,416

8

2,486656

0,92

4,6

0,205

102,4447

117,6864

8

1,882983

1,08

5,4

0,161

80,45653

91,45059

8

1,463209

1,24

6,2

0,129

64,46517

72,46085

8

1,159374

1,4

7

0,105

52,47165

58,46841

8

0,935495

1,56

7,8

0,087

43,47651

47,97408

8

0,767585

1,72

8,6

0,074

36,98002

40,22827

8

0,643652

1,88

9,4

0,0635

31,73286

34,35644

8

0,549703

2,04

10,2

0,054

26,98542

29,35914

8

0,469746

             
         

S=∑Si=25,1664

  
Расчет и конструирование фундаментов. 4