Расчет осадки фундамента
кафедра ТиОСП
КУРСОВОЙ
ПРОЕКТ
по курсу: «Геотехника».
2008
Содержание
Введение…………………………………………………………
1.Оценка инженерно-геологических условий
оснований площадки строительства……………………………………………
2. Сбор нагрузок…………………………………………………………
3. Расчет ленточного фундамента……
3.1 Определение глубины заложения фундамента…………………………9
3.2 Расчет фундамента на
3.2.1 Устойчивость против
3.2.2 Определение просадки грунта от собственного веса…………….12
3.2.3 Уплотнение основания
3.3 Расчет осадок……………………………………………
4 Расчет свайного фундамента…………
4.1 Определение несущей
4.2 Расчет осадки свайного
4.3 Армирование ростверка………………………
5 Выбор рационального
типа фундамента……………………………………
6. Контроль
качества строительства……………………
Список использованной литературы………………………………………….27
Введение
Основания и фундаменты являются важнейшими элементами зданий и сооружений, при проектировании которых должны быть оценены инженерно-геологические, гидрогеологические условия строительной площадки и их изменения по площади и глубине.
Проектирование оснований и фундаментов начинают с изучения факторов, определяющих выбор проектных решений. Среди них первостепенную значимость имеют следующие:
- степень ответственности
- нагрузки, учитываемые в расчетах;
-данные инженерно-
-местные условия
Важной задачей в области фундаментостроения является изучение возможности дальнейшей экономии материалов за счет резервов несущей способности оснований и создания наиболее эффективных методов расчета, в наибольшей степени отражающих действительную работу строительной конструкции.
1. Оценка инженерно-геологических условий оснований площадки строительства
Первый слой грунта: характеризуется следующими характеристиками физико-механических свойств:
Природная влажность (W0) – 10 %
Влажность на пределе текучести (WL) – 0 %
Влажность на пределе раскатывания (Wp) – 0 %
Плотность грунта (ρs)– 2,67 г/см.3
Плотность сухого грунта (ρs)– 2,67 г/см.3
Модуль деформации (Е0)– 22 Мпа
Удельное сцепление - 5 кПа.
Определяем вид грунта, оцениваем состояние и свойства отдельных слоев, затем, общую оценку грунтовых условий площадки.
Поскольку по данным лабораторных исследований WL=0, Wp=0, то можно сделать вывод, что грунт песчаный. Вид песчаного грунта устанавливается по гранулометричскому составу. Содержание частиц >0,1мм составляет менее 75%, что по ГОСТ 25100-95 «Грунты. Классификация» соответствует пылеватому песку.
Коэффициент пористости
где rs — плотность частиц грунта, г/см3;
rd — плотность сухого грунта, г/см3.
е = (2,67 – 1,83) / 1,83 = 0,46, что соответствует песчаному грунту плотному.
Степень влажности
где W — природная влажность грунта, д. е.;
е — коэффициент пористости;
rs — плотность частиц грунта, г/см3;
rw — плотность воды, принимаемая равной 1 г/см3.
S = (0,1 х 2,67)/(0,49 х 1) = 0,54, что соответствует маловлажному песку.
Окончательно устанавливаем: песок пылеватый, средней плотности, маловлажный и может служить естественным основанием.
Второй слой грунта: характеризуется следующими характеристиками физико-механических свойств:
Природная влажность (W0) – 16 %
Влажность на пределе текучести (WL) – 17 %
Влажность на пределе раскатывания (Wp) – 15 %
Плотность грунта (ρs)– 2,73 г/см.3
Плотность сухого грунта (ρd)– 1,7 г/см.3
Модуль деформации (Е0)– 17 Мпа
Удельное сцепление - 9 кПа.
Коэффициент пористости
где rs — плотность частиц грунта, г/см3;
rd — плотность сухого грунта, г/см3.
е = (2,73 – 1,7) / 1,7= 0,61
Показатель консистенции:
J =
JL = (0,16 – 0,15) / (0,17 – 0,15) = 0,5
Определим число пластичности:
Jp = 17 – 15 = 2%
Следовательно грунт находится в пластичном состоянии.
Окончательно устанавливаем: грунт – супесь в пластичном состоянии. Может быть основанием.
