Проектирование оснований и фундаментов административно-бытового корпуса в г. Братск

Гена ОиФ.doc

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
ИВАНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
АРХИТЕКТУРНО–СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра геоинформационных систем и инженерных изысканий
РАСЧЕТНО–ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовому проекту:
« Проектирование оснований и фундаментов
административно–бытового корпуса в г. Братск »
Руководитель проекта: доцент каф. ГИСИИ ктн :
1.Цель и задачи курсового проектирования
2.Исходные данные и выбор задания для курсового проекта
ОЦЕНКА ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ПЛОЩАДКИ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТОВ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ
ПО 2 ГРУППЕ ПРЕДЕЛЬНЫХ СОСТОЯНИЙ
1.Выбор глубины заложения фундаментов
2.Определение размеров подошвы центрально нагруженных фундаментов
3.Расчет внецентренно нагруженных фундаментов при наличии подвала
4.Проверка прочности подстилающего слоя слабого грунта
5.Расчет осадки основания методом послойного суммирования
РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ
1.Основные положения расчета.
2.Выбор глубины заложения и размеров ростверка
3.Выбор типа размеров и способа погружения свай
4.Расчет несущей способности забивных висячих свай по грунту
при действии вертикальной нагрузки
5.Определение числа свай в фундаменте и конструирование ростверка
6.Расчет свайных фундаментов по 2 группе предельных состояний
ГИДРОИЗОЛЯЦИЯ ПОДВАЛЬНЫХ ПОМЕЩЕНИЙ ЗАЩИТА ФУНДАМЕНТОВ ОТ АГРЕССИВНЫХ ГРУНТОВЫХ ВОД
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Цель и задачи курсового проектирования
Целью курсового проекта является:
– закрепление теоретических и практических знаний получаемых студентами при изучении курса "Основания и фундаменты" и успешному применению этих знаний в решении инженерных задач;
– изучение современных методов расчета проектирования и устройства оснований и фундаментов разных конструкций под здания различного назначения с учетом специфических особенностей инженерно-геологических условий площадки строительства;
– приобретение студентами навыков самостоятельной работы с нормативной и другой литературой по строительному проектированию.
Курсовое проектирование должно способствовать дальнейшему углублению и закреплению знаний студентами и применению этих знаний к выполнению конкретных инженерных задач. При выполнении курсового проекта студентам предоставляется возможность проявить широкую инициативу и развить творческие способности в области фундаментостроения.
Административно-бытовой корпус
Конструктивные особенности здания:
Несущие конструкции: продольные кирпичные стены толщиной: наружные - 510 мм внутренние - 380 мм; внутренний каркас из сборных железобетонных колонн сечением 400х400 мм с продольным расположением ригелей.
Здание в осях 5-7 имеет подвал. Отметка чистого пола первого этажа + 0000 на 08 м выше отметки спланированной поверхности земли. Отметка пола подвала –3000м.
План типового этажа разрез А–А
план строительной площадки.
Нормативные значения нагрузок на уровне обреза фундамента кН (кНм).
Нагрузка от 9 этажей
Климатические характеристики района строительства: (г. Братск):
средняя температура наружного воздуха по месяцам:
Содержание частиц % размеров мм
Оценка инженерно-геологических условий
строительной площадки
В здании грунтовые условия площадки строительства представлены двумя выработками: скважинами №1 и №2. Рельеф местности места расположения выработок и отметки их устьев показаны на плане площадки (см. графическую часть: лист 1).
Исходные физические свойства грунтов получены по результатам лабораторных исследований образцов отобранных из каждого слоя.
На основании исходных физических свойств выполняем строительную классификацию грунтов.
Образец грунта №1 отобран из скважины №I с глубины 22 м. Мощность элемента по скважине №I – 35 м по скважине №II – 33 м. УГВ – 08 м. Возраст образца – aQIII. Физические свойства грунта по ГОСТ 25100 – 95.
