Проектирование фундаментов под 9-этажное здание в открытом котловане

Пояснительная записка.DOC

ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КЛАССИФИКАЦИОННЫХ ПРИЗНАКОВ ГРУНТОВ ПЛОЩАДКИ СТРОИТЕЛЬСТВА И ИХ РАСЧЕТНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ2
ВЫВОДЫ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ОЦЕНКИ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ПЛОЩАДКИ СТРОИТЕЛЬСТВА4
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ НАГРУЗОК НА ФУНДАМЕНТЫ 9-ЭТАЖНОГО ЗДАНИЯ С ПОДВАЛОМ5
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЛУБИНЫ ЗАЛОЖЕНИЯ ЛЕНТОЧНОГО И СТОЛБЧАТОГО ФУНДАМЕНТА ПОД СТЕНЫ И КОЛОННЫ 9-ЭТАЖНОГО ЗДАНИЯ С ПОДВАЛОМ7
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ШИРИНЫ ПОДОШВЫ ФУНДАМЕНТОВ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ9
1. Расчёт ленточного фундамента наружной стены здания по оси А9
2. Расчёт столбчатого фундамента под внутреннюю колону здания по оси Б12
3. Проектирование песчаной подушки15
РАСЧЁТ СВАЙНОГО ФУНДАМЕНТА ПОД НАРУЖНУЮ СТЕНУ ПО ОСИ А18
РАСЧЕТ ОТДЕЛЬНО СТОЯЩЕГО СВАЙНОГО ФУНДАМЕНТА ПОД ВНУТРЕННИЙ КАРКАС ЗДАНИЯ22
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СРЕДНЕГО ВЕРТИКАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ Р ПОД ПОДОШВОЙ УСЛОВНОГО СВАЙНОГО ФУНДАМЕНТА И ПРОВЕРКА ВЫПОЛНЕНИЯ УСЛОВИЯ РR26
РАСЧЁТ ОСАДОК ФУНДАМЕНТОВ30
1. Определение конечной (стабилизированной) осадки свайного фундамента под наружную стену методом послойного суммирования30
2. Определение осадки столбчатого фундамента мелкого заложения37
методом эквивалентного слоя (методом Н. А. Цытовича)37
В курсовом проекте необходимо запроектировать фундаменты под 9-ти этажное здание с подвалом несущими конструкциями которого являются:
Наружные кирпичные стены толщиной 640 мм.
Внутренний каркас состоящий из сборных жб колонн сечением 400х400 мм и продольных ригелей.
В проекте необходимо:
- определить физико-механические свойства грунтов строительной площадки и выполнить инженерно-геологический разрез по исходным данным;
- установить нагрузки для расчёта оснований фундаментов по первому и второму предельному состоянию;
- разработать конструктивную схему фундамента мелкого заложения уточнить величину расчётного сопротивления основания по принятым размерам фундамента определить предварительные размеры фундамента;
- определить модуль общей деформации по результатам компрессионных и штамповых испытаний;
- выполнить расчет осадок фундаментов и сравнить полученные данные с предельно допустимыми осадками для выбранного варианта фундамента;
- разработать схему свайного фундамента и произвести его расчет.
Определение классификационных признаков грунтов площадки строительства и их расчетных сопротивлений
Вариант геологии №15
Грунт №1: Скважина 2 h=05 м (растительный слой)
R0 – не нормируется.
Грунт №2: Скважина 2 h=40 м (глинистый грунт)
Определяем тип грунта:
=251-194=57 1IP≤7 грунт: супесь.
Определяем разновидность грунта:
Определяем коэффициент пористости:
е=ρSρ(1+W)-1=268200(1+0258)-1=068
Определяем R0 по СНиП 2.02.01-83*:
R0 – не нормируется т.к. IL>1.
Грунт №3: Скважина 2 h=60 м (песчаный грунт)
Определяем тип грунта:
Песок пылеватый т.к. частиц содержится менее 25%
Определяем вид грунта:
е=ρSρ(1+W)-1=266200(1+0248)-1=066
вид песчаного грунта: песок средней плотности (060e08).
Определяем разновидность грунта по степени влажности:
Sr=WρSeρW=0248*266066*1=099
По степени влажности песок насыщенный водой
По СНиП для песка пылеватого средней плотности насыщенного водой определяем:
Грунт №4: Скважина 2 h=90 м (глинистый грунт).
=365-235=130 7IP≤17 грунт: суглинок.
суглинок полутвердый.
е=ρSρ(1+W)-1=269202(1+0257)-1=067
Определяем R0 по СНиП 2.02.01-83* методом интерполяции:
Грунт№5: Скважина 2 h=120 м (глинистый грунт).
Определяем тип: грунта
е=ρSρ(1+W)-1=277214(1+02)-1=055
Выводы по результатам оценки инженерно-геологических условий площадки строительства
Исследуемая территория относится к условно благоприятной для строительства в связи с залеганием слабых грунтов (ИГЭ-2 ИГЭ-3) в активной зоне нагрузок от фундаментов сооружения.
Разведанная толща до глубины 15 м неоднородная в ее составе выделено 5 инженерно-геологических элементов (ИГЭ). Геологический разрез участка изображен на рис.3.1.
Физико-механические свойства грунтов приведены в сводной таблице 3.1.
Гидрогеологические условия исследуемой площадки строительства в целом характеризуются наличием водоносного горизонта приуроченного к супеси текучей и вскрытого всеми скважинами на глубине 30-42 м.
Ввиду малой прочности ИГЭ-1 ИГЭ-2 ИГЭ-3 не рекомендуется их использование в качестве естественного основания для фундаментов.
Для проектирования фундаментов мелкого заложения рекомендуется рассмотреть искусственное основание в виде песчаной подушки.
Выполнить расчет свайного фундамента и рассмотреть его в качестве основного для проектируемого здания.
СВОДНАЯ ТАБЛИЦА ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
ГРУНТОВ СТРОИТЕЛЬНОЙ ПЛОЩАДКИ
Песок пылеватый средней плотности насыщенный водой
Суглинок полутвердый
Определение расчетных нагрузок на фундаменты 9-этажного здания с подвалом
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 мелкого заложения ведется по II группе предельных состояний - по деформациям.
При проектировании и расчете свайных фундаментов определяется число свай исходя из несущей способности одиночной сваи. Расчет свайных фундаментов ведется по I группе предельных состояний - по несущей способности.
Расчетная нагрузка действующая по обрезу фундамента для здания с подвалом определяется по формуле:
где n и n’ - коэффициенты перегрузок применяемые для расчета фундаментов по II группе предельных состояний - по деформациям в соответствии со СНиП 2.01.07-85
Для расчета устойчивости по 1 группе предельных состояний в соответствии со СНиП 2.01.07-85.
nc - коэффициент сочетания постоянных и временных нагрузок применяемых в соответствии со СНиП 2.01.07-85
Расчетная нагрузка на ленточный фундамент (наружная стена по оси А).
На наружную стену здания с подвалом (ось А) действуют нормативные нагрузки в основном сочетании приложенные на отметке верхнего обреза фундамента:
При наличии подвала постоянная и временная нагрузки увеличиваются:
Вычисляем расчётные нагрузки.
Для расчётов по первой группе предельных состояний:
NI=11 (341+22)+14x09 (14+2)=4195 кНпог.м.
Для расчётов по второй группе предельных состояний:
NII=10 (341+22)+10x09 (14+2)=3774 кНпог.м.
Расчетная нагрузка на отдельный фундамент под колонну (внутренняя колонна по оси Б).
На внутреннюю колонну здания с подвалом (ось Б) действуют нормативные нагрузки в основном сочетании приложенные на отметке верхнего обреза фундамента:
NI=11 (894+142)+14x09(65+3)=12253 кН.
NII=10 (894+142)+10x09(65+3)=10972 кН.
Расчетные нагрузки действующие по обрезу фундамента
Определение глубины заложения ленточного и столбчатого фундамента под стены и колонны 9-этажного здания с подвалом
Относительная отметка пола подвала –220 м. Отметка пола 1-го этажа +0000 на 06 м выше планировочной отметки т.е. высота цокольной части здания Расчетная среднесуточная температура воздуха в помещении примыкающем к наружным фундаментам +100С.
Место строительства – город Челябинск.
Грунтовые условия строительной площадки: с поверхности до глубины 11 м – растительный слой; ниже – до глубины 46 м супесь текучая далее – песок пылеватый средней плотности насыщенный водой. Уровень подземных вод WL находится на глубине 300 м (скважина 1).
Определяем глубину заложения фундамента исходя из конструктивных особенностей здания. В зданиях с подвалом заглубление подошвы фундаментов:
где - размер от чистого пола подвала до пола 1-го этажа;
- величина заглубления подошвы фундамента от низа пола подвала;
- высота цокольной части здания;
- высота принятой конструкции пола подвала.
Определяем расчетную глубину сезонного промерзания для супеси в районе строительства (г. Челябинск):
где - величина нормативной глубины сезонного промерзания определяемая по СНиП 2.02.01-83* пп. 2.26 и 2.27;
- коэффициент учитывающий влияние теплового режима сооружения принимаемый: для наружных фундаментов отапливаемых сооружений по таблице 1 СНиП 2.02.01-83*
Определяем нормативную глубину промерзания:
где - безразмерный коэффициент численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе (гор. Челябинск).
- величина зависящая от вида грунта (грунт – супесь) в соответствии с п.2.27 СНиП 2.02.01-83*.
Окончательно принимаем глубину заложения подошвы фундамента по наибольшей величине из найденных значений (расчетной глубине сезонного промерзания и глубине заложения подошвы фундамента исходя из конструктивных особенностей).
Т.к. глубина заложения подошвы фундамента наружных стен исходя из конструктивных особенностей здания d=21 м больше расчетной глубины сезонного промерзания грунта df = 126 м то окончательно принимаем глубину заложения подошвы фундамента d=21 м.
Для внутренних фундаментов глубина заложения не зависит от расчётной глубины промерзания (п.2.29 в СНиП 2.02.01-83*) принимаем для внутренних фундаментов глубину заложения по конструктивным соображениям d=27 м.
Принимаем планировочную отметку DL (11310).
Абсолютная отметка глубины заложения фундамента FL (1110).
Рис.5.1. Определение глубины заложения подошвы фундамента.
Определение ширины подошвы фундаментов мелкого заложения
Определение размеров подошвы фундаментов производим методом последовательных приближений.