Третий слой грунта: характеризуется следующими характеристиками физико-механических свойств:
Природная влажность (W0) – 21 %
Влажность на пределе текучести (WL) – 0 %
Влажность на пределе раскатывания (Wp) – 0 %
Плотность грунта (ρs)– 2,63 г/см.3
Плотность сухого грунта (ρd)– 2,05 г/см.3
Модуль деформации (Е0)– 38 Мпа
Удельное сцепление - 4 кПа.
Поскольку WL=0, Wp=0, число пластичности Jp=0, следовательно грунт сыпучий. По гранулометрическому составу определяем, что грунт – песок мелкий, т.к. частиц >0,1мм содержится более 75%.
Коэффициент пористости :
где rs — плотность частиц грунта, г/см3;
rd — плотность сухого грунта, г/см3.
е = (2,63 – 2,05) / 2,05= 0,28 , что соответствует плотному песку.
Степень влажности
где W — природная влажность грунта;
е — коэффициент пористости;
rs — плотность частиц грунта, г/см3;
rw — плотность воды, принимаемая равной 1 г/см3.
S = (0,21 х 2,63)/(0,28 х 1) = 1 , что соответствует насыщенному водой песку.
Окончательно устанавливаем: грунт – песок плотный, водонасыщенный и может служить естественным основанием.
Четвертый слой грунта: характеризуется следующими характеристиками физико-механических свойств:
Природная влажность (W0) – 30 %
Влажность на пределе текучести (WL) – 37 %
Влажность на пределе раскатывания (Wp) – 23 %
Плотность грунта (ρs)– 2,79 г/см.3
Плотность сухого грунта (ρd)– 2,1 г/см.3
Модуль деформации (Е0)– 32 Мпа
Удельное сцепление - 23 кПа.
Коэффициент пористости
где rs — плотность частиц грунта, г/см3;
rd — плотность сухого грунта, г/см3.
е = (2,79 – 2,1) / 2,1= 0,61
Определим число пластичности:
Jp = WL – Wp = 37 – 23 = 14 (13)
Показатель текучести:
J =
JL = (0,3 – 0,23) / (0,37 – 0,23) = 0,5
Определим число пластичности:
Jp = WL – Wp = 17 – 15 = 2% , что соответствует суглинку тугопластичному.
Следовательно, грунт находится в пластичном состоянии.
Согласно ГОСТ 25100-95 окончательно устанавливаем: грунт – суглинок тугопластичный, может служить естественным основанием.
Общая оценка стройплощадки:
Согласно геологическим изысканиям, площадка характеризуется спокойным рельефом, грунты имеют сложное напластование с выдержанным залеганием грунтов, которые могут служить естественным основанием, и не требуют дополнительного уплотнения. Неблагоприятных инженерно-геологических процессов и явлений на строительной площадке не зафиксировано.
Физико-механические свойства грунтов всех слоев оснований занесены в таблицу 1.
Таблица 1 - Характеристики физико-механических свойств грунтов
строительной площадки
№ слоя |
Наименова-ние слоя |
ρs, т/м3 |
W, % |
WL, % |
WР, % |
Jр |
е |
сII, кПа |
φII, град |
Е0, МПа |
1 |
Песок |
2,67 |
10 |
0 |
0 |
- |
0,46 |
5 |
32 |
22 |
2 |
Супесь |
2,73 |
16 |
17 |
15 |
2 |
0,61 |
9 |
18 |
17 |
3 |
Песок |
2,63 |
21 |
0 |
0 |
- |
0,28 |
4 |
36 |
38 |
4 |
Суглинок |
2,79 |
0,3 |
37 |
23 |
6 |
0,61 |
23 |
21 |
32 |
2. Сбор нагрузок
При расчете нагрузки и воздействия приняты по данным СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия».
На здание действуют следующие виды нагрузок: постоянная от покрытия; временная (снеговая); ветровая; полная нагрузка от покрытия; нагрузка от перекрытия; постоянная.
Постоянные нагрузки – это нормативные значения нагрузок от массы конструкций определенные по размерам, установленным в процессе проектирования на основе опытов предыдущих проектов и справочных материалов. Нагрузки от грунтов установлены в зависимости от грунта, его вида и плотности.