Класс – природные дисперсные грунты;
Группа – несвязные грунты;
Подгруппа – осадочные грунты;
Тип – полиминеральные грунты;
Разновидность по гранулометрическому составу:
масса частиц крупнее 2 мм – 779% 25%;
масса частиц крупнее 05 мм – 3265% 50%;
масса частиц крупнее 025 мм – 6044% > 50%;
Следовательно грунт – песок средней крупности т.к. масса частиц крупнее 025 мм – 6044% > 50%.
Разновидность по коэффициенту пористости е:
коэффициент пористости вычисляется по формуле:
где – плотность грунта = 200 тм3;
– плотность частиц грунта = 266 тм3;
– природная влажность = 017.
Следовательно грунт – песок средней плотности т.к. 055 =056 070.
Разновидность по коэффициенту водонасыщения:
Разновидность песчаных грунтов характеризуется их степенью водонасыщения определяемой по формуле:
где – удельный вес частиц грунта
– удельный вес воды .
Следовательно грунт – песок насыщенный водой т.к. 08 = 081 1.
По СНиП 2.02.01-83* «Основания и фундаменты» данный грунт имеет следующие механические характеристики:
Расчётное сопротивление = 400 кПа
Удельное сцепление = 19 кПа
Угол внутреннего трения = 377 град
Модуль деформации Е = 39 МПа
Образец грунта №2 отобран из скважины №II с глубины 40 м. Мощность элемента по скважине №I – 17 м по скважине №II – 13 м. УГВ – 08 м. Возраст образца – aQIII. Физические свойства грунта по ГОСТ 25100 – 95.
масса частиц крупнее 2 мм – 226% 25%;
масса частиц крупнее 05 мм – 712% 50%;
масса частиц крупнее 025 мм – 2582% 50%;
масса частиц крупнее 01 мм – 7803% > 75%;
Следовательно грунт – песок мелкий т.к. масса частиц крупнее 01 мм – 7803% > 75%.
где – плотность грунта = 190 тм3;
– плотность частиц грунта = 265 тм3;
– природная влажность = 022.
Следовательно грунт – песок средней плотности т.к. 055 =070 070.
где: – удельный вес частиц грунта
Следовательно грунт – песок насыщенный водой т.к. 08 = 083 1.
Расчётное сопротивление = 200 кПа
Удельное сцепление = 2 кПа
Угол внутреннего трения = 30 град
Модуль деформации Е = 23 МПа
Образец грунта №3 отобран из скважины №II с глубины 81 м. Мощность элемента по скважине №I – 34 м по скважине №II – 53 м. УГВ – 08 м. Возраст образца – aQIII. Физические свойства грунта по ГОСТ 25100 – 95.
Группа – связные грунты;
Вид – глинистые грунты;
Разновидность по числу пластичности %:
где: – влажность на границе текучести =220%;
– влажность на границе раскатывания =140%
Следовательно грунт – суглинок т.к. 7% = 8% 17%.
Разновидность по показателю текучести :
где: – естественная (природная) влажность = 200%;
– влажность на границе раскатывания =140%;
– число пластичности = 8%;
Следовательно грунт – суглинок мягкопластичный т.к. 05% = 075% 075%.
где – плотность грунта = 21 тм3;
– плотность частиц грунта = 270 тм3;
– природная влажность = 200%.
Расчётное сопротивление = 2495 кПа
Удельное сцепление = 25 кПа
Угол внутреннего трения = 19 град
Модуль деформации Е = 17 МПа
Образец грунта №4 отобран из скважины №I с глубины 132 м. Мощность элемента по скважине №I – 60 м по скважине №II – 47 м. УГВ – 08 м. Возраст образца – aQIII. Физические свойства грунта по ГОСТ 25100 – 95.
Группа – связные грунты;
где: – влажность на границе текучести =400%;
– влажность на границе раскатывания =200%
Следовательно грунт – глина т.к. = 20% > 17%.
где: – естественная (природная) влажность = 270%;
– влажность на границе раскатывания =200%;
– число пластичности = 20%;
Следовательно грунт – глина тугопластичная т.к. 025% = 035% 05%.
где – плотность грунта = 20 тм3;
– плотность частиц грунта = 275 тм3;
– природная влажность = 270%.
Расчётное сопротивление = 30625 кПа
Удельное сцепление = 50 кПа
Угол внутреннего трения = 17 град
Модуль деформации Е = 18 МПа.