Поскольку грунтовые условия в верхних напластованиях геологического разреза являются неудовлетворительными для проектирования фундаментов мелкого заложения необходимо заменить грунты залегающие на уровне подошвы фундамента (супеси текучие) песчаной подушкой из песка средней крупности средней плотности со следующими характеристиками: γ=20 кНм3 кНм3 е=06 R0=350 кПа φ=30o с=0 кПа E=20000 кПа.
1. Расчёт ленточного фундамента наружной стены здания по оси А
Расчетная нагрузка действующая на стену NII=3774 кНм. Длина здания высота. Отметка пола подвала – 2.2м. Глубина заложения подошвы фундамента d=21 м. Отметка пола 1-го этажа на 06 м выше планировочной отметки.
Определяем ориентировочную ширину подошвы ленточного фундамента:
где - расчетная нагрузка от массы сооружения на 1 пог.м.
осредненный удельный вес стеновых блоков фундамента и грунта.
d=21 м - глубина заложения фундамента.
Полученная ширина подошвы ленточного фундамента b=123 м является предварительной т.к. ширина определена исходя из табличного значения расчетного сопротивления основания. По этому размеру приняв типовую фундаментную подушку ФЛ 14.24 (b=14 м h=03 м l=24 м) находим уточненное значение расчетного сопротивления грунта основания по формуле 7 СНиП 2.02.01-83*:
где - коэффициенты условий работы грунтового основания и здания во взаимодействии с основанием определяемые по таблице 3 СНиП 2.02.01-83* (- по интерполяции).
k=11 – коэффициент надежности принятый равным 11 т.к. прочностные характеристики грунта заданные в проекте определены по таблицам СНиП.
- коэффициенты принимаемые по таблице 4 СНиП 2.02.01-83* в зависимости от расчетного значения угла внутреннего трения грунта находящегося непосредственно под подошвой фундамента.
b=14 м – ширина подошвы фундамента.
- расчетное значение удельного веса грунта залегающего непосредственно под подошвой фундамента;
- осредненное расчетное значение удельного веса грунтов залегающих выше отметки заложения подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды) кНм3.
где - мощности выше лежащих слоев.
- приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала.
где - толщина слоя грунта от отметки подошвы фундамента до отметки низа пола подвала.
- толщина конструкций пола подвала.
- расчетное значение удельного веса материала конструкций пола подвала.
- глубина подвала - расстояние от уровня планировки до пола подвала.
cII =0 – удельное сцепление грунта основания.
Проверяем фактическое среднее давление под подошвой фундамента:
Определяем фактические нагрузки действующие по подошве фундамента на 1 м с учетом выбранных размеров фундамента и стеновых блоков.
Собственный вес 1 м фундамента из подушек ФЛ 14.24 и 3 стеновых бетонных блоков ФБС-6 (толщиной 06 м высотой 06 м) и 4 ряда кирпичной кладки (толщина 064 м высота 300 мм):
Q=[(14х03х24)+(06х06х22)х3+(064х03х18)]x1=373 кНм
Вес грунта на обрезе фундамента с наружной стороны
GГР=04х18х179х10=129 кНм3
Среднее давление под подошвой фундамента на участке длиной в 1 пог. м:
Согласно СНиП 2.02.01-83* п.2.41 среднее давление на основание под подошвой фундамента p не должно превышать расчетного сопротивления основания R.
Определим разницу между R и р:
Следовательно ширина подошвы ленточного фундамента запроектирована достаточно экономично.
Окончательно принимаем ленточный фундамент шириной 14 м.
Рис.6.1. Разрез фундамента под наружную стену.
2. Расчёт столбчатого фундамента под внутреннюю колону здания по оси Б
Запроектируем фундамент под внутреннюю колонну 9-и этажного здания с подвалом. Расчетная нагрузка действующая на колонну NII=10972 кН. Глубина заложения подошвы фундамента d=27 м.
Материал основания (песчаная подушка): песок средней крупности средней плотности: γ=20 кНм3 кНм3 е=06 R0=350 кПа φ=30o с=0 кПа E=20000 кПа.
Столбчатый фундамент под внутреннюю колону примем квадратной формы в плане.
Определяем ориентировочную ширину подошвы столбчатого фундамента:
По сортаменту принимаем отдельно стоящий столбчатый фундамент 2Ф21.9. Вес фундамента 2Ф21.9 равен Q=53 кН. Ширина подошвы фундамента b=21 м.
Определяем расчетное сопротивление грунта основания при b=21 м
где - коэффициенты условий работы грунтового основания и здания во взаимодействии с основанием определяемые по таблице 3 СНиП 2.02.01-83.
b=21 м – ширина подошвы фундамента.
Т.к. полученное расчетное сопротивление основания существенно отличается от R0 то необходимо уточнить ранее принятую ширину фундамента уже при R=4565 кПа.
Определяем фактические нагрузки действующие по подошве фундамента с учетом выбранных размеров фундамента.
Собственный вес фундамента 2Ф21.9:
Среднее давление под подошвой фундамента:
- условие выполнено.
Следовательно площадь подошвы столбчатого фундамента запроектирована не экономично необходимо её уменьшить. По сортаменту принимаем меньший по площади подошвы отдельно стоящий столбчатый фундамент 2Ф18.9 вес фундамента Q=40 кН. Ширина подошвы фундамента b=18 м.