Переход к расчетным нагрузкам осуществляется путем умножения соответствующих нормативных нагрузок на коэффициент надежности по нагрузке, который учитывает изменчивость нагрузок , зависящую от ряда факторов. Коэффициенты надежности по нагрузке устанавливают после обработки статических данных наблюдений за фактическими нагрузками.
Таблица 2. Сборы нагрузок на обрезе фундамента в сечении 1-1
№ п/п |
Вид нагрузки |
Нормативная нагрузка, кН |
Коэффициент надежности по нагрузке |
Расчетная нагрузка, кН |
Постоянные нагрузки |
||||
1. |
Собственный вес стены Н*δ*γ*1м=6,8*0.5*18*1 |
61,2 |
1,1 |
67,3 |
2. |
Собственный вес перекрытий γ*А*n=2.2*3*18 |
118,8 |
1,1 |
130,68 |
3. |
Собственный вес перегородок 0.8*А*n=0.8*3*16 |
38,4 |
1,1 |
42,24 |
4. |
Собственный вес кровли 0.2*А=0.2*3 |
0,6 |
1,3 |
0,78 |
Итого |
219 |
241 | ||
Временные нагрузки |
||||
1. |
Полезная нагрузка 1.5*А*n=1.5*3*16 |
72,0 |
1,3 |
93,6 |
2. |
Снеговая нагрузка Р*А=1.5*3 |
4,5 |
1,4 |
6,3 |
Итого |
76,5 |
99,9 | ||
Сумма |
295,5 |
340,1 |
3. Расчет ленточного фундамента
3.1 Определение глубины заложения фундамента
Нагрузки на уровне вертикальной планировки:
Для сравнения рассматриваем фундамент мелкого заложения на естественном основании и фундамент на забивных призматических сваях.
Проектирование фундамента мелкого заложения на естественном основании
Глубину заложения фундамента назначаем не менее расчетной глубины промерзания грунта.
По табл. 5.10 [3] для суглинков с показателем текучести IL >0.25 глубину заложения подошвы фундамента принимаем не менее df.
, (4)
где - нормативная глубина промерзания, м;
- коэффициент влияния теплового режима (табл.1 СНиП2.02.01-83),
С учетом технологических особенностей проектируемого здания глубина заложения фундамента должна быть на 0,75-0,9 м ниже отметки подвала (отметка пола подвала -3 м), т.е.:
Конструктивно принимаем глубину заложения фундамента d = 3,65 м.
Нормативное расчетное сопротивление грунта определим по СНиП 2.02.01-83 «Основания зданий и сооружений»: R =300 кПа.
Определим ширину подошвы фундамента в плане:
где - расчетная нагрузка на фундаменты по 2 предельному состоянию, кН;
- нормативное расчетное
- глубина заложения фундамента, м;
- усредненный удельный вес
А = 340,1 / (300 – 10,8*3,35) = 1,3м
Расчетное сопротивление грунта определим по формуле :
(6)
где и - коэффициенты условий работы, учитывающие особенности работы разных грунтов в основании фундаментов и принимаемые по таблице 1 СНиП 2.02.01-83 ;
- коэффициент, равный 1, так как прочностные характеристики грунта
( и ) определены непосредственно испытаниями;
- коэффициент, равный 1;
и - усредненные расчетные значения удельного веса грунтов, залегающих соответственно ниже и выше подошвы фундамента, кН/м;
- расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа;
=3,9 м – глубина заложения фундамента;
, , - безразмерные коэффициенты, принимаемые по таблице 4 СНиП 2.02.01-83.
Пересчитываем ширину подошвы по полученному значению R
А = 340,1 / (280,74 – 10,82*3,9) = 1,4м
Должно выполнятся условие Rср<R
Rср = (340,1 + 3,65 * 10,82*1,6) / 1,6 = 254,8
254,8<280,74, условие выполнено.
Принимаем фундамент ФЛ 16.30-1 с шириной подошвы 1,6 м2.
Вес 1м фундаментной плиты ФЛ16 σф = 20,3 кН.
Вес грунта на одном обрезе фундамента:
σгр = 2*0,5*10,82=10,82 кН
Определяю среднее давление под подошвой фундамента:
Рср = (N + σф + σс + σгр) / b*1,0 = (340,1 + 20,3 + 10,82 + 31,6) /1,6*1 = 251,8 кПа
Запас (R – Рcp) / R *100%= (280,74 – 251,8) / 280,74*100% = 9,87 < 10% - допускается.