Сводная таблица свойств грунтов
Коэффициент пористости е
Коэффициент водонасыщения Sr
Число пластичности IP %
Показатель текучести IL %
Расчетное сопротивление
Удельное сцепление с кПа
Угол внутреннего трения кПа
Модуль деформации Е МПа
песок средней крупности
средней плотности насыщенный водой
суглинок мягкопластичный
глина тугопластичная
Общая оценка строительной площадки:
Согласно геологическому разрезу (см. стр.14) строительная площадка характеризуется спокойным рельефом. Грунты имеют слоистое напластование с выдержанным залеганием грунтов. Каждый из слоев может служить естественным основанием.
Рис.2. Геологический разрез по линии скважин 1–2
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТОВ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ НА ЕСТЕСТВЕННОМ ОСНОВАНИИ ПО 2 ГРУППЕ ПРЕДЕЛЬНЫХ СОСТОЯНИЙ.
1. Выбор глубины заложения фундаментов.
Глубина заложения фундаментов назначается в результате совместного рассмотрения инженерно-геологических и гидрогеологических условий строительной площадки сезонного промерзания и пучинистости грунтов конструктивных и эксплуатационных особенностей здания величины и характера нагрузки на основания.
При определении глубины заложении фундамента следует руководствоваться пп. 2.25-2.33 СНиП [10].
Одним из основных факторов определяющих глубину заложения фундаментов является глубина сезонного промерзания грунтов. Различают: нормативную и расчётную глубину сезонного промерзания грунтов.
Глубина сезонного промерзания грунтов.
Нормативная глубина сезонного промерзания грунтов dfn м в курсовом проекте определяются 2-мя способами:
На основании теплотехнического расчёта по формуле:
где d0- величина принимаемая равной м для
суглинков и глин –023;
супесей песков –028;
песков гравелистых крупных и средней крупности –030;
Мt - безразмерный коэффициент численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур в данном районе строительства принимаемый по СНиП 23–01–99.
Мt = 04 + 52 + 91 + 84 + 3 2 = 263. (см. стр.6);
По схематической карте глубин промерзания глинистых и суглинистых грунтов
(с. 29 [9]) на которой даны изолинии нормативных глубин промерзания этих грунтов для песков и супесей значение dfn найденное по карте увеличивается в 12 раза.
Так как значения dfn определенные по карте и по формуле расходятся то в расчет
принимаем значение найденное по формуле т.е. dfn = 154 м.
Расчётная глубина сезонного промерзания грунтов df м определяется по формуле: ; (6)
где dfn - нормативная глубина промерзания м.
Кh – коэффициент учитывающий влияние теплового режима сооружения принимаемый для наружных фундаментов отапливаемых сооружений - по табл. 1 СНиП [5].
Для наружных фундаментов отапливаемых сооружений (без подвала с полами устраиваемыми по утепленному цокольному перекрытию) Кh =07.
Для внутренних фундаментов (с подвалом) Кh =05.
df = 07·154 = 108 м – для зданий без подвала;
df = 05·154 = 077 м – для зданий с подвалом.
Расчетную среднесуточную температуру воздуха в помещении примыкающем к наружным фундаментам принимаем 15оС для подвала и 20оС для безподвальной части здания.
В отапливаемых зданиях по условию недопущения морозного пучения грунтов основания глубина заложения фундаментов назначается:
а) для наружных фундаментов от уровня планировки по табл. 2 СНиП [5]
б) для внутренних фундаментов – независимо от расчёта глубины промерзания грунтов.
Так как грунты под подошвой фундамента пески средней крупности и
df + 2 = 108 + 2 = 308 м > dw = 08 м то глубина заложения наружных фундаментов не зависит от df .
При выборе глубины заложения фундаментов согласно нормам проектирования [8] рекомендуется:
-принимать минимальную глубину заложения фундамента не менее 05 м от уровня планировки;
-предусматривать заглубление фундамента в несущий слой грунта не менее
-избегать наличия под подошвой фундамента слоя грунта малой толщины если его строительный свойства значительно хуже свойств подстилающего слоя;
-при наличии подземных коммуникаций подвалов и полуподвалов подошва фундаментов закладывается ниже пола подвала или отметки примыкания коммуникаций не менее чем на 04 м.
-фундаменты сооружения или его отсека как правило должны закладываться на одном уровне. При заложении ленточных сборных фундаментов смежных отсеков на разных отметках переход от одной отметки заложения к другой осуществляется
уступами высотой 06м и длиной 12м.
Расчет глубины заложения фундамента отапливаемого здания с подвалом
В подвальной части здания глубина заложения определяется из конструктивных соображений в соответствии с отметкой пола в подвале (см. рис. 3). Как следует из рисунка глубина заложения подошвы фундамента от спланированной отметки земли:
d = 3–08 +03+01+01 = 27 м
где: 03 – высота фундаментной плиты
– высота фундаментного стенового блока.
Рис. 3. Схема к определению глубины заложения
фундаментов в подвальной части здания:
несущая кирпичная стена;
типовые стеновые блоки марки ФБС;
фундаментная плита марки ФЛ.
Расчет глубины заложения фундамента отапливаемого здания без подвала
В безподвальной части здания глубина заложения подошвы фундамента назначим равной:
d = 03 + 06 + 03 = 12 м
и 06 – высота фундаментного стенового блока.
Рис. 4. Схема к определению глубины заложения
фундаментов в бесподвальной части здания:
Расчет глубины заложения отдельного фундамента под колонну 400х400 мм
Исходя из конструктивных особенностей фундамента глубину заложения принимаем равной:
где 15 – высота монолитного стаканного фундамента под колонну.
Рис. 5. Схема к определению глубины заложения
отдельно стоящих фундаментов под колонны:
типовая железобетонная колонна;
монолитный стаканный фундамент под колонну.
2. Определение размеров подошвы центрально нагруженных
Расчет сечения 1 – 1
Предварительно площадь А м2 подошвы фундамента определяют по формуле:
где NoII - нормативная вертикальная нагрузка от сооружения приложенная к обрезу фундамента определяемая как сумма постоянной и временной нагрузок
NOII = 972 кН (см. стр. 6);
R0 – условное расчетное сопротивление несущего слоя грунта основания кПа;
R0 = 400 кПа (см. стр. 13);
d - глубина заложения фундамента d = 16 м;
γср - среднее значение удельного веса материала фундамента и грунта на его уступах γср= 20 кНм3;
Рис. 6. Схема к определению площади
подошвы отдельно стоящих фундаментов
Размеры проектируемого фундамента вычисляют методом приближения и принимают с учетом модульности и унификации конструкций.
При проектировании фундамента под типовую колонну в курсовом проекте используем номенклатуру жб монолитных фундаментов серии 1.412.1-б приведенную в таблице 14 [9]. Марка фундамента выбирается по требуемой площади подошвы.
Выбираем Ф2.1.1.1. (А = 18×15 = 270м2).
Вычисляем расчетное сопротивление грунта основания под подошвой фундамента R кПа:
где gС1 и gС2 – коэффициенты условий работы принимаемые по СНиП [5]
gС1 = 14 (т.к. пески средней крупности);
Т.к. LH=34526=136 получим gС2 =14;
k – коэффициент принимаемый в курсовом проекте равным 11 т.к. прочностные
характеристики грунта (j и с) приняты по таблицам СНиП [5];
Mg Mq Mс – коэффициенты принимаемые по СНиП [5] в зависимости от угла внутреннего трения (j) грунта. Интерполяцией находим:
Mg = 206Mq = 925 Mс = 1067;
kz – коэффициент принимаемый равным при b 10мkz = 1;
b – ширина подошвы фундамента b = 15м;
gII - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов залегающих ниже подошвы фундамента на всю глубину разведанной толщи грунтов. При наличии подземных вод gII определяется с учетом взвешивающего действия воды - gSb кНм3 определяемого по формуле:
g II - то же для грунтов залегающих выше подошвы фундамента.
Для грунтов обратной засыпки:
где g’II - осредненное значение удельного веса грунтов ненарушенного сложения залегающих выше подошвы фундамента;
Удельный вес грунта g кНм3 определяется:
где – плотность грунта тм3 (см. стр.13 – сводная таблица свойств грунтов)
g – ускорение свободного падения g = 10 мс2.
Удельный вес водопроницаемых грунтов к которым условно отнесем все пески супеси суглинки залегающих ниже уровня подземных вод но выше водоупора - глины вычисляется с учетом взвешивающего действия воды:
где gs gw – удельный вес частиц грунта и воды соответственно; gw = 10 кНм3;
е – коэффициент пористости (см. стр.13 – сводная таблица свойств грунтов);
Определяем по формуле (9) gII – осредненное расчетное значение удельного веса грунтов
залегающих ниже подошвы фундамента на всю глубину разведанной толщи грунтов (см.рис 7):
Рис. 7. Схема к определению
удельного веса грунтов
Определяем - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов залегающих выше подошвы фундамента:
сII – расчетное значение удельного сцепления грунта залегающего непосредственно под подошвой фундамента сII = 19 кПа (см. стр.13).
d1 - глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки
db – глубина подвала - расстояние от уровня планировки до пола подвала м
(при отсутствии подвала db = 0).
Подставляя найденные значения в формулу (8) получим:
Зная R уточняются размеры подошвы фундамента по формуле:
где NOII – нормативная вертикальная нагрузка от сооружения приложенная к обрезу фундамента определяемая как сумма постоянной и временной нагрузок NOII = 972 кН (см. стр. 6);
R – сопротивление несущего слоя грунта основания R = 49976 кПа;
γср - среднее значение удельного веса материала фундамента и грунта на его уступах
Выбираем Ф1.1.1.1. (А = 15×15 = 225м2).
Изменение марки фундамента не повлияло на расчетное сопротивление грунта основания R поэтому оставляем R=49976 кПа.
Определение размеров центрально нагруженных фундаментов считается законченным если выполняется условие:
где pii - среднее давление под подошвой фундамента кПа определяемое по формуле:
где NII– суммарная вертикальная нагрузка на основание кН состоящая из нормальной расчетной нагрузки от сооружения NOII приложенной к обрезу фундамента веса фундамента NФII и грунта NгрII на его уступах:
NII = N0II + NФII + NrpII(16)
NOII=972 кН (см. стр. 6)
NФII = 40 кН (табл. 15 [9])
NII = 972 + 40 + 2724 = 103924 кН.
А – площадь подошвы проектируемого фундамента А = 225 м2.
Величина pii должна не только удовлетворять условию (14) но и быть по возможности близка к значению расчетного сопротивления грунта (допустимое отличие от расчетного сопротивления должно быть не более 10%).
Условие выполняется.
Проверки сходятся поэтому окончательно принимаем Ф1.1.1.1. (см. рис. 8).
Определив размеры фундамента приступают к его конструированию. Конструирование фундаментов из сборных железобетонных элементов заключается в выборе отдельных стандартных изделий и составлении из них фундамента отвечающего принятым при расчете основным его параметрам. Для монолитных отдельных фундаментов размер их принимается согласно серии 1.412.1-6.
Рис. 8. Ф1.1.1.1. серия 1.412.1-6.
Расчет сечения 2 – 2
NOII = 333 кН (см. стр. 6);
Рис. 9. Схема к определению площади подошвы
R0=400 кПа (см. стр. 13);
d - глубина заложения фундамента d = 12 м;
Размеры проектируемого фундамента вычисляют методом приближения одновременно уточняя величину R и принимают с учетом модульности и унификации конструкций.
Согласно номенклатуре плит по ГОСТ 13580-85 выбирается ближайшая (большая) по размеру плита марки ФЛ. Марка стеновых блоков выбирается согласно ГОСТ 13579-78*.При проектировании ленточного сборного фундамента требуемая ширина b м плиты назначается из условия что расчет такого фундамента ведется на 1 м его длины и принимается:
Подбираем плиту ФЛ 10 имеющую размеры м: b=1; h=03; 118; 078). Стеновые блоки ФБС 24.5.6–Т и ФБС 12.5.3–Т.
Далее вычисляется расчетное сопротивление грунта основания под подошвой фундамента R кПа:
gС1 и gС2 – коэффициенты условий работы принимаемые по СНиП [5]
Mg Mq Mс – коэффициенты принимаемые по таблице 4 СНиП [5] в зависимости от угла внутреннего трения (j) грунта. Интерполяцией находим:
b – ширина подошвы фундамента b = 1м;
gII - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов залегающих ниже подошвы фундамента на всю глубину разведанной толщи грунтов. При наличии подземных вод gII определяется с учетом взвешивающего действия воды - gSb кНм3 определяемого формулой:
где – плотность грунта тм3 (см. стр.13)
е – коэффициент пористости
Рис. 10. Схема к определению
Определяем по формуле (9) gII - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов залегающих ниже подошвы фундамента на всю глубину разведанной толщи грунтов (см.рис 10):
где NoII – нормативная вертикальная нагрузка от сооружения приложенная к обрезу фундамента определяемая как сумма постоянной и временной нагрузок
R – сопротивление несущего слоя грунта основания R = 406153 кПа;
d – глубина заложения фундамента d = 12 м;
γср – среднее значение удельного веса материала фундамента и грунта на его уступах
Найденная площадь подошвы фундамента не повлияла на его марку поэтому оставляем плиту ФЛ 10 имеющую размеры м: b=1; h=03; 118; 078). Стеновые блоки ФБС 24.5.6-Т и ФБС 12.5.3-Т.
NOII=333 кН (см. стр. 6)
NФII = Nпл+Nбл1+Nбл2;(17)
кН;(см. ГОСТ 13580-85)
кН; кН;(см. ГОСТ 13579-78*)
NФII =5872+6792+3167=15831 кН
NII = 333 + 15831 + 7216 = 356047 кН.
А – площадь подошвы проектируемого фундамента А = 1 м2.
Расхождение в значениях R и pII = 123 > 10 % значит фундамент запроектирован не
экономично но в виду унификации плит железобетонных ленточных фундаментов невозможно применить плиту с меньшей площадью подошвы поэтому окончательно принимаем ФЛ 10 имеющую размеры м: b=1; h=03; 118; 078). Стеновые блоки ФБС 24.5.6-Т и ФБС 12.5.3-Т. (см.рис 11).
Определив размеры фундамента приступают к его конструированию. Конструирование фундаментов из сборных железобетонных элементов заключается в выборе отдельных стандартных изделий и составлении из них фундамента отвечающего принятым при расчете основным его параметрам.
Расчет сечения 5 – 5
где: NoII - нормативная вертикальная нагрузка от сооружения приложенная к обрезу фундамента определяемая как сумма постоянной и временной нагрузок
NOII = 477 кН (см. стр. 6);
d–глубина заложения фундамента d = 27 м;
Рис. 12. Схема к определению площади
подошвы фундаментов в подвальной части здания:
Подбираем плиту ФЛ 14 имеющую размеры м: b=14; h=03; 118; 078). Стеновые блоки ФБС 24.5.6–Т и ФБС 12.5.6–Т.
gС1 и gС2 – коэффициенты условий работы принимаемые по таблице 3 СНиП [5]
b – ширина подошвы фундамента b = 14м;
Рис. 13. Схема к определению
Определяем по формуле (9) gII – осредненное расчетное значение удельного веса грунтов залегающих ниже подошвы фундамента на всю глубину разведанной толщи грунтов (см.рис 13):
d1 – приведенная глубина заложения для наружных и внутренних фундаментов от пола подвала определяемая по формуле:
где: h S – толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала
h cf – толщина конструкции пола подвала h cf = 01м;
– удельный вес конструкции пола подвала =22 кНм3;
– осредненное расчетное значение удельного веса грунтов обратной засыпки
db – глубина подвала – расстояние от уровня планировки до пола подвала. Для сооружений с подвалом шириной 20м и глубиной > 2м принимается db = 2 м.
R – сопротивление несущего слоя грунта основания R = 607562 кПа;
d – глубина заложения фундамента d = 27 м;
При изменении размеров фундамента уточняется расчетное сопротивление грунта основания R используя формулу (8)
R – сопротивление несущего слоя грунта основания R = 585720 кПа;
Оставляем плиту ФЛ 10 имеющую размеры м: b=1; h=03; 118; 078). Стеновые блоки ФБС 24.5.6–Т и ФБС 12.5.3–Т.
NOII=477 кН (см. стр. 6)
NФII = Nпл+4Nбл ;(17)
кН;(см. ГОСТ 13579-78*)
NФII =5872+4×6792=3304 кН
NII = 477 + 3304 + 4587 = 514627 кН.
Расхождение в значениях R и pII = 121> 10 % значит фундамент запроектирован не
экономично но в виду унификации плит железобетонных ленточных фундаментов невозможно применить плиту с меньшей площадью подошвы поэтому окончательно принимаем плиту ФЛ 10 имеющую размеры м: b=1; h=03; 118; 078). Стеновые блоки ФБС 24.5.6-Т и ФБС 12.5.3-Т. (см. рис. 11).
Фундаментные плиты укладывают на выровненную поверхность песчаного основания. Для защиты фундамента от поверхностных вод вдоль наружных стен здания проектом предусмотрена асфальтобетонная отмостка и на 150 мм выше ее отметки – горизонтальная гидроизоляция помещений от грунтовой сырости.
3. Расчет внецентренно нагруженных фундаментов при наличии подвала
При наличии подвала фундамент наружных стен воспринимает давление от обратной засыпки грунта (рис. 14).
Его определяют по формулам активного давления на подпорные стенки с учетом сцепления. Однако при малой высоте этих стенок (до 4х м) и выполнении обратной засыпки за пазухи и фундамента грунтом нарушенной структуры ограничиваются обычно приближенным расчетом. При вычислении давления грунта на подпорную стенку учитывают временную нагрузку на поверхности грунта q = 10 кНм2.
Активное давление грунта sII кПа на подпорную стенку у подошвы фундамента вычисляют по формуле:
Рис. 14. Расчетная схема ленточного
фундамента под стену при наличии подвала
Где: L = d + hnp - высота подпорной стенки с учетом приведенной высоты слоя грунта hnp м вычисляемой по формуле:
где: – осредненное расчетное значение удельного веса грунтов обратной засыпки
q – временная нагрузка на поверхности грунта q = 10 кНм2
L = 27+0785 = 3485 м.
– средний угол внутреннего трения грунта обратной засыпки = 20°.
Далее определяются составляющие усилий действующих в уровне подошвы фундамента:
– суммарная равнодействующая нагрузка:
NII = N0II + NфII + NrpII
NII = 514627 кН (см. стр.34)
– момент от равнодействующей активного давления грунта с учетом нагрузки грунта на уступах фундамента:
где e1 - эксцентриситет действующей нагрузки от грунта лежащего на уступах фундамента относительно его центра тяжести определяемый согласно рис. 14 е1=0375 м.
NгрII = 4587 кН (см. стр.34)
Эксцентриситет е м равнодействующей суммарной вертикальной нагрузки относительно центра подошвы фундамента определяется по формуле:
Максимальное и минимальное давления под краем фундамента при действии момента сил относительно только одной из главных осей инерции площади подошвы фундамента определяются из выражения:
где: NII – суммарная вертикальная нагрузка на основание NII = 514627 кН;
А – площадь подошвы проектируемого фундамента А = 1 м2;
е – эксцентриситет равнодействующей вертикальной нагрузки относительно центра
подошвы фундамента е = 0031м;
l – большая сторона подошвы фундамента
Для внецентренно нагруженного фундамента должны выполняться следующие условия:
– для среднего давления РII определяемого по формуле 15
– для максимального краевого давления при эксцентриситете относительно одной главной оси инерции подошвы фундамента
– для минимального краевого давления
Все условия выполняются поэтому расчет внецентренно нагруженного фундамента считается законченным.
4. Проверка прочности подстилающего слоя слабого грунта
Рис. 15.Расчетная схема фундамента при наличии подстилающего слоя слабого грунта
При наличии под несущим слоем на глубине z от подошвы фундамента (рис. 15) слоя грунта меньшей прочности чем прочность грунта несущего слоя размеры фундамента должны назначаться такими чтобы полное давление на кровлю подстилающего слоя не превышало бы его расчетного сопротивления т.е. обеспечивалось бы условие:
где zp – дополнительное вертикальное напряжение на глубине z от подошвы фундамента от нагрузки на основание под подошвой фундамента определяемое по формуле (27):
где a – коэффициент рассеивания напряжений с глубиной принимаемый в зависимости от формы подошвы фундамента соотношения сторон прямоугольного фундамента h и относительной глубины x. a принимается по СНиП 2.02.01–83*.
здесь b – ширина подошвы фундамента.
h > 10 т.к. рассматриваем ленточный фундамент.
pо – дополнительное вертикальное давление на основание определяемое как разность между средним давлением под подошвой фундамента pII и напряжением от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента zqo.
pII = 356047 кПа (см.стр. 28);
где γi и hi - соответственно удельный вес и толщина i-го слоя грунта.
zqo = γ1×08 + gSb1×04 = 20×08 + 1064×04 = 20256 кПа;
рo = 356047 – 20256 = 335791 кПа;
Находим zp по формуле (27):
zp = 028×335791 = 94021 кПа;
zq – вертикальное напряжение от собственного веса грунта на глубине Z от подошвы фундамента определяемое по формуле (30):
zq = γ1×08 + gSb1×26 = 20×08 + 1064×26 = 43664 кПа;
Rz – расчетное сопротивление грунта на глубине кровли слабого подстилающего слоя.
Величину Rz определяют по формуле (8) как для условного фундамента шириной bz и глубиной заложения dz. Коэффициенты условии работы gс1 и gс1 и надежности к а также коэффициенты Mg Mq Mс находят применительно к слою слабого грунта.
Площадь подошвы условного фундамента A z м2 определяется по формуле:
Ширина подошвы условного ленточного фундамента bz м определяется из условия:
Находим коэффициенты формулы (8):
gС1 = 13 (т.к. пески мелкие);
Т.к. LH=34526=136 получим gС2 =13;
Mg Mq Mс – коэффициенты принимаемые по таблице 4 СНиП [5] в зависимости от угла внутреннего трения (j) грунта. При j = 30° находим:
Mg = 115Mq = 559 Mс = 795;
b – ширина подошвы фундамента b = 3787 м;
gII – осредненное расчетное значение удельного веса грунтов залегающих ниже подошвы фундамента на всю глубину разведанной толщи грунтов. При наличии подземных вод gII определяется с учетом взвешивающего действия воды - gSb кНм3 определяемого формулой:
Удельный вес водопроницаемых грунтов к которым условно отнесем все пески супеси суглинки залегающих ниже уровня подземных вод но выше водоупора – глины вычисляется с учетом взвешивающего действия воды:
Определяем по формуле (9) gII - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов залегающих ниже подошвы фундамента на всю глубину разведанной толщи грунтов:
Определяем – осредненное расчетное значение удельного веса грунтов залегающих выше подошвы фундамента:
сII – расчетное значение удельного сцепления грунта залегающего непосредственно под подошвой фундамента сII = 20 кПа (см. стр.13).
d1 – глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки
Проверяем выполнение условия (26):
Выполнение данного условия свидетельствует о том что в слабом подстилающем слое не будут развиваться пластические деформации.
5. Расчет осадки основания методом послойного суммирования
Расчет оснований по деформациям производят исходя из условия:
где S - совместная деформация основания и сооружения определяемая расчетом;
Su – предельное значение совместной деформации основания и сооружения определяемое по приложению 4 СНиП [5]
Расчет осадки основания S м в методе послойного суммирования находят простым суммированием осадок всех элементарных слоев в пределах сжимаемой толщи Нс по формуле:
где – безразмерный коэффициент равный 08;
n - число слоев на которое разбита сжимаемая толща основания.
Напряжение от собственного веса грунта zq определяется в следующих характерных точках грунтового основания: на уровне планировки подошвы фундамента подземных вод на контактах инженерно-геологических элементов (слоев грунтов) по формуле:
где γi и hi – соответственно удельный вес и толщина 1-го слоя грунта.
Удельный вес водопроницаемых грунтов gSb залегