Проектирование фундаментов промышленных и гражданских зданий

титульник,5, 9, 27,28, 29,30,31,32.doc

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
УО «ПОЛОЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
ФАКУЛЬТЕТ ИНЖЕНЕРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ
Кафедра строительных
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
по дисциплине «Механика грунтов основания и фундаменты»
Тема “Проектирование фундаментов промышленных и
Лебецкая Ольга Казимировна
Руководитель: Лобачева Н.Г.
АНАЛИЗ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ6
1. Определение расчетных характеристик физического состояния грунтов6
2. Анализ гранулометрического состава грунта8
3. Определение типа и разновидности грунтов по СТБ 943-200710
4. Определение нормативных и расчетных значений физико-механических характеристик грунтов по данным динамического зондирования11
5. Построение инженерно-геологического разреза14
Проектирование фундаментов мелкого заложения 18
1. Назначение глубины заложения фундамента18
1.1. Общие положения18
1.2. Выбор глубины заложения фундаментов в зависимости от конструктивных особенностей проектируемого здания18
1.3. Выбор глубины заложения фундаментов в зависимости от инженерно-геологических условий площадки .20
1.4. Выбор глубины заложения фундаментов в зависимостиот глубины сезонного промерзания грунта20
2. Определение размеров подошвы фундамента22
2.1. Общие положения22
2.2. Назначение предварительных размеров подошвы фундамента22
2.3. Определение расчетного сопротивления грунта22
2.4. Проверка давления под подошвой фундамента25
3. Определение осадки фундамента26
3.1. Общие положения26
3.2. Разбивка основания на элементарные слои грунта26
3.3. Построение эпюр природного и дополнительного давления под центром подошвы фундамента и определение осадки основания26
Эпюра дополнительного давления под центром подошвы фундамента27
3.4. Определение границы сжимаемой толщи28
3.5. Вычисление осадки основания28
ПРОЕКТИРОВАНИЕ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ31
2. Выбор типа сваи и глубины заложения ростверка31
3. Определение несущей способности сваи32
3.1. Несущая способность сваи по материалу32
3.2. Несущая способность сваи по грунту32
4. Определение количества свай в ростверке конструирование ростверка35
4.1. Определение количества свай в ростверке для отдельно стоящих фундаментов35
4.2. Конструирования ростверка35
5. Выбор типа забивной сваи37
5.1. Определение несущей способности забивных свай по результатам динамического зондирования 39
6. Расчет осадки свайного фундамента39
6.2. Проверка давления под подошвой условного фундамента41
6.3. Определение осадки свайного фундамента42
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.44
Целью курсовой работы по дисциплине «Механика грунтов оснований и фундаментов» является изучение вопросов проектирования устройства фундаментов и их оснований для различных сооружений возводимых в разнообразных геологических условиях. От правильно выбранного основания и конструкции фундамента а также от правильного их устройства во многом зависит нормальная эксплуатация зданий и сооружений.
Проектирование зданий и сооружений заключается в выборе основания типа конструкции и основных размеров фундамента и в совместном расчёте оснований и фундаментов как одной из частей сооружения.
Основания фундаменты и надземная конструкция неразрывно связаны между собой взаимно влияют друг на друга и должны рассматриваться как единая система. Деформации и устойчивость грунтов основания зависят от особенностей приложения нагрузок от размеров и конструкции фундамента и всего сооружения.
Деформации грунтов оснований зависят от приложенной нагрузки размеров и конструктивных особенностей фундаментов а также от типа самого сооружения и специфики его конструктивной схемы.
Существует и обратная связь – основные размеры конструкция фундаментов и схема сооружения во многом зависит от особенностей напластования грунтов основания на строительной площадке их сжимаемости и нагрузок которые они могут воспринять. При проектировании оснований и фундаментов необходимо решать две задачи: первая – выбрать вид и тип фундамента а также определить его основные размеры (глубину заложения размеры и форму подошвы) и вторая – выполнить подбор и расчёт сечений фундаментов.
АНАЛИЗ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ
Исходными данными для разработки проекта оснований и фундаментов зданий и сооружений служат:
-инженерно-геологические и гидрогеологические условия площадки строительства с указанием литологического строения основных характеристик физического состояния грунта грансостава песчаных грунтов условного динамического сопротивления грунтов погружению зонда уровня грунтовых вод.
-характеристик проектируемого здания или сооружения и значения нормативных нагрузок;
-варианты районов строительства зданий;
-план площадки с расположение скважин и отметками поверхности природного рельефа у устья скважин.
1. Определение расчетных характеристик физического состояния грунтов
Расчетные характеристики служат для оценки физического состояния и определения типа вида и разновидности грунтов согласно СТБ 943-2007.
- rd плотность сухого грунта (скелета грунта):
где r - плотность грунта гсм3;
W - природная влажность грунта в долях единицы;
- е коэффициент пористости грунта природного сложения и влажности:
где n - объём твёрдых частиц в одиночном объёме грунта;
m - объём пор в одиночном объёме грунта;
rs- плотность твердых частиц грунта гсм3;
rd – плотность сухого грунта гсм3
- Sr степень влажности (коэффициент водонасыщенности) определяется по формуле:
Согласно определению
где pw - плотность (объёмная масса) воды принимаемая 1 гсм3;
Wsat - влажность соответствующая полному заполнению пор водой (без пузырьков воздуха) т.е. полная влагоёмкость.
Подставим (1.3) в (1.4) и получим:
Для пылевато-глинистых грунтов дополнительно определяется число пластичности и показатель текучести.
Число пластичности определяется по формуле:
где WL - влажность соответствующая границе текучести. (Влажность грунта при которой стандартный конус погружается в образец на 10 мм);
Wp - влажность соответствующая границе раскатывания (пластичности).
(Влажность грунта при которой он теряет способность раскатываться в шнур 2 3мм).
Показатель текучести определяется по формуле:
Расчеты выполняем для каждого слоя.
Результаты расчета сводим в таблицу форма по которой приведена ниже (таблица 1.4).
Для исходных данных приведенных в таблице 1.1
Таблица 1.1 – Основные характеристики физического состояния грунтов
Для оценки физического состояния и определения типа вида и разновидности грунта определяем следующие характеристики грунта.
Для всех слоев грунта определяют:
Плотность сухого грунта (скелета грунта) rd по формуле [1.1]:
Для первого слоя: гсм3
Для второго слоя: гсм3
Для третьего слоя: гсм3
Коэффициент пористости грунта природного сложения и влажности е по формуле [1.2]:
Степень влажности (коэффициент водонасыщенности) Sr по формуле [1.5]:
Для пылевато-глинистых грунтов дополнительно определяем число пластичности и показатель текучести.
Число пластичности по формуле [1.6]:
-й слой грунта не является пластичным грунтом
25-0.13= 0.12 число пластичности для 1-го слоя
27-0.18= 0.09 число пластичности для 3-го слоя
Показатель текучести по формуле [1.7]:
Результаты расчетов сводим в таблицу 1.4.
2. Анализ гранулометрического состава грунта
Для песчаного грунта (второй слой) проводим анализ гранулометрического состава.
Исходные данные приведены в таблице 1.2.
Таблица 1.2 – Гранулометрический состав песчаного грунта
Содержание фракций (%) диаметром (мм).
Для определения максимальной неоднородности по данным строки 3 таблицы 1.3 строим кривую однородности грунта рис.1.1.
Анализ гранулометрического состава песка проводим в табличной форме. В графе «Диаметр фракций» значение 20 соответствует содержанию частиц >10мм значение 005 – содержанию частиц 01мм.
Таблица 1.3 – Гранулометрический состав песка
Диаметр фракций d мм
Логарифм диаметра фракций log(d)
Содержание фракций %
Для определения максимальной неоднородности по данным строки 3 строится кривая однородности грунта рис.1. Графически определяются значения log(d5)=-087
Рисунок 1 – Кривая однородности грунта
где d50 - диаметр частиц меньше которых в грунте 50%;
d95 - диаметр частиц меньше которых в грунте 95%;
d5 - диаметр частиц меньше которых в грунте 5%.
Величины d50 d95 d5 – находим по кривой неоднородности грунта построенной полулогарифмических координатах рис.1.1.
Графически определяем значения:
log (d95)=0.62 log (d50)=-038 log (d5)=-087
Определяем характерные диаметры:
d95=100.62=4.17 d50=10-0.38=0.42 d5=10-0.87=0.13.
Umax ≤ 40 – песок среднеоднородный.
Вывод: данный грунт –песок средней крупности среднеоднородный.
3. Определение типа и разновидности грунтов по СТБ 943-2007
Классификация обломочных пылевато-глинистых грунтов (первый и третий слой) производим по типу и разновидности таблице 5.2 [1]:
- тип грунта определяется по числу пластичности
- разновидность: по прочности (сопротивлению грунта при зондировании)по показателю текучести IL.
Данный слой обломочно-пылеватый глинистый (WL=0.25 Wp=0.13):
Тип: по числу пластичности Ip=0.12 = 12%- суглинок по табл. 5.2 [1];
- по прочности при зондировании:
так как для второго слоя Рд=24 МПа по табл. 5.6 [1] определяем – данный грунт средней прочности (12 ≤ pd ≤ 28);
- по показателю текучести:
IL=05- суглинок тугопластичный (025IL≤050).
Вывод: Слой №1 – суглинок тугопластичный средней прочности.
Данный слой обломочно-песчаный (отсутствуют значения WL и WP):
Тип: песок средний т.к. масса частиц крупнее 025 мм более 50%;
Вид: данный грунт по табл.5.2 [1] в следствии того что Umax=12.88
(4 ≤ Umax ≥ 4) - является среднеоднородным.
так как для первого слоя Рд=41МПа по табл. 5.5 [1] определяем – данный грунт средней прочности (28 ≤ pd ≤ 140);
- по степени влажности:
Sr=0.83 песок водонасыщенный (08 Sr ≤ 1)
Вывод: Слой №2 – песок средней крупности среднеоднороный средней прочности водонасыщенный.
Данный слой обломочно-пылеватый глинистый (WL=0.27 Wp=0.18):
Тип: по числу пластичности Ip=0.09 = 9%- суглинок по табл. 5.2 [1];
так как для третьего слоя Рд=89 МПа по табл. 5.6 [1] определяем – данный грунт очень прочный (pd > 83);
IL=-022 - суглинок твердый (IL0).
Вывод: Слой №3 – суглинок твердый очень прочный.
Данные полученные по результатам расчетов сводим в таблицу 1.4.
Таблица 1.4 – Характеристики физического состояния грунта.
Наименование грунта по СТБ 943-2007
Влажность текучести
Влажность раскатывания (WL)
Условное дин. сопротивление (РД) МПа
Плотность скелета грунта
Коэффициент пористости (е)
Степень влажности (Sr)
Число пластичности (IP) %
Показатель текучести (IL) %
Суглинок тугопластичный средней прочности
Песок средней крупности среднеоднороный средней прочности водонасыщенный.
Суглинок твердый очень прочный.
4. Определение нормативных и расчетных значений физико-механических характеристик грунтов по данным динамического зондирования.
Необходимо для каждого слоя первоначально определить нормативные значения следующих характеристик грунтов:
- удельного веса (γn γ1 γ11) кНм3;
где g- ускорение свободного падения принимаемое равным 10 мс2;
ρ - плотность грунта в естественном состоянии гсм2;
- для водопроницаемых грунтов (пески) необходимо определить удельный вес грунта в водонасыщенном состоянии
где γw - удельный вес воды равный 10кНм3;
γs - удельный вес твердых частиц грунта (определяется как и γn);
В курсовой работе определяем прочностные и деформационные характеристики грунтов:
-угол внутреннего трения
-удельное сцепление сn;
-модуль общей деформации E;
по данным динамического зондирования в зависимости от величины Рд по табл. 5.4 5.7 5.8 ТКП 45-5.01-17-2006 [2]. В рамках данной курсовой работы считаем суглинки и супеси - мореного происхождения.
Расчетные значения характеристик грунтов для I и II группы предельных состояний:
- удельного веса γI γ
- угла внутреннего трения φI φ
- удельного сцепления cI cII
определяются путем деления нормативных значений (γn φn cn) на коэффициент надежности по грунту γg. Коэффициенты надежности по грунту γg при определении расчетных значений свойств грунтов определяются согласно ГОСТ 20522-96 Грунты. Методы статистической обработки результатов испытаний [3].
В курсовой работе коэффициенты надежности по грунту γg принимаем равными:
В расчетах оснований по деформациям:
В расчетах оснований по несущей способности:
для удельного сцепления
для угла внутреннего трения песчаных грунтов
то же пылевато-глинистых
Результаты определения физико-механических характеристик грунтов сводим в таблицу 1.5.
Первый инженерно-геологический слой – суглинок тугопластичный средней прочности с условным динамическим сопротивлением Рд=24МПа.
Определяем удельный вес грунта :
γn=ρ·g=1.86·10=18.6 кНм3
Определяем угол внутреннего трения φ n и удельное сцепление с n:
По таблице 5.7 [2] находим что для суглинок моренного происхождения при Рд=24МПа угол внутреннего трения φn=18° и удельное сцепление Сn=22 кПа.
Определяем модуль деформации грунта Е:
По таблице 5.8 [2] находим что для суглинок моренного происхождения при Рд=24МПа модуль деформации Е = 142 МПа.
Определяем расчетные значения физико-механических характеристик грунта для I и II группы предельных состояний:
Расчетные значения удельного веса принимаем равными:
γI= γII = γn =18.6 кНм3
Значение удельного сцепления по I группе предельных состояний:
СI=Cnγg(c) = 221.5=14.67 кПа;
Значение удельного сцепления по II группе предельных состояний:
СII=Cnγg(c) = 221=22 кПа;
Значение угла внутреннего трения по I группе предельных состояний:
φI= φnγg(φ) = 181.15=15.65 °;
Значение угла внутреннего трения по II группе предельных состояний:
φII= φnγg(φ) = 181=18 °;
Второй инженерно-геологический слой – песок средней крупности средней крупности среднеоднородный среднепрочный водонасыщенный с условным динамическим сопротивлением Рд=41 МПа.
Определяем удельный вес грунта γn и удельный вес грунта в водонасыщенном состоянии γnw :
γn=ρ·g=1.85·10=18.5 кНм3
γnw=(γs –γw)(1+е)=(259·10-10)(1+0.72)=923 кНм3
Определяем угол внутреннего трения φn и удельное сцепление сn:
По таблице 5.4 [2] находим что для суглинок моренного происхождения при Рд=4.1 МПа угол внутреннего трения φn=34.1° и удельное сцепление Сn=0.61 кПа.
По таблице 5.8 [2] находим что для суглинок моренного происхождения при Рд=4.1МПа модуль деформации Е = 19.3 МПа.
γI= γII = γn =18.5 кНм3
СI=Cnγg(c) = 0.611.5=0.4 кПа;
СII=Cnγg(c) = 0.611=0.61 кПа;
φI= φnγg(φ) = 34.11.1=31 °;
φII= φnγg(φ) = 34.11=34.1 °;
Третий инженерно-геологический слой – суглинок твердый очень прочный с условным динамическим сопротивлением Рд=89 МПа.
γn=ρ·g=203·10=203 кНм3
По таблице 5.7 [2] находим что для суглинок моренного происхождения при Рд=89 МПа угол внутреннего трения φn=2333° и удельное сцепление Сn=3267 кПа.
По таблице 5.8 [2] находим что для суглинок моренного происхождения при Рд=89 МПа модуль деформации Е = 345 МПа.
γI= γII = γn =203 кНм3
СI=Cnγg(c) = 32671.5=2178 кПа;
СII=Cnγg(c) = 32671=3267 кПа;
φI= φnγg(φ) = 23331.15=203 °;
φII= φnγg(φ) = 23331=2333 °;
Таблица 1.5 – Нормативные и расчётные значения физико-механических характеристик
№ ИГЭ название грунта
Угол внутреннего трения градус
Песок средний среднепрочный
Суглинок твердый очень прочный
Примечание: Для песчаных грунтов над чертой приведены значения удельного веса без учета взвешивающего действия воды под чертой- с учетом взвешивающего действия воды.
5. Построение инженерно-геологического разреза
Оформление инженерно-геологического разреза выполняем согласно требованиям СТБ21.302-99 [5] (прил.9.6 прил.10).
Инженерно-геологический разрез представляет собой схему напластования грунтов полученную по данным проходки инженерно-геологических выработок (скважин).
В таблице 1.6 в соответствии с заданием к курсовой работе приведены значения толщины (мощности) каждого слоя по скважинам. Расстояние между скважинами принимается отметки устья скважины.
Таблица 1.6 – Данные для построения геологического размера
Мощность слоя по скважинам м
Расстояние между скважинами м
Отметки устья скважин
На разрезе вынесено:
- штриховое обозначение каждого слоя с учетом условных обозначений;
- относительные отметки границ между слоями;
- графики динамического зондирования РД;
- номера ИГЭ (инженерно-геологических элементов);
- уровень грунтовых вод;
- уровень планировки (приблизительно принимается с учетом баланса земляных работ – объем выемки равен объему насыпи);
- условные обозначения.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТА МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ
1. Назначение глубины заложения фундамента
1.1. Общие положения
Глубина заложения фундаментов (расстояние от уровня планировки до уровня подошвы фундамента) назначается в зависимости:
назначения и конструктивных особенностей проектируемого сооружения и применяемых конструкций;
глубины заложения фундаментов примыкающих сооружений а также глубины прокладки инженерных коммуникаций;
инженерно-геологических условий площадки;
гидрогеологических условий площадки и возможных их изменений в процессе строительства и эксплуатации сооружения;
глубины промерзания грунтов.
В курсовом проекте рассматриваем 1 3 5 пункт. Глубину заложения фундамента назначаем по наибольшему значению полученному при рассмотрении вышеперечисленных факторов.
1.2. Выбор глубины заложения фундаментов в зависимости от конструктивных особенностей проектируемого здания
Минимальная глубина заделки колонны в фундамент определяем типом и размерами колонны. При этом учитываем что:
- по конструктивным требованиям расстояние от уровня пола до обреза фундамента в без подвальных зданиях принимается равным 015 м;
- размеры подколонника (стакана) в плане назначаются исходя из размеров колонны с учетом конструктивных зазоров -75мм; минимальной толщины стенок стакана 02×
- глубина стакана подколонника назначается исходя из глубины заделки колонны (1 15
- между нижней гранью колонны и фундаментом предусматривается зазор 50 мм;
- толщина плитной части фундамента должна быть не менее 200 мм;
- плитная часть фундамента может быть одно- двух- трехступенчатой. Высота ступеней принимается равной 300мм. Вылет ступеней может быть равен 150 300 450 600 мм;
- все размеры фундамента должны соответствовать минимальному строительному модулю 50 мм а размеры плитной части в плане укрупненному модулю 300 мм.
Схема определения глубины заложения фундамента представлена на рис. 2.
1.3. Выбор глубины заложения фундаментов в зависимости от инженерно-геологических условий площадки
Данный фактор не оказывает влияние на выбор глубины заложения фундаментов поскольку верхний слой грунта суглинок тугопластичный средней прочности который может служить надежным основанием фундаментов.
1.4. Выбор глубины заложения фундаментов в зависимости от глубины промерзания грунта
Глубина заложения фундамента и колонн с учетом глубины промерзания назначается в соответствии с указаниями СНБ 5.01.01-99.
Предварительно определяем нормативную глубину по схематическим картам промерзания грунтов. Для г. Киева dfn=0.9 м
Расчетная глубина сезонного промерзания грунтов df м определяется по формуле [п.5.2.3 6]:
где kn - коэффициент учитывающий влияние теплового режима здания на глубину промерзания грунта у фундамента принимается по табл. 5.1 [6].
kh=088 так как среднесуточную температуру воздуха в помещении примыкающем к наружным фундаментам принимаем 11оС. Поскольку проектируется столбчатый фундамент а температура воздуха 11°С то значение необходимо увеличить на 115.
df = 088·115·09= 091 м
Глубина расположения уровня подземных вод dw относительно расчетной глубины промерзания df согласно данным табл. 5.4 [7] составляет ≥ 2 м. Так как заданный уровень грунтовых вод находится на глубине 129 м от уровня планировки получаем что
dw = 1.29 df +2=2.9 м
поэтому в данной курсовой работе глубину заложения фундамента принимаем не зависимо от уровня грунтовых вод.
Из конструктивных особенностей здания глубина заложения фундамента df = 235 м. Схема определения глубины заложения фундамента под колонну 1900х500 мм показана на рис. 3.
Окончательно принимаем наибольшую из полученных глубину заложения подошвы фундамента 235 м.
2. Определение размеров подошвы фундамента
2.1. Общие положения
В данном разделе необходимо:
- определить предварительные размеры подошвы фундамента;
- определить величину расчетного сопротивления грунтов R;
- определить значение среднего максимального и минимального давления под подошвой фундамента и добиться соблюдения условий п. 5.3.3 [6];
2.2. Назначение предварительных размеров подошвы фундамента
В порядке первого приближения площадь подошвы фундамента определяется по формуле:
где NoII - расчетная нагрузка в плоскости обреза фундамента для расчета основания по предельному состоянию второй группы кН;
R0- расчетное сопротивление грунта залегающего под подошвой фундамента по таблице 5.10 [2];
γm- осредненное значение удельного веса материала фундамента и грунта на его уступах принимается равным 20 кНм3 [8];
d - глубина заложения фундамента от уровня планировки м.
Размеры подошвы фундамента под колонну: для прямоугольного сечения фундамента из условия что l=(1.2 1.4)b. Раз меры подошвы фундамента назначаются кратными 300 мм.
Сравниваем площадь подошвы фундамента принятой в п. 2.1.2 с полученной: A=3.0·21=63 м2 следовательно принимаем для дальнейших расчётов ранее сконструируемый фундамент так как он имеет минимальные размеры в зависимости от конструктивных характеристик проектируемого здания согласно [9].
2.3. Определение расчетного сопротивления грунта
Расчетное сопротивление грунта основания R под подошвой фундамента (для зданий без подвала) определяется по формуле (5.16) [6]:
где γс1 γс2 — коэффициенты условий работы принимаемые по таблице 5.2[6] для песка мелкого: γс1= 13 γс2= 11;
k — коэффициент принимаемый равным k=11 т.к. прочностные характеристики грунта (φ и ) приняты на основе статистических данных приложение Б [6];
My Mq Mc - коэффициенты принимаемые по таблице 5.3 [6]:
My=1.55; Mq =7.22; Mc =9.22.
b- ширина подошвы фундамента м;
kz - коэффициент принимаемый равным: kz =1 при b=4 10 м;
d -глубина заложения фундаментов м;
γII γII’ — осредненное расчетное значение удельного веса грунтов залегающих ниже и выше подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды) кНм3 .
Осредненное расчетное значение удельного веса грунтов залегающих ниже и выше подошвы фундамента определяемое по формуле:
где: hi – расчетная толщина слоев ниже и выше подошвы фундаментов соответственно м.
сII—расчетное удельное сцепление грунта залегающего непосредственно под подошвой фундамента кПа;
d1—глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки м или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала м.
При этом обязательно должно учитываться что:
ниже подошвы фундамента средневзвешенное значение удельного веса определяется в пределах глубины Zr которая принимается равной 0.5×b для фундаментов шириной до 10м и 4м+0.1×b для фундаментов шириной более 10м;
для водопроницаемых грунтов находящихся ниже уровня грунтовых вод удельный вес грунта принимается с учетом взвешивающего действия воды т.е. gIIw
Определяем расчетное сопротивление грунта основания R под подошвой фундамента:
Расчетная схема к определению величины R приведена на рисунке 4.
2.4. Проверка давления под подошвой фундамента
По предварительным размерам фундаментов определяем полную нагрузку действующую на основание. В курсовом проекте допускаем упрощение схемы приложения нагрузок и в общем случае полную нагрузку на уровне подошвы принимаем равной:
NII= N0 II+ GF II MII= M0 II (2.5)
где MII=M0II= - внецентренно-загруженный фундамент (по условию).
GFII- осредненный вес фундамента и грунта на его уступах равный:
где AF- площадь подошвы фундамента.
GFII =20·235·1558=73225 кН
NII=4 300 кН MII=190 кНм
NII= 4 300 + 73225= 503225 кНм
Согласно СНБ 5.01.01-99 давление под подошвой фундамента ограничивается следующими условиями: [п.5.3.3;6]:
где Р– среднее давление под подошвой фундамента кПа;
Рmax Рmin – максимальное и минимальное давление под подошвой фундамента соответственно кПа.