3.2 Расчет фундамента на устойчивость.
3.2.1 Устойчивость против опрокидывания.
При проверке устойчивости сооружения против опрокидывания вокруг точки О формула имеет вид :
где е – расчетный эксцентриситет этой силы;
епр – предельный расчетный эксцентриситет этой силы;
m – коэффициент условий работы, который для гражданских сооружений на сжимаемом основании принимается не выше 0,75.
Так как фундамент центрально нагружен, то
е=0<0,6*0,75=0,45
- условие выполняется. Фундамент устойчив против опрокидывания.
Устойчивость против скольжения.
При проверке сооружения на устойчивость против скольжения используем формулу:
где F - расчетная сила, передаваемая на основание от основного и осевого сочетания нагрузок (F=340,1 кН/м).
- сила предельного сопротивления основания, определяемая из условия предельного равновесия грунтов в основании по направлению, соответствующего направлению силы F.
- коэффициент условий работы, в зависимости от вида грунтов в основании (0,9)
- коэффициент надежности в зависмости от класса сооружения (1,1)
Величина может быть найдена из выражения :
где Fvol – вертикальная составляющая внешней нагрузки. (340,1)
FfgI – вес фундамента и грунта на его уступах
FfgI =(
где Fhol – сдвигающая сила (650 кН/м)
f – коэффициент трения кладки фундамента по грунту основания (для суглинков и суписей равен 0,3).
FfgI = (1,1*650 – 0,9*340,1*0,3)/(0,9*0,3)=2308 кН/м
Fu = (340,1+2308)*0,3 = 794,4 кН/м
340,1 < 0,9*794,4/1,1=649,9
Условие выполняется, фундамент устойчив против скольжения.
3.2.2 Определение просадки грунта от собственного веса
Просадку грунта от собственного веса определяю по формуле:
Sпр = [1,38(0,061+0,058+0,045+0,040+
Sпр >5см – II тип грунтов по просадочности.
Исходя из расчета просадки грунтов, делаю вывод, что необходимо производить мероприятия по уплотнению основания.
В данном случае выполняю уплотнение основания методом предварительного замачивания.
3.2.3 Уплотнение основания предварительным замачиванием
Основные положения:
- Уплотнение предварительным замачиванием происходит за счет просадки от собственного веса. При этом уплотняются нижние слои грунтовой толщи, начиная с глубины, на которой напряжения от собственного веса грунта превышает начальное просадочное давление.
- Размеры уплотненной площадки и методика замачивания назначаются с таким расчетом, чтобы в пределах застраиваемой площадки просадка грунта от собственного веса была полностью устранена.
- Замачивание грунтов производится в котлованах, отрываемых путем снятия растительного слоя и насыпного грунта на глубину 0,8 – 2,6м в пределах застраиваемой площадки.
- Уплотнение предварительным замачиванием применяется на вновь застраиваемых площадках.
Определяю основные параметры уплотненного предварительным замачиванием основания жилого дома с размерами в плане 18х13,8м.
Определяю размеры замачиваемой площадки под здание по формулам:
где Hsl - величина просадочной толщи.
BW = 18+0,6*6,2 = 21,72м
LW = 13,8+6,2 = 20м
Определяю по формуле время Т, необходимое для замачивания всей толщи просадочных грунтов по формуле:
где kf – минимальная величина коэффициента фильтрации слоев грунта (kf=0,45 м/сутки)
γW – коэффициент, принимаемый равным при замачивании с поверхности дна котлована при отсутствии дренирующего слоя, γW=1,2
Т = 1,2*(6,2 – 3,65)/0,45 = 7.6 суток
Определяю необходимый объем воды по формуле:
Q = ((0,8(ρs- ρd) ρw/ ρs) – (ρ- ρd))(V1+V2/2)/ ρw (16)
где V1 – объем грунта в пределах замачиваемого котлована
V1 = BWLWHsl = 21,72*20*7.6 = 3.300 м3
V2 – суммарный объем грунта в пределах зон распространения воды в стороны от замачиваемого котлована.