При меньшей площади фундамента (по сортаменту 15х15 м) среднее давление будет превышать расчетное сопротивление.
Окончательно принимаем отдельный фундамент 2Ф18.9.
Рис.6.2. Разрез фундамента под колонну.
3. Проектирование песчаной подушки
Для расчета песчаной подушки необходимо определить ее размеры. Задаемся толщиной песчаной подушки z=16 м. В качестве материала песчаной подушкой принимаем песок средней крупности средней плотности со следующими характеристиками: γ = 20кНм3 R0=350 кПа φ=300 c=0 кПа. Подушка проектируется «висячей». Принимаем угол откоса песчаной подушки α = 550.
Ширину песчаной подушки понизу определяем по формуле:
b – ширина ленточного фундамента; b = 14 м;
z – толщина песчаной подушки = 16 м;
α – угол откоса песчаной подушки; α = 550;
Рис. 6.3. К расчёту песчаной подушки.
Полная фактическая нагрузка по подошве фундамента составляет р=3054 кПа.
Природное давление грунта на глубине заложения фундамента определяется по формуле:
γII’ – удельный вес грунта выше подошвы фундамента
d – глубина заложения фундамента.
Дополнительное давление под подошвой фундамента определяется по формуле:
Природное давление грунта на кровле подстилающего слоя (на 16 м ниже подошвы фундамента) определяется по формуле:
По табл.1 приложения 2 СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений» определяем значение коэффициента затухания α. Коэффициент затухания определяется в зависимости от отношения длины к ширине фундамента (для ленточного фундамента > 10) и от коэффициента (зависящего от конструктивного решения песчаной подушки). Коэффициент определяется по формуле:
При > 10 и = 229 коэффициент затухания α определяется методом интерполяции:
Дополнительное давление на кровле подстилающего слоя (на уровне подошвы песчаного песчаной подушки) определяется по формуле:
Полное давление на кровле подстилающего слоя (от природного и дополнительного давления) определяется по формуле:
Вычисляем расчетное сопротивление Rz супеси текучей для условного фундамента шириной bz равной ширине песчаной подушки и глубиной заложения d+z=21+16=37 м по формуле.
k=1 – коэффициент надежности принятый равным 1 т.к. прочностные характеристики грунта заданные в проекте определены по результатам лабораторных испытаний.
- коэффициенты принимаемые по таблице 4 СНиП 2.02.01-83* в зависимости от расчетного значения угла внутреннего трения (суглинка текучего) .
bz=35 м – ширина подошвы условного фундамента.
=10 кНм3 - расчетное значение удельного веса грунта залегающего непосредственно под подошвой фундамента т.к. грунт залегает ниже УГВ то удельный вес определяем с учетом взвешивающего действия воды по формуле:
кНм3; где - удельный вес воды;
где - толщина слоя грунта от отметки подошвы песчаной подушки до отметки низа пола подвала.
cII =8 – удельное сцепление грунта основания.
Т.к. zR (1995 кПа 2046 кПа) то запроектированные размеры фундамента и принятая толщина песчаной подушки удовлетворяют требованиям СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений».
Расчёт свайного фундамента под наружную стену по оси А
Район строительства г. Челябинск. По обрезу фундамента действует расчетная вертикальная нагрузка полученная для расчета по II предельному состоянию NII=5189 кНм. Планировочная отметка DL равна 11310 м.
Уровень грунтовых вод WL=10960 м т.е. находится на глубине 35 м. от планировочной отметки DL.
Здание имеет подвал глубиной 22 м площадка предполагаемого строительства с поверхности сложена слабыми грунтами (растительный слой супесь текучая песок пылеватый средней плотности насыщенный водой). В активной зоне сжатия до глубины 51 м принимает участие супесь текучая которая является сильносжимаемым грунтом. Свайный фундамент будет иметь явное преимущество перед фундаментом мелкого заложения. Поэтому свайный фундамент проектируем как основной вариант.
Глубина заложения ростверка:
Исходя из инженерно-геологических условий участка строительства для устройства свайных фундаментов принимаем железобетонную сваю сечением 03х03м стандартной длины длина острия сваи 025 м. Свая работает на центральное сжатие следовательно заделку сваи в ростверк принимаем равной 01 м. Нижний конец сваи забивается в суглинок полутвердый на глубину 14 м. Толщину ростверка принимаем равной 05м.
По способу работы в грунте принимаем висячие сваи работающие за счёт трения по боковой поверхности и сопротивления под нижним концом.
Несущая способность висячей забивной сваи определяется по формуле:
где γс – коэффициент условий работы свай в грунте принимаемый γс=10;
γсR – коэффициент условий работы грунта под нижним концом сваи учитывающий влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления грунта; принимается по табл.3 СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты»; при погружении сплошных с закрытым нижним концом свай молотами γсR=10;
R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи определяемое по табл.1 СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты» в зависимости от вида грунта под нижним концом сваи и глубины погружения нижнего конца сваи;
A – площадь опирания на грунт сваи принимаемая по площади поперечного сечения сваи; при сечении сваи 03х03м площадь опирания на грунт сваи будет равна А = 009 м2;
u – наружный периметр поперечного сечения сваи; при сечении сваи 03х03 м наружный периметр поперечного сечения сваи будет равен u=12 м;
γсf – коэффициент условий работы грунта на боковой поверхности сваи учитывающий влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления грунта; принимается по табл.3 СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты»; при погружении сплошных с закрытым нижним концом свай молотами γсf = 10;
f при определении расчетных сопротивлений грунтов на боковой поверхности сваи пласты грунтов следует расчленять на однородные слои толщиной не более 2 м (рис. 7.1);
h h1=14 м; h2=14 м; h3=14 м; h4=13 м; h5=14 м.
Рис. 7.1. К определению несущей способности висячей забивной сваи.
Определяем расчетное сопротивление слоев грунта основания на боковой поверхности сваи по табл.2 СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты» методом интерполяции. Для этого пласты грунтов расчленяем на однородные слои толщиной не более 2 м (рис.7.1). Средняя глубина слоя Zi грунта берется от планировочной отметки земли до отметки середины слоя грунта.
Расчетные сопротивления слоев грунта основания на боковой поверхности сваи fi будут равны:
слой: супесь текучая (IL =112; Z1=300 м): т.к. IL > 1 то fi не нормируется.
слой: супесь текучая (IL =112; Z2=440 м): т.к. IL > 1 то fi не нормируется.
слой: песок пылеватый ср.плотности насыщенный водой (Z3=58 м):
слой: песок пылеватый ср.плотности насыщенный водой (Z4=715 м):
слой: суглинок полутвердый (IL =017; Z5=850 м):
Расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи R определяем по табл.1 СНиП 2.02.03-85 (свая опирается нижним концом на суглинок полутвердый IL=017 Z=92 м):
Тогда расчетная нагрузка допускаемая на сваю по грунту составит:
где - коэффициент безопасности по грунту.
Количество свай на 1 пог. м. фундамента:
где - расчетная нагрузка на фундамент по 1 предельному состоянию.
- коэффициент зависящий от вида свайного фундамента; для ленточного фундамента под стену
d = 03 м - сторона сваи.
dр =23 м - высота ростверка и фундамента не вошедшая в расчет при определении NI.
- удельный вес бетона.
Принимаем высоту ростверка из конструктивных соображений hр=05м.
Расчетное расстояние между осями свай на 1 пог.м стены:
Т.к. n1 и аP>3d принимаем однорядное расположение свай. Расстояние между сваями принимаем аp= 110 м.
Принимаем ширину монолитного ростверка bР=06 м и дорабатываем конструкцию фундамента.
Определяем фактическую нагрузку приходящуюся на одну сваю по формуле
где QP – вес ростверка; G – вес грунтовой пригрузки ростверка; n – количество свай.
Рис. 7.2. Расположение свай в плане под ростверком. Стена по оси А.
Расчет отдельно стоящего свайного фундамента под внутренний каркас здания
Исходя из инженерно-геологических условий участка строительства для устройства свайных фундаментов под колонны принимаем железобетонную сваю сечением 03х03 м стандартной длины длина острия сваи 025 м. Свая работает на центральное сжатие следовательно заделку сваи в ростверк принимаем равной 01 м. Нижний конец сваи забивается в суглинок полутвердый на глубину 13 м. Толщину ростверка принимаем равной 05м.
Несущая способность сваи:
Рис. 8.1. К определению несущей способности висячей забивной сваи.
Определяем расчетное сопротивление слоев грунта основания на боковой поверхности сваи по табл.2 СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты» методом интерполяции. Для этого пласты грунтов расчленяем на однородные слои толщиной не более 2 м (рис.8.1). Средняя глубина слоя Zi грунта берется от планировочной отметки земли до отметки середины слоя грунта.
слой: супесь текучая (IL =112; Z1=345 м): т.к. IL > 1 то fi не нормируется.
слой: суглинок полутвердый (IL =017; Z5=83 м):
Расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи R определяем по табл.1 СНиП 2.02.03-85 (свая опирается нижним концом на суглинок полутвердый IL=017 Z=88 м):
Количество свай в свайном кусте:
- коэффициент зависящий от вида свайного фундамента; для столбчатого фундамента
dр =29 м - высота ростверка и фундамента не вошедшая в расчет при определении NI.
При проектировании отдельно стоящего свайного фундамента количество свай округляется до целого числа в большую сторону. Таким образом принимаем свайный фундамент из трех свай. Высоту ростверка также принимаем равной hp= 05 м.
Чтобы получить минимальные размеры ростверка в плане и тем самым уменьшить его материалоемкость назначаем расстояние между осями свай равным минимально допустимому расстоянию 3d (3*03 = 09 м). Расстояние от края ростверка до боковой грани сваи (свесы) принимаем равными 01 м. Тогда размеры ростверка в плане будут 14х14 м (рис. 8.2). Поверх ростверка устанавливаем подколонник БК-1 (размеры 08х08х06 м).
Рис. 8.2. Отдельный свайный фундамент под колонну.
Фактическая нагрузка приходящаяся на одну сваю определяется по формуле:
где NI – расчетная нагрузка на столбчатый фундамент по I группе предельных состояний; Qр – вес ростверка; определяется по формуле:
Qp=V*γ=0825*24=198 кН;
V – объем ростверка;
γ – удельный вес бетона; γ = 24кНм3;
GБК – вес подколонника БК-1; определяется по формуле:
hБК– высота подколонника БК-1; hБК = 06 м;
bБК – ширина подколонника БК-1; bБК = 08 м;
γ – удельный вес бетона; γ = 24 кНм3;
GБК=06*08*08*24=92 кН;
n – принятое количество свай в ростверке; n = 3;
Nсв Pсв (4200 кН 4983 кН) - условие расчета выполнено.
Определение среднего вертикального давления р под подошвой условного свайного фундамента и проверка выполнения условия рR
Расчет свайного фундамента и его основания по II группе предельных состояний (по деформациям) производим как для условного фундамента на естественном основании в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений».
Проверяем давление на грунт под подошвой условного свайного фундамента в плоскости нижних концов свай.
Угол распределения нагрузки от сваи на грунт αср (рис. 9.1) определяется по формуле:
где φi и hi – угол внутреннего трения и толщина i-го слоя грунта соприкасающегося с боковой поверхностью сваи (необходимо учитывать что в работе сваи принимают участие только грунты имеющие расчетное сопротивление):
Рис. 9.1. К определению давления под подошвой условного свайного фундамента.
Ширина условного фундамента определяется по формуле:
где d – сторона сечения сваи; d = 03 м;
Вусл=d+2lcp tgαcp=03+2·41·tg573=1123 м.
Площадь условного фундамента на 1 пог.м определяется по формуле:
Аусл=Вусл·1п.м=1123 кв.м;
Объем условного фундамента определяется по формуле:
V= Аусл·Z6 = 1123·92=1033 куб.м
Объем ростверка и стеновой части свайного фундамента определяется по формуле:
VP=(bр·hp+bФБСhcф)·10
где bр – ширина ростверка; bр = 06 м;
hр – высота ростверка; hр = 05м;
bФБС – ширина фундаментного блока стены подвала; bФБС = 06 м;
hсф – высота стеновой части фундамента; hсф = 18 м;
VP=(06·05+06·18)·10=138 м3.
Объем свай на 1 пог.м свайного фундамента определяется по формуле:
Vсв=А n lсв=009·0909·69=056 м3.
где n – количество свай на 1 погонный метр фундамента; n=0909 сваипог.м;
A – площадь поперечного сечения сваи; А = 009 м2;
Объем грунта на 1 пог.м условного свайного фундамента определяется по формуле:
Vгр=V-Vсв-Vр= 1033-056-138=839 м3.
Вес свай приходящихся на 1 пог.м свайного фундамента определяется по формуле:
Gсв=Vсв·γ =056·24=1344 кН
где γ – удельный вес бетона; γ = 24кНм3;
Вес ростверка и стеновой части свайного фундамента определяется по формуле:
Gр=Vр·γ =138·24=3312 кН.
Вес грунта на 1 пог.м условного фундамента определяется по формуле:
где γII’ – осредненное (по слоям) расчетное значение удельного веса грунтов залегающих выше подошвы условного фундамента; определяется по формуле:
Gгр=Vгр·γII’ =839·1466=1230 кН.
Давление на грунт под подошвой условного свайного фундамента в плоскости нижних концов свай определяется по формуле:
Расчетное сопротивление грунта под подошвой условного фундамента определяем по формуле:
где - коэффициенты условий работы грунтового основания (суглинка полутвердого) и здания во взаимодействии с основанием определяемые по таблице 3 СНиП 2.02.01-83.
k=10 – коэффициент надежности
- коэффициенты принимаемые по таблице 4 СНиП 2.02.01-83* в зависимости от расчетного значения угла внутреннего трения грунта находящегося непосредственно под подошвой фундамента (суглинок полутвердый).
Bусл=1123 м – ширина подошвы условного свайного фундамента.
где - толщина конструкций пола подвала.
cII =17 – удельное сцепление грунта основания.
- условие расчета выполнено принятый свайный фундамент удовлетворяет требованиям СНиП 2.02.01-83*.
Расчёт осадок фундаментов
Расчет фундаментов по деформациям производим в соответствии с указаниями СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений» и СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты». Расчет фундаментов по деформациям сводится к определению расчетных конечных величин осадок фундаментов расчетной разности осадок соседних фундаментов и сравнению полученных расчетных величин с предельно допустимыми деформациями для данного типа здания.
1. Определение конечной (стабилизированной) осадки свайного фундамента под наружную стену методом послойного суммирования
Фактическое давление в уровне условного свайного фундамента равно p=4870 кПа. Ширина условного свайного фундамента равна Bусл=1123 м.
Высота от спланированной отметки (DL) до подошвы условного свайного фундамента равна Z6=92 м.
Определяем ординаты эпюры природного давления по формуле:
- на отм. DL=1137 =0;
- на границе I и II слоев:
- на границе II слоя и WL:
- ниже WL на границе II и III слоя с учетом взвешивающего действия воды:
- на границе III и IV слоев:
- с учётом скачка давления толщи воды hw=43 м на кровлю IV слоя – суглинка полутвердого являющегося водоупором:
-в уровне подошвы условного свайного фундамента:
- на границе IV и V слоев:
- на глубине 5 м ниже границы V слоя:
Дополнительное напряжение в уровне подошвы условного свайного фундамента определяем по формуле:
Ординаты эпюры дополнительного осадочного напряжения определяем по формуле:
где αi – коэффициент затухания напряжений зависящий от геометрических параметров фундамента (=lb) и от относительной глубины рассматриваемой точки (=2zb).
Расчет ординат эпюры дополнительного осадочного напряжения выполняем в табличной форме.
Все необходимые для построения эпюр природного давления и дополнительного давления а также для определения нижней границы сжимаемой толщи вычисления сводим в таблицу 10.1:
Согласно таблице строим эпюру дополнительных напряжений zp. Построением прямолинейной эпюры 02·zg ограничиваем активную зону сжатия и находим зону Hс=428 м в пределах которой считаем осадку (рис.10.1).
Рис. 10.1. Схема к расчёту осадки методом послойного суммирования.
Определение модуля общей деформации Eo по результатам компрессионных испытаний.
Осадка фундамента зависит от деформационных характеристик грунтов и площади эпюры дополнительного напряжения.
Отметка подошвы свайного фундамента по оси А - FL (10390).
Модули деформации E0 определяются для всех слоев грунтов входящих в сжимаемую толщу Hc. На основании таблицы в данную зону входят два слоя грунта – суглинок полутвердый и глина твердая. Материалом для определения модулей являются результаты лабораторных либо полевых испытаний каждого слоя которые приводятся в задании.
По данным строятся графики зависимости коэффициента пористости от давления – компрессионная кривая.
Компрессионные свойства грунтов:
Глубина h=90 м (суглинок полутвердый)
Для определения модуля деформации необходимо знать как изменяется коэффициент пористости грунта e при изменении давления в грунте основания в интервале от давления в природном состоянии (zg) до полного давления которое получается после постройки сооружения (z=zg+zp). Т.к. отметка глубины отбора монолита (образца грунта) практически соответствует отметке подошвы фундамента (нижнего конца свай) то для определения модуля деформации принимаем значения давлений (zg и zp) соответствующие значениям давлений в уровне нижнего конца свай (zg0 и zp0). Следовательно zg=zg0=1779 кПа zp=zp0=3091 кПа.
По результатам компрессионных испытаний строим компрессионную кривую для суглинка полутвердого на глубине 90 м (график зависимости коэффициента пористости грунта от давления) и определяем значения коэффициента пористости соответствующие давлениям z и zg (рис.10.2).
z=zg+zp=1779+3091 = 487 кПа.
Рис.10.2. Компрессионная кривая. Суглинок полутвердый глубина 90м.
По компрессионной кривой получаем значения коэффициента пористости:
- для zg = 1779 кПа e1 = 0664;
- для z = 487 кПа e2 = 0656.
Определяем модуль деформации по формуле:
где – безразмерный коэффициент; определяемый по формуле:
где – коэффициент относительной поперечной деформации грунта (коэф. Пуассона) зависящий от вида грунта; для суглинков =035; =062;
mv – коэффициент относительной сжимаемости грунта; определяется по формуле:
где m0 – коэффициент сжимаемости грунта в интервале изменения действующих напряжений; определяется по формуле:
Определяем модуль деформации для глины твердой (5 слой).
Компрессионные свойства грунта:
Глубина h=120 м (глина твердая)
Для вычисления модуля деформации определим напряжения действующие в 5 слое на глубине равной 12 м (графо-аналитическим методом используя данные рис.10.1). Получим:
zg=2311 кПа zp=774 кПа.
Полное давление z=zg+zp=2311+774 = 3085 кПа.
Рис.10.3. Компрессионная кривая. Глина твердая глубина 120 м.
Определяем полную осадку грунтов в пределах сжимаемой толщи Hс=428 м по формуле:
где – коэффициент перехода от плоской задачи к пространственной; =08;
E0i – модуль деформации i-го элементарного слоя грунта.
Осадка слоя 4 (суглинок полутвердый):
Осадка слоя 5 (глина твердая):
Суммарная осадка свайного фундамента по оси А составит:
S=S4+S5=00073+00050=00123 м=123 см.
Предельно допустимая осадка согласно СНиП 2.02.02-83* «Основания зданий и сооружений» для жилого здания с железобетонным каркасом составляет Su = 80 см.
Т.к. S=123 смSu=80 см то запроектированный свайный фундамент удовлетворяет требованиям СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений».
2. Определение осадки столбчатого фундамента мелкого заложения
методом эквивалентного слоя (методом Н. А. Цытовича)
Фундаменты мелкого заложения запроектированы на искусственном основании (песчаной подушке). В соответствии с разделом 6.3 мощность (толщина) песчаной подушки принята равной hпп = 16 м. Ширина подошвы столбчатого фундамента принята равной b=18 м.
Осадочное давление под подошвой фундамента определяем по формуле:
где р – фактическое давление под подошвой столбчатого фундамента; р=3510 кПа;
zg0 – природное давление на уровне подошвы столбчатого фундамента; определяется по формуле:
Определяем мощность эквивалентного слоя по формуле:
где A – коэффициент эквивалентного слоя учитывающий жесткость и форму подошвы фундамента и зависящий от коэффициентов относи-тельной поперечной деформации о грунтов лежащие в сжимающей толще. Т.к. столбчатый фундамент мелкого заложения имеет квадратную форму то соотношение его сторон равно = lb = 1.
Для определения коэффициента эквивалентного слоя принимается среднее значение коэффициентов относительной поперечной деформации грунтов лежащие в сжимающей толще. Т.к. для песка и супеси =03 то для определения коэффициента эквивалентного слоя принимаем о= 03.
Для определения средней осадки жесткого фундамента при =1 и о=03 коэффициент эквивалентного слоя принимаемый по таблице 7.2 [1] равен A = Aт =117;
b – ширина подошвы столбчатого фундамента; b = 18 м;
В расчетной схеме сжимаемую толщу грунта которая оказывает влияние на осадку фундамента принимают равной двум мощностям эквивалентного слоя:
Н=2 hэкв=2х211=422 м.
Для определения осадки необходимо найти модули деформации слоев грунта входящих в активную зону сжатия. По рис. 10.4 определяем что в данную зону входит три слоя грунта: песок средней крупности средней плотности (песчаная подушка) супесь текучая песок пылеватый средней плотности насыщенный водой. Для песка средней крупности средней плотности (песчаная подушка) модуль деформации принимаем по СНиП 2.02.01-83* Е0=35000 кПа.
Для супеси текучей (2 слой) модуль деформации определяем по данным штамповых испытаний.
Рис. 10.4. Схема к расчету осадки методом эквивалентного слоя.
Образец грунта (супеси текучей) взят с глубины 40 м. Для получения характеристик грунта проводились штамповые испытания. Результаты испытаний указаны в таблице:
Для определения модуля деформации необходимо знать как изменяется осадка грунта S при изменении давления в грунте основания. По данным таблицы строим график зависимости осадки от давления под штампом (рис.10.5).
Рис.10.5. График штамповых испытаний. Глубина 40 м
Модуль деформации грунта определяется в пределах прямолинейного участка – приложенного при испытаниях давления от 100 до 200 кПа.
Определяем модуль деформации по формуле:
где – безразмерный коэффициент зависящий от формы взятого для испытания штампа; для круглого штампа = 08;
о – коэффициент относительной поперечной деформации грунта зависящий от вида грунта; для супесей о =030;
d – диаметр круглого штампа; d = 277см;
Δ – приращение напряжения действующего на штамп в интервале определения модуля деформации; Δ = 2 – 1 = 200 – 100 = 100 кПа;
ΔS – приращение осадки соответствующей принятому интервалу определения модуля деформации; ΔS=S2 – S1=475–231=244 мм =0244 см;
Для песка пылеватого (3 слой) модуль деформации определяем по данным штамповых испытаний. Образец грунта (песка пылеватого) взят с глубины 60 м. Для получения характеристик грунта проводились штамповые испытания.
Результаты испытаний указаны в таблице:
Рис. 10.6. График штамповых испытаний грунта. Глубина 60 м.
Осадку фундамента методом эквивалентного слоя определяем по формуле:
где hэкв – мощность эквивалентного слоя; hэкв = 211 м = 211 см;
mv – средневзвешенный коэффициент относительной сжимаемости для всей сжимаемой толщи; определяется из условия что полная осадка грунтов в пределах сжимаемой толщи H равна сумме осадок входящих в нее слоев по формуле:
где h h1 = 160 м; h2 =080 м; h3 =182 м;
mvi – коэффициент относительной сжимаемости каждого слоя определяемый по формуле:
где для песков и супесей =074.
Eо Е01=35000 кПа; Е02=8265 кПа; Е03=30554 кПа.
Z Z1 = 091 м; Z2 = 222 м; Z3 = 342 м;
Предельно допустимая осадка согласно СНиП 2.02.02-83* «Основания зданий и сооружений» для зданий с железобетонным каркасом составляет Su = 80 см.
Т.к. S Su (262 см 80см) то запроектированный отдельно стоящий фундамент мелкого заложения удовлетворяет требованиям СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений».
Ухов С.Б. Семенов В.В. Знаменский В.В. Тер-Мартиросян З.Г. Механика грунтов основания и фундаменты. М.: АСВ 2004
ГОСТ 25100-95 «Грунты. Классификация».
СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений».
СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты».
СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия».
СНиП 23-01-99* «Строительная климатология и геофизика».
СНиП 3.02.01-83 «Земляные сооружения. Основания и фундаменты».
«Проектирование оснований и фундаментов в открытых котлованах» Методические указания.

Проект.dwg

Инженерно-геологический разрез
Проектирование оснований и фундаментов 9-этажного здания в г. Челябинск
- растительный слой 2 - супесь текучая 3 - песок пылеватый средней плотности насыщенный водой 4 - суглинок полутвердый 5 - глина твердая
Эпюра условного расчетного сопротивления
Песок пылеватый средней плотности насыщенный водой
Суглинок полутвердый
Расчетная схема свайного фундамента
Расчетная схема фундамента мелкого заложения
План фундаментов мелкого заложения
Обмазать горячим битумом
Ростверк монолитный ж.-б. кл.В20
План свайных фундаментов
Развертка стен подвала по оси 13
Бетонная подготовка 50 мм
Бетонная плита 150 мм
Бетонное покрытие с железнением 50 мм
Сборная ж.-б. плита 220 мм
Конструкция пола 80 мм
фундаментов мелкого заложения
Иглофильтровые установки
Асфальтобетон - 50 мм