где W – момент сопротивления площади подошвы фундамента м3;
3. Определение осадки фундамента
3.1. Общие положения
Осадку фундамента определяем методом послойного суммирования.
Осадку основания методом послойного суммирования определяем как сумму осадок элементарных слоев грунта в пределах сжимаемой толщи в следующей последовательности:
- основание под фундаментом разбиваем на 8-10 элементарных слоев;
- под центром подошвы фундамента строим эпюра природного (бытового) давления
- под центром подошвы фундамента строим эпюра дополнительного давления
- находим граница сжимаемой толщи
- определяем средние значения дополнительного давления в пределах каждого элементарного слоя
- определяем величину средней осадки фундамента S.
3.2. Разбивка основания на элементарные слои грунта
Разбивку основания на элементарные слои выполняем с учетом следующих требований:
- толщина элементарного слоя принимается в пределах 02-04 ширины фундамента но не более 1 м;
- физико-механические свойства грунта в пределах элементарного слоя не должны изменятся т.е. границы элементарных слоев должны совпадать с границами инженерно-геологических элементов и уровнем подземных вод.
3.3. Построение эпюр природного и дополнительного давления под центром подошвы фундамента и определение осадки основания
Величина природного давления определяем по формуле:
где n – число слоёв грунта в пределах глубины z м
hi - толщина этого слоя грунта м.
Значения эпюры дополнительного давления вычисляем на уровне подошвы фундамента FL на границах инженерно-геологических элементов и на уровне грунтовых вод WL.
При этом необходимо учитывать что:
- эпюра природного давления zg находится от уровня естественного рельефа NL (при планировке территории насыпкой или срезкой до 3 м);
- для водопроницаемых грунтов находящихся ниже уровня грунтовых вод удельный вес грунта принимается с учетом взвешивающего действия воды т.е γ
- на границе водопроницаемых грунтов с водоупором (глины и суглинки (кроме лессовых)) значение zg изменяется скачкообразно;
- найденные значения эпюры природного давления наносим на расчетную схему.
Эпюра дополнительного давления под центром подошвы фундамента
Значения эпюры дополнительного давления под центром подошвы фундамента определяем по формуле:
где α - коэффициент рассеивания принимаемый по таблице 5.10 [6];
где zg F – природное давление грунта на уровне подошвы фундамента.
Вычисление значений дополнительного давления zp производим в табличной форме таблицы 2.1. Эпюра дополнительного давления показывается на расчетной схеме.
Величина природного давления определяется по формуле:
Величина природного 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.
× zg - вспомогательная эпюра.
Вычислим ординаты эпюры природного давления:
- на природной поверхности земли (отметка планировочного рельефа NL):
zg F =0; 02· zg = 0;
zg 1= ΣγII 02·106 = 212 кПа;
zg 1-2= zg 1+ гидр1 =106+1416=2476 кПа; 02·2476 = 495 кПа;
- на уровне подошвы фундамента
zg F= zg 1-2+ ΣγII 02·2744 = 55 кПа;
- на подошве 2 слоя с учетом взвешивающего действия воды:
zg 2-3= zg F + ΣγII2·h2=2744+271·923=5247 кПа; 02·5247 = 105 кПа;
Ниже слоя песка залегает слой суглинка в полутвердом состоянии являющийся водоупорным слоем поэтому к напряжению на его кровлю добавляется гидростатическое давление столба воды находящегося над суглинком:
гидр2 = γw·hi=3.0·923+143·99=4186 кПа
- полное давление на кровлю 3 слоя:
zg 3= zg 2-3+ гидр2 = 5247 +4186=9433 кПа; 02·9433 = 1886 кПа;
- на нижней границе разреза:
zg гр= zg 3 + ΣγII3·h3=9433 +203 ·40=1755 кПа; 02·1755 = 351 кПа;
Определяем дополнительное давление под подошвой фундамента:
р0=Р-zg F=323-2744=29556 кПа
Разбиваем основание под подошвой фундамента на элементарные слои и вычисляем для каждого дополнительное давление. Результаты заносим в таблицу 2.1. Полученные значения используем для построения эпюр природного и вспомогательного давления и эпюры дополнительных напряжений (см. рисунок 5).
3.4. Определение границы сжимаемой толщи
Границу сжимаемой толщи BC при расчете осадки методом послойного суммирования ограничиваем глубиной на которой дополнительное напряжение zp составляет не более 20 % от природного(zp ≤ 02 zp).
Расположение границы BC определяем графически на пересечении эпюры 02 zg и эпюры zp (рис.5).
3.5. Вычисление осадки основания
Определяем осадку каждого слоя грунта основания по формуле (Б.1) приложения Б [10] что удобнее делать для каждого ИГЭ в отдельности.
n - число слоев на которое разбита сжимаемая толща основания.
Считаем осадку только в границах сжимаемой толщи (таблица 2.1).
Полная осадка фундамента S= S2+ S3=458+278=736 см.
Значение полученной абсолютной конечной осадки сравниваем с величиной предельной допустимой средней осадки su:
Согласно таблице В.1 приложения В [7] для производственных одноэтажных зданий с полным железобетонным каркасом средняя осадка не должна превышать su=8 см. Получаем что Su=8 см > S=736 см т.е. надежность основания фундамента по деформациям обеспечена.
Следовательно требования II группы предельных состояний считаются выполненными.
Таблица 2.1 – Расчёт значений дополнительного давления
ПРОЕКТИРОВАНИЕ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ
Расчет свайных фундаментов производим согласно требованиям [11]. Проектирование свайных фундаментов включает в себя определение типа свай и свайного ростверка геометрических размеров свай ростверка и глубины его заложения количества свай в ростверке отвечающих требованиям по несущей способности жесткости долговечности и экономичности.
Расчет свай и свайного фундамента производим по двум группам предельных состояний:
а) по первой группе :
- по прочности материала свай и свайных ростверков;
- по несущей способности сваи по грунту;
б) по второй группе:
- по осадкам основания свай и свайных фундаментов;
- по образованию и раскрытию трещин в элементах железобетонных конструкций.
В курсовой работе при проектировании свайного фундамента выполняем расчеты по несущей способности грунта основания свай и по осадкам основания свайного фундамента.
При этом под колонны каркасных зданий рекомендуется использовать свайные кусты с монолитным ростверком и монолитном или сборном стаканом.
2. Выбор типа сваи и глубины заложения ростверка
В курсовой работе рекомендуется рассматривать призматические железобетонные сваи квадратного сечения как наиболее широко используемые в массовом строительстве. Такие сваи изготавливают согласно [12].
Принимаю железобетонную сваю квадратного сечения с поперечным сечением 04х04м.
По длине - от 3 до 6 м. через 05 м.
Глубина погружения нижнего конца сваи в несущий грунт принимаемая равной:
· не менее 05 м. - в крупнообломочные гравелистые крупные и средней крупности пески плотного или средней плотности сложения в пылевато-глинистые грунты;
· не менее 10 м. - в прочие нескальные грунты;
Расстояние от подошвы ростверка назначаем исходя из следующих требований:
- глубина сезонного промерзания грунтов df аналогично как и в фундаментах мелкого заложения;
- в зависимости от конструктивных особенностей проектируемого здания аналогично как и в фундаментах мелкого заложения;
- глубины заделки сваи в ростверк принимаем равной 05 м (при жестком опирании).
Итого получаемая глубина заложения ростверка составляет df = 235 м.
3. Определение несущей способности сваи
3.1. Несущая способность сваи по материалу
В курсовой работе расчет сваи по материалу допускается не производить поэтому принимаем несущую способность железобетонной сваи Fd изготавливаемых по [14] равной:
- сечением 04 х 04 - 1800 кН.
- по длине – от 3 до 6 м (через 05).
3.2. Несущая способность сваи по грунту
В курсовой работе определяем несущую способность сваи по грунту используя табличные данные согласно п.6.2. [13]. Несущую способность Fd кН защемленной в грунте забивной сваи работающей на сжимающую нагрузку следует определять как сумму сил расчетных сопротивлений грунтов основания под нижним концом сваи и на ее боковой поверхности по формуле:
Fd= γc· (γcr·R·A+ ΣUi·· γcf · hi·R fi ) (3.2)
где: γc - коэффициент условий работы сваи в грунте принимаемый равный 1 для грунтов I типа по просадочности;
γcf γcr - коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи учитывающие влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления грунта; принимают по таблице 6.3 [11] γcf =1; γcr =1 (способ погружения сплошных и полых с закрытым нижним концом свай механическими (подвесными) паровоздушнымии дизельными молотами);
R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи кПа принимаемое по табл. 6.1 и согласно требованиям раздела 10 [13]- грунт моренный;
А - площадь опирания на грунт сваи м2 принимаемая по площади поперечного сечения сваи брутто;
hi - толщина i-го слоя грунта соприкасающегося с боковой поверхностью сваи.
Определим основные параметры сваи:
- площадь поперечного сечения сваи А=04·04=016 м2;
- периметр поперечного сечения U=4·04=16 м;
- расчетную глубину погружения нижнего конца сваи от поверхности грунта:
согласно п. 10.55 рациональная глубина погружения нижнего конца забивных свай в моренные грунты в зависимости от значения коэффициента пористости принимается при 045 ≤ е=055 ≤ 055 не менее пятикратного большего размера поперечного сечения сваи (2 м).
По табл. 10.6 определим для этой глубины расчетное сопротивление грунта в плоскости нижнего конца сваи R=7243 кПа.
Далее определяем среднюю глубину расположения слоев грунта от дневной поверхности и соответствующие значения расчетного сопротивления i-го слоя грунта на боковой поверхности сваи (Rfi) по табл. 6.2. и 10.7. [13]
ИГЭ №2 - песок средней крупности:
ИГЭ №3 – суглинок твердый:
По формуле 3.2 определяем несущую способность сваи:
Fd=1·(1·72435·016+16·1·(135·600+135·6412+115·6896+115·7474))= 169139 кН.
Окончательно за несущую способность сваи Fd принимается меньшее т.е.: Fd=169139 кН.
4. Определение количества свай в ростверке конструирование ростверка
4.1. Определение количества свай в ростверке для отдельно стоящих фундаментов
Количество сваи в ростверке отдельно стоящего фундамента под колонны определяем по формуле [п. 5.913]:
где: NIF - расчетная нагрузка на уровне подошвы ростверка которую на начальном этапе расчета допускается принимать без учета веса фундамента ростверка и грунта на его уступах т.е. NIF=N0I.
γk - коэффициент надежности принимаемый равным 16 — если несущая способность сваи определена расчетом;
n=4 300(1691391.6)=407 шт
Полученное значение n округляется до целого для внецентренно загруженных фундаментов n=4.
4.2. Конструирования ростверка
При проектировании окончательных размеров ростверка необходимо выполнение следующих условий (рисунок 7):
- сваи равномерно распределяются по длине и ширине ростверка;
- расстояние между осями свай принимается не менее 3d и не более 6d (где d - сторона поперечного сечения сваи);
- размеры ростверка в плане принимаются кратными 300 мм;
- расстояние от наружной грани сваи до грани ростверка принимается не менее 100 мм;
- размеры ростверка в плане рекомендуется назначать на 150-200 мм больше размеров вышележащих фундаментных конструкций (для столбчатых фундаментов это размеры стакана под колонну);
- высота ростверка принимается по расчету на продавливание но не менее 400мм.
- сваи равномерно распределяются по длине и ширине ростверка. Рекомендуется симметричное расположение свай для отдельно стоящих фундаментов.
Конструкция ростверка приведена на рисунке 8.
5 Выбор типа забивной сваи
5.1 Определение несущей способности забивных свай по результатам динамического зондирования
Расчет производим по П2-200 к СНБ 5.01.01-99 [14] п.5.
Расчетную несущую способность забивной защемленной в грунте сваи работающей на сжимающую нагрузку по результатам ударного динамического зондирования (Fd) кН определяем по формуле:
где Fu - частное значение предельного сопротивления сваи в точке ударного динамическою зондирования;
n - число точек ударного динамического зондирования;
γg- коэффициент безопасности по грунту при условии проведения динамического зондирования для одной точки принимаем равным 1.
Значение предельного сопротивления забивной сваи квадратного сечения со стороной (d) от 015 до 040 м в точке ударного динамического зондирования (Fu) кН определяем по формуле:
где - предельное сопротивление грунта под нижним концом сваи по данным динамического зондирования в рассматриваемой точке;
A - площадь поперечного сечения натурной сваи;
- среднее значение предельного сопротивления грунта на боковой поверхности сваи по данным динамического зондирования в рассматриваемой точке;
h - глубина погружения сваи в грунт;
U - периметр поперечного сечения ствола сваи.
Среднее значение предельного сопротивления грунта под нижним концом сваи по данным ударного динамического зондирования в рассматриваемой точке () МПа определяем по формуле:
где - удельное сопротивление
z - участок расположенный в пределах одного диаметра (d) выше и четырех диаметров (4d) ниже отметки нижнего конца проектируемой сваи.
Среднее значение предельного сопротивления грунта на боковой поверхности сваи по данным ударного динамического зондирования в рассматриваемой точке () МПа определяем по формуле:
где – среднее значение удельного сопротивления грунта
h - глубина погружения сваи.
Определяем среднее значение предельного сопротивления грунта под нижним концом сваи (на участке расположенном в пределах одного диаметра (d) выше и четырех диаметров (4d) ниже отметки нижнего конца проектируемой сваи).
Под нижним концом сваи в пределах 4d=4·400=1600 мм располагается один слой грунта (ИГЭ №3) с условным динамическим сопротивлением Pd=8.9 МПа. Свая залегает также в ИГЭ №2 с условным динамическим сопротивлением Pd=41 МПа.
Расчётная схема определения несущей способности сваи показана на рисунке 9.
6. Расчет осадки свайного фундамента
6.1. Определение размеров условного фундамента
Расчет свайного фундамента производим на основе ТКП 45-5.01-254-2012. [7]
Рассмотрим условный фундамент глубиной заложения равной глубине погружения нижнего конца сваи (ВГ) и размерами в плане ограниченными наклонными (АГ и БВ) выходящими от наружных граней свайного куста под углом к вертикали φIImt4. Угол φIImt представляет собой осредненное расчетное значение угла внутреннего трения грунта определяемое по формуле:
hi - толщина прорезаемого сваей i-го слоя.
Размеры условного фундамента в плане будут равны:
ly=lp+2h·tg(φIImt4)=2.8+2·5·tg(18.094)=3.3 м
by=bp+2h·tg(φIImt4)=1.9 +2·5·tg(18.094)=2.7 м
h - расчетная длина сваи.
Расчётная схема определения размеров условного фундамента показана на рисунке 10.
6.2. Проверка давления под подошвой условного фундамента
Давление под подошвой условного фундамента при определении осадки методом послойного суммирования не должно превышать расчетного сопротивления основания R определяемого по ТКП 45-5.01-254-2012.
При этом учитываем что b=by где by - глубина заложения условного фундамента (глубина погружения свай) от планировочной отметки.
Определим расчётное сопротивление основания:
где: γс1 γс2 — коэффициенты условий работы принимаемые по таблице 5.2[6] для суглинка и отношения LH = 609.6=6.25 γс1=1.25 γс2=1.0
k — коэффициент принимаемый равным k=1.1 т.к. прочностные характеристики грунта (φ и ) приняты на основе статистических данных приложение Б [6];
My=0.43; Mq =2.89; Mc =5.48.
b - ширина подошвы фундамента м; b= 2.5 м.
kz - коэффициент принимаемый равным: kz =1 при b 10 м;
γII - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды) кНм3 определяемое по формуле:
где: hi – расчетная толщина слоев ниже и выше подошвы фундаментов соответственно.
dI - глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки м.
c II - расчетное значение удельного сцепления грунта залегающего непосредственно под подошвой фундамента по таблице 1.5 кПа.
Полная нагрузка на основание условного фундамента будет равна:
NIIy= NII+ GIIp + GIIcв+ GIIгр (3.11)
где: NII - расчетная нагрузка по II группе предельных состояний на уровне образе фундамента. NII = 4300 кН=430000 кг.
GIIp - вес конструкции фундамента и ростверка
GIIгp- вес грунта в объеме условного фундамента АБВГ.
GIIp = ρ · V = 2500 · (( 0.6 · 3.0 · 2.4 – 4 · 0.4 · 0.4 · 0.5) + (2.7 · 1.2 · 1.4 - 2.05 · 0.65·1.4))= 4 22625 кг
GIIсв =2500·0.4 ·0.4*5.5*4= 8 800 кг
GIIгp= 1711·(33·27·735-((422625+8800)2 500))=1024576 кг
NIIy=430000 + 422625 + 8800 + 102 4576 = 545484 кг = 5455 кН.
Выполняем проверку давления под подошвой условного фундамента:
где: Ау - площадь подошвы условного фундамента;
Ry – расчетное сопротивление грунта основания по подошве условного фундамента.
Условие прочности выполняется.
6.3. Определение осадки свайного фундамента
Определение осадки свайного фундамента производится в той же последовательности что и фундамента на естественном основании. Если ниже подошвы условного фундамента на глубину более 4·by залегают однородные грунты осадку фундамента допускается определять методом эквивалентного слоя по Цитовичу Н.А.
В этом случае осадка определятся по формуле [стр108;8]:
S=A · · by · m ·p0 (3.13)
где: m –относительный коэффициент сжимаемости;
Относительный коэффициент сжимаемости в рамках курсового проекта допускается принимать равным:
где: Е– модуль общей деформации грунта
- коэффициент бокового расширения грунта принимаемый по таблице 7.2. [8] равным для суглинка твердого = 02.
А· - коэффициент эквивалентного слоя принимаемый в зависимости от типа грунта размеров и формы подошвы условного фундамента по таблице 6.10. [8]. Принимаем в зависимости от и = 02 - А·=103.
by- ширина условного фундамента by= 3.3 м
р0 - дополнительное давление на уровне подошвы условного фундамента:
где: zgF - природное давление грунта на нижней границе геологического среза.
р0 = 6159-3498 = 2661 кПа
S=1.03 · 3.3 · 3.333 ·10-5 ·2661=0.003 м=03 см≤8 см.
Условие верно следовательно требования II группы предельных состояний в рамках курсового проекта выполнены.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.
СТБ 943-2007 Грунты. Классификация. – Введ. 2008. – Минск: Постановлением Госстроя Республики Беларусь 18 июля 2007 г. № 38.-20 с.
ТКП 45-5.01-17-2006 Прочностные и деформационные характеристики грунтов по данным динамического зондирования. Правила определения.
ГОСТ 20522-96 Грунты. Методы статистической обработки результатов испытаний.
П2-2000 к СНБ 5.01.01-99 Проектирование забивных и набивных свай по результатам зондирования грунтов. – Введ. 2001.07.01. – Минск: Приказом Министерства архитектуры и строительства Республики Беларусь от 25 июля 2000 г. №319. – 23 с.
СТБ 21.302-99 Инженерно-геологические изыскания для строительства. Основные требования к составлению и оформлению документации условные графические обозначения Введ. 15.02.99. – Минск: Приказом Министерства архитектуры и строительства Республики Беларусь от 15 февраля 1999 г. № 31. – 66 с.
ТКП 45-5.01-67-2007 Фундаменты плитные. Правила проектирования.
ТКП 45-5.01-254-2012 Основания и фундаменты зданий и сооружений. Основные положения. Строительные нормы проектирования.
Проектирование фундаментов зданий и подземных сооружений: Учеб. пособие Под ред. Б.И. Далматова; 2-е изд. – М.: Изд-во АСВ; СПб.: СПбГАСУ 2001 – 440с.; ил. ISBN 5-93093-008
Бердичевский Г. И. «Справочник проектировщика». Москва Стройиздат 1974.
СНБ 2.04.02 – 2000 Строительная климатология. – Введ..01.07.2001 Минск:– Приказом Министерства архитектуры и строительства Республики Беларусь от 7 декабря 2000 г. № 563.-40 с.
П3-2000 к СНБ 5.01.01-99 Автоматизированные системы проектирования оптимальных размеров подошв фундаментов мелкого заложения на уплотненном основании. – Введ. 2001.01.01. – Минск: Приказом Министерства архитектуры и строительства Республики Беларусь от 12 июля 2000 г. № 281. – 31 с.
ТКП 45-5.01-256-2012 Основания и фундаменты зданий и сооружений. Сваи забивные. Правила проектирования и устройства.
СТБ 1075-97 Сваи железобетонные Введ..01.03.1996 Минск:– Приказом Министерства архитектуры и строительства Республики Беларусь от 25.08.97 г. № 360.-15 с.
П4-2000 к СНБ 5.01.01-99 Проектирование забивных свай. – Введ. 2001.07.01. – Минск: Приказом Министерства архитектуры и строительства Республики Беларусь от 8 ноября 2000 г. № 507. – 68 с.
ГОСТ 19804.2-79*"Сваи забивные железобетонные цельные сплошного квадратного сечения с поперечным армированием ствола с напрягаемой арматурой. Конструкция и размеры".- Введ. 1 января 1981 г.: постановлением Госстроя СССР от 24 октября 1979 г. № 208 – 29 с.
П2-2000 к СНБ 5.01.01-99 Проектирование забивных и набивн6ых свай по результатам зондирования грунтов. – Введ. 2001.07.01. – Минск: Приказом Министерства архитектуры и строительства Республики Беларусь от 25 июля 2000 г. № 319. – 23 с.

1A1_grunty.dwg

ГрГУ ИСФ кафедра Стротельного производства
Проектирование фундаментов
Геологический разрез
За относительную отмметку 0.000 принят уровень чистого пола
что соответствует абсолютной отм. 143
Нормативная глубина сезонного промерзания глины - 1.48м
Грунты основания должны быть защищены от увлажнения и промер-
зания на период строительства и эксплуатации
Горизонтальную гидроизоляцию на отм.-0.040 выполнить из
цементного раствора 1:2 толщиной 40мм
Поверхности фундаментов
соприкасающиеся с грунтом обмазать
горячим битумом за 2 раза.
Указания по применению и расчеты фундаментов приведены
в расчетной части пояснительной записки.
СПЕЦИФИКАЦИЯ ЖБ ЭЛЕМЕНТОВ ФУНДАМЕНТОВ
геологическая колонка
раскладка балок под
Поперечный разрез здания М 1:100
План свайного ростверка на отметке -0
Инженерно-геологическая колонка фундамента
Опалубочный чертёж ФМ1
втоплённый в мастику
Обмазка битумом 2 раза
Бетонное покрытие 50мм
Рубероид 2 слоя 10мм
Бетонная подготовка 80мм
Условные обозначения
абсолютная отметка и глубина слоя или забоя скважины
Обозначения по скважинам и консистенция
Зона влажных грунтов
Инженерно - геологический разрез.
вертикальный М 1:100
горизонтальный М 1:2000
основные характеристики
слоя наплавляемого рубероида
Цементно-песчаная стяжка 30 мм
Минераловатная плита 100мм
Расчетная схема определения осадки основания
Масштаб эпюр 1см=5кПа
Суглинок полутвердый
Насыпной грунт II =17кНм
Масштаб эпюр 1см-20кПа
Суглинок тугопластичный
Суглинок тугопластичный E=13
Масштаб эпюр 1м-50кПа
Песок мелкий γII(1)=18
Суглинок тугопластичный γII(2)=19
Супесь твердая γII(3)=19
горизонтальный М 1:300
горизонтальный М 1:200
Железобетонные изделия
Спецификация элементов
материалов и изделий
Утрамбованный грунт
Бетон замоналичивания кл. С 1620
Бороздки в стволе колонны
для связи с бетоном замоноличивания
Инженерно - геологический разрез
Условные обозначения:
Глина тугопластичная
Песок средней крупности
Разрез 1-1. (М 1:100)
Гравий втопленный в битум
Рубероидный ковер 4 слоя
Цементная стяжка-20 мм
Утеплитель-пенополистирол-100 мм
Обмазочная пароизоляция горячим
Жб ребритсые плиты покрытия-300 мм
План фундамента (М 1:200)
Инженерно-геологическая колонка (скважина №1)
Песок средний повышенной неоднородности
Суглинок тугопластичный средней прочности γ=18
средней прочности γ=18
УО "Гродненский государственный университет им. Я. Купалы
инженерно-геологическая колонка
инженерно-геологический разрез.
Схема расположения глубинных выработок (М 1:400)
Условные обозначения при оформлении инженерно-геологического разреза
Содержание растительных остатков (зоторфованность)
Обозначения по скважинам
Прогнозируемый уровень грунтовых вод
Отметка подошвы слоя
Установившийся уровень грунтовых вод
Глубина проходки скважины
График динамического зондирования
Консистенция грунтов
Pd - условное динамическое сопротивление
Пылевато-глинистые грунты
Расчетная толщина слоя
Суглинок мягкопластичный
контур стакана колонны
Рисунок 2 - Схема к определению величины глубины заложения фундамента
Рисунок 3 - Схема к определению величины глубины заложения фундамента под колонну 1900 х 500.
средней прочности сII(1)=22
очень прочный сII(1)=32
водонасыщенный. сII(1)=0
Рисунок 4 - Расчетная схема к определению величины R.
Рисунок 5 - Расчётная схема определения осадки основания
Рисунок 6 - Расчётная схема определения несущей способности сваи по грунту.
n - число рядов свай d- сторона сваи
Рисунок 7 - Конструктивные требования при проектировании ростверков
Рисунок 9 - Расчётная схема определения несущей способности сваи
Рисунок 10 - Определения размеров условного фундамента
Рисунок 8 - Конструкция ростверка

защита курсовой по механике грунтов.doc

1. Перечислить основные характеристики физического состояния.
- плотность грунта в естественном состоянии (отношение массы грунта к объему);
-удельный вес грунта в естественном состоянии (отношение веса грунта в естественном состоянии ко всему объему грунта в естественном состоянии)
- плотность твердых частиц грунта (отношение массы твердых частиц к их объему);
- влажность грунта – отношение массы воды к массе твердых частиц.
Перечислить расчетные характеристики физического состояния.
) - плотность сухого грунта (скелета грунта):
где: ρ - плотность грунта в естественном состоянии
) e - коэффициент пористости грунта природного сложения и влажности (отношение объема пор к объему частиц грунта):
) Sr степень влажности (коэффициент водонасыщенности):
где W - влажность грунта; w – плотность воды принимаемая равной 1гсм3; - плотность твердых частиц.
Для пылевато-глинистых грунтов дополнительно определяется число пластичности и показатель текучести.
) Число пластичности определяется по формуле:
где WL – влажность на границе текучести; WP – влажность на границе раскатывания.
) Показатель текучести определяется по формуле:
По какому параметру определяется тип глинистого грунта?
По числу пластичности Ip %: по СТБ 943-2007
По какому параметру определяется консистенция глинистого грунта?
По показателю текучести IL: по СТБ 943-2007
супесь пластичная 0≤IL≤1
тугопластичные 025IL≤050
мягкопластичные 050IL≤075
текучепластичные 075IL≤1
Перечислить разновидности песчаных грунтов по гранулометрическому составу.
По гранулометрическому составу: по СТБ 943-2007
гравелистый — масса частиц крупнее 2 мм более 25 %
крупный — масса частиц крупнее 05 мм более 50 %
средний — масса частиц крупнее 025 мм более 50 %
мелкий — масса частиц крупнее 01 мм 75 % и более
пылеватый — масса частиц крупнее 01 мм менее 75 %
Какими параметрами определяются прочностные свойства грунта?
угол внутреннего трения
удельное сцепление сn;
модуль деформации Е МПа
Следует принимать в зависимости от условного динамического сопротивления грунта Рд (а Рд – по данным динамического зондирования по табл. 5.5 5.6 СТБ 943-2007) по табл. 5.4 5.7 5.8 ТКП 45-5.01-17-2006 .
Какими параметрами определяются деформационные свойства грунта?
Коэффициент относительной сжимаемости mv
При расчетах осадок уплотнения грунтов вместо коэффициента сжимаемости используется коэффициент относительной сжимаемости (mv):
Коэффициент бокового давления
В состоянии покоя т.е. при отсутствии горизонтальных перемещений он представляет отношение поперечных сжимающих напряжений к продольным при ех=еу=0 т.е.
Коэффициент поперечного расширения v
Коэффициент поперечного расширения (коэффициент Пуассона) представляет отношение поперечных деформаций — относительных горизонтальных к относительным вертикальным т.е.
Модуль общей деформации грунта Е
Модуль общей деформации грунта используется в качестве деформационного показателя и характеризует упругие и остаточные деформации. Модуль общей деформации определяется в полевых и лабораторных условиях. В этом случае модуль общей деформации
где е — коэффициент пористости грунта в природном состоянии;
m0 - коэффициент сжимаемости (уплотнения);
— безразмерный коэффициент: для крупнообломочных грунтов = 08; песков и супесей — 074 суглинков — 062 и глин — 093.
От чего зависит глубина заложения плитного фундамента?
Глубина заложения фундаментов (расстояние от уровня планировки до уровня подошвы фундамента) принимается в зависимости:
назначения и конструктивных особенностей проектируемого сооружения и применяемых конструкций;
глубины заложения фундаментов примыкающих сооружений а также глубины прокладки инженерных коммуникаций;
инженерно-геологических условий площадки строительства;
гидрогеологических условий площадки и возможных их изменений в процессе строительства и эксплуатации сооружения;
глубины сезонного промерзания грунтов (назначается в соответствии с указаниями ТКП 45-5.01-67-2007)
На что влияет температура эксплуатации здания?
Влияет на глубину заложения фундамента.
Для зданий с отапливаемым подвалом глубина заложения назначается не зависимо от глубины промерзания но не менее чем на 0.5м ниже пола подвала. Глубина заложения фундаментов зданий с холодными подвалами и техническими подпольями назначается в зависимости от глубины сезонного промерзания.
Формула расчетного сопротивления грунта?
где γс1 γс2 — коэффициенты условий работы принимаемые по таблице 5.2 [ТКП 45-5.01-67-2007];
k — коэффициент принимаемый равным k=1 если прочностные характеристики грунта (φ и ) определены непосредственными испытаниями и k=11 если они приняты на основе статистических данных приложение Б ТКП 45-5.01-67-2007
My Mq Mc - коэффициенты принимаемые в зависимости от угла внутреннего трения jn по таблице 5.3 ТКП 45-5.01-67-2007
b- ширина подошвы фундамента м;
kz - коэффициент принимаемый равным: kz =1 при b10 м kz =Z0b+02 при b≥10 м (здесь Z0=80м);
γII — осредненное расчетное значение удельного веса грунтов залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды) кНм3
γII’ — то же залегающих выше подошвы фундамента кНм3 .
сII—расчетное удельное сцепление грунта залегающего непосредственно под подошвой фундамента кПа;
d1—глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала м.
Величины в формуле расчетного сопротивления грунта
Осредненное расчетное значение удельного веса грунтов залегающих ниже и выше подошвы фундамента определяемое по формуле:
где: – расчетная толщина слоев ниже и выше подошвы фундаментов соответственно м.
При этом обязательно должно учитываться что:
ниже подошвы фундамента средневзвешенное значение удельного веса определяется в пределах глубины Zr которая принимается равной 05b для фундаментов шириной до 10м;
для водопроницаемых грунтов находящихся ниже уровня грунтовых вод удельный вес грунта принимается с учетом взвешивающего действия воды т.е. γIIw.
Какие условия должны выполняться при назначении размеров подошвы фундамента?
Согласно ТКП 45-5.01-67-2007 давление под подошвой фундамента ограничивается следующими условиями:
Р ≤ R ; Р ma Р min > 0
где Р – среднее давление под подошвой фундамента кПа;
Рmax Рmin – максимальное и минимальное давление под подошвой фундамента соответственно кПа.
где W – момент сопротивления площади подошвы фундамента м3
полную нагрузку на уровне подошвы принимаем равной: NII= N0 II+GF II MII= M0 II
где MII=M0II - внецентренно-загруженный фундамент (по условию).
GFII- осредненный вес фундамента и грунта на его уступах равный: GFII =γm·d·AF
где AF- площадь подошвы фундамента.
Если среднее давление Р отличается от расчетного сопротивления более чем на 10% то это будет указывать на то что площадь подошвы фундамента взята с большим запасом и необходимо уменьшить размеры фундамента и выполнить перерасчет. Путем последовательных приближений производится уточнение размеров подошвы фундамент.
Каким методом определяется осадка фундамента мелкого заложения?
Методом послойного суммирования - сумма осадок элементарных слоев грунта в пределах сжимаемой толщи определяемая в следующей последовательности:
- основание под фундаментом разбивается на 8-10 элементарных слоев;
- под центром подошвы фундамента строится эпюра природного (бытового) давления (zg);
- под центром подошвы фундамента строится эпюра дополнительного давления (zp);
- находится граница сжимаемой толщи ВС;
- определяются средние значения дополнительного давления в пределах каждого элементарного слоя (zp
- определяется величина средней осадки фундамента (S).
Построение эпюры природного давления грунта
Природное давление - давление от собственного веса грунта величина которого в общем случае определяем по формуле:
где n – число слоёв грунта в пределах глубины z м
hi - толщина этого слоя грунта м.
Значения эпюры дополнительного давления вычисляется на уровне подошвы фундамента FL на границах инженерно-геологических элементов и на уровне грунтовых вод WL.
При этом необходимо учитывать что:
- эпюра природного давления zg находится от уровня естественного рельефа NL (при планировке территории насыпкой или срезкой до 3 м);
- для водопроницаемых грунтов находящихся ниже уровня грунтовых вод удельный вес грунта принимается с учетом взвешивающего действия воды т.е. ;
- на границе водопроницаемых грунтов с водоупором (глины и суглинки (кроме лессовых)) значение zg изменяется скачкообразно. Величина скачка определяется как произведение удельного веса воды gw на высоту вышележащего водонасыщенного слоя;
- найденные значения эпюры природного давления наносятся на расчетную схему.
Что такое и как определяется дополнительное давление?
Значение эпюры дополнительного давления под центром подошвы фундамента определяется по формуле:
где α – коэффициент рассеивания принимаемый в зависимости от формы подошвы фундамента соотношения сторон прямоугольного фундамента и относительной глубины принимаемый по табл.5.10 [ТКП 45-5.01-67-2007];
где zgF - природное давление грунта на уровне подошвы фундамента.
Вычисление значений дополнительного давления szp рекомендуется производить в табличной форме. Эпюра дополнительного давления показывается на расчетной схеме
Построение эпюры дополнительного давления?
Разбиваем основание под подошвой фундамента на элементарные слои и вычисляем для каждого дополнительное давление. Полученные значения используем для построения эпюр природного и вспомогательного давления и эпюры дополнительных напряжений.
Вычислим ординаты эпюры природного давления:
- на природной поверхности земли (отметка планировочного рельефа NL): zg F =0
- на уровне подошвы фундамента без учёта взвешивающего действия вод: на подошве 2 слоя с учетом взвешивающего действия воды zg F= ΣγIIi ·hi
Ниже слоя песка залегает слой суглинка в полутвердом состоянии являющийся водоупорным слоем поэтому к напряжению на его кровлю добавляется гидростатическое давление столба воды находящегося над суглинком: гидр = γw·hi=3.0·494
полное давление на кровлю 3 слоя zg 2= zg 1+ гидр
на нижней границе разреза zg гр= zg 2 + ΣγII3·h3
Определяем дополнительное давление под подошвой фундамента:
Как определяется граница сжимаемой толщи?
Границу сжимаемой толщи ВС при расчете осадки методом послойного суммирования ограничивают глубиной на которой дополнительное напряжение (zp) составляет:
не более 20 % от природного (szp 02 szg);
не более 10% если Е 5 МПа (szp 01 szg.)
Расположение границы ВС определяется графически на пересечении эпюры 02 zg и эпюры zp.
От чего зависит максимальная осадка (расчетная и нормативная) фундамента?
Осадка отдельного фундамента на основании расчетная схема которого принята в виде линейно-деформируемого полупространства с условным ограничением глубины сжимаемой толщи определяется по формуле:
n - число слоев на которое разбита сжимаемая толща основания.
Значение полученной абсолютной конечной осадки сравниваем с величиной предельной допустимой средней осадки su:
Согласно таблице В.1 приложения В ТКП 45-5.01-254-2012 определяем su
Как определялась длина и размеры поперечного сечения сваи?
Номенклатура призматических свай включает сваи следующих типоразмеров:
· по поперечному сечению- 0.2х0.2м; 0.25х0.25м; 0.3х0.3м; 0.35х0.35м; 0.4х0.4м;
· по длине - от 3 до 6 м. через 0.5м от 7 до 12 м. через 1м.
При длине свай более 12 м. применяют составные призматические сваи изготавливаемые по серии 1.011.-7.
Длина сваи определяется исходя из инженерно-геологических условий с учетом длины заделки головы сваи в ростверк:
где lз - глубина заделки сваи в ростверк принимаемая равной:
· при свободном опирании ростверка на сваи 5-10см;
· при жестком - 40-50см (разбиваемая верхняя часть сваи для оголения арматуры);
lh - глубина погружения нижнего конца сваи в несущий грунт принимаемая равной:
· не менее 0.5м. - в крупнообломочные гравелистые крупные и средней крупности пески плотного или средней плотности сложения в пылевато-глинистые грунты с IL 0.1;
· не менее 1.0м. - в прочие нескальные грунты;
h - расстояние от подошвы ростверка до кровли несущего слоя грунта определяемое по инженерно-геологическому разрезу.
Какими методами определяется несущая способность сваи?
- табличный способ (погрешность до 40%);
- по данным динамического зондирования (погрешность 20-30%);
- по данным статического зондирования (погрешность до 20%);
- натуральные испытания свай статической нагрузкой (погрешность до 5%)
Из чего складывается несущая способность сваи?
Несущая способность свай складывается из сопротивления грунта острию сваи и силы трения боковой поверхности о грунт. В грунтах средней плотности острие сваи вызывает небольшое сопротивление
Какое количество свай необходимо под фундаменты промзданий?
· наиболее оптимальное число свай в кусте для фундаментов промзданий - 2 4 5 6;
· 8 9 свай допускается применять лишь для высоконагруженных фундаментов (N >2000кН);
· 1 3 сваи под столбчатым фундаментом рекомендуется применять лишь для центрально загруженных фундаментов (MIF =0).
Кол-во свай зависит от прочности грунта и нагрузки на подошву фундамента.
Требования при проектировании ростверка?
– сваи равномерно распределяются по длине и ширине ростверка;
– расстояние между осями свай принимается не менее 3d и не более 6d (где d – сторона поперечного сечения сваи);
– размеры ростверка в плане принимаются кратными 300 мм;
– расстояние от наружной грани сваи до грани ростверка принимается не менее 100 мм;
– размеры ростверка в плане рекомендуется назначать на 150-200 мм больше размеров вышележащих фундаментных конструкций;
- высота ростверка принимается по расчету на продавливание но не менее 400мм
В каких единицах измеряется удельное сопротивление грунта под наконечником зонда?
Мпа определяемое в зависимости от полученного из опыта условного динамического сопротивления грунта (pd) по таблице 5.1 [П2-2000 к СНБ 5.01.01-99].
Как определяется расчетная толщина слоя грунта в пределах которой вычисляется среднее значение предельного сопротивления под нижним концом сваи?
Что представляет собой величина и как она определяется?
угол представляет собой осредненное расчетное значение угла внутреннего трения грунта определяемое по формуле:
– расчётное значение угла внутреннего трения
h i – толщина прорезаемого сваей i-го слоя.
Как определить размеры условного фундамента?
Размеры условного фундамента в плане будут равны:
lу = lр + 2h tg(jIImt4)
bу = bр + 2htg(jIImt4)
h -расчетная длина сваи.
Где находится подошва условного фундамента?
Нижняя плоскость в уровне нижних концов свай ВС в границах определяемых пересечением с этой плоскостью наклонных плоскостей проведенных под углом jIImt4 от наружного контура свайного куста в уровне подошвы ростверка.
Каким методом считается осадка свайного фундамента и условия применимости данного метода
Осадку фундамента допускается определять методом эквивалентного слоя.
В этом случае осадка определяется по формуле:
где Av – коэффициент эквивалентного слоя принимается в зависимости от типов грунта и формы подошвы условного фундамента;
by – ширина условного фундамента;
mv – относительный коэффициент сжимаемости;
р0 – дополнительное давление на уровне условного фундамента;
Относительный коэффициент сжимаемости:
где Е – модель общей деформации грунта
где – коэффициент бокового расширения грунта;
Природное давление грунта на уровне подошвы фундамента:
Среднее давление под подошвой фундамента:
где PFy – давление под подошвой условного фундамента.
Условие S≤SU выполняется запроектированный фундамент соответствует требованиям II группы предельных состояний.