V2 = 0,5(2BW +2LW) Hsl(Hslmβtgβ)
V2=0,5(2*21,72+2*20)*6,2(6,2*
Q=((0,8(2,79-2,1)1/2,79) – (1,59-1,43))(2693+730/2)/1 = 116,2м3
Определяю максимальный суточный расход воды на замачивание котлована по формуле:
qmax=η*kf*Aw = 2*0,45*20*21,72 = 390,96 м3 (19)
где η – коэффициент, учитывающий увеличение расхода воды засчет образования просадочных трещин, принимаемый при замачивании без устройства дренажных скважин.
Aw – площадь замачивания.
3.3 Расчет осадок
Определяю вероятную просадку ленточного фундамента шириной b=1,6м, заложенного на глубину h=1.85 м, от естественной поверхности земли и оказывающего на основание давление Рср=251,8 кН/м2.
Непосредственно под подошвой фундамента залегает слой супеси пластичной толщиной ∆=4,9 – 3.65 = 1.25 м с объемным весом γ1=17 кН/м3, модуль деформации Е1=17 МПа. Ниже залегает песок водонасыщенный , для которого h2=5,1м, γ2=15,5 кН/м3, Е2=36 МПа. Следующий слой – суглинок тугопластичный с γ3=10,4 кН/м3, Е3=32 МПа.
Принимается, что деформация сжатия каждого слоя толщиной hi происходит при отсутствии бокового расширения и выражается следующей формулой:
где δzpi – среднее значение дополнительных вертикальных напряжений.
β – переходной коэффициент (β = 0,8)
рi – среднее давление в пределах слоя.
hi – модуль огбщей деформации слоя
В пределах веса сжимаемой толщи осадка складывается из осадок определенных слоев с различными модулями деформации Е. Суммарная осадка будет равна:
Т.к. отношение Еmax/Emin = 36/17=2,1>1,6, то расчет осадок должен быть произведен с учетом разнослойного основания.
До разработки грунта на отметке подошвы действовало природное давление σzg = γ1h= 17*1.5 = 25.5 кН/м2.
Давление от фундамента превышает природное давление на величину
Р0= 340,1 – 25.5 = 314.6 кН/м2.
Это дополнительное давление передается на основание и распределяется в нем, вызывая деформацию слоев и осадку поверхности основания.
Для определения мощности сжимаемой толщи и расчета осадок основание разбивается на отдельные слои толщиной hi = 30см, что удовлетворяет условию hi ≤ 0,3*1,6 = 0,48м.
Бытовое давление на разных отметках вычисляю путем давления отдельных слоев, считая от естественной поверхности земли, т.е. по формуле:
Дополнительное давление нахожу по формуле :
где α – коэффициент, который находится по таблице СНиП 2.02.01-83 в зависимости от отношений:
m = 2z/b = 2z/1,6 = 1.25z и n ≥ 10 (ленточный фундамент).
Здесь z отсчитывается от подошвы фундамента вниз.
Природное давление на глубине z = 0,3м от поверхности основания составляет
Результаты вычислений заполняем в таблицу 3.
Таблица3. Вычисление давлений для расчета осадок.
слой |
z, м |
ξ = 2z/b |
α |
0.2∙σzg, кН/м2 |
σzр, кН/м2 |
Е0, мПа |
S, м |
II |
0 0,3 0,6 1 |
0 0,375 0,375 0,625 |
1 0,81 0,5 0,4 |
10,98 11,58 12,18 16,64 |
304,4 246,7 152,2 121,8 |
17 |
0,012 |
III |
1,3 1,6 1,9 2,2 2,5 2,8 3,1 3,3 |
1,63 2 2,38 2,75 3,125 3,5 3,9 4,25 |
0,28 0,17 0,15 0,11 0,08 0,06 0,05 0,04 |
12,8 13,4 14 14,6 15,2 15,8 16,4 17 |
85,32 51,7 45,66 33,5 24,4 18,3 17,02 12,18 |
36 |
0,002 |
IV |
3,6 4.4 5.2 6.1 |
4.5 5.5 6.5 7.6 |
0,035 0.03 0.03 0.03 |
23.8 25.4 27.04 30.9 |
15,22 9.13 9.13 9.13 |
32 |
0.0008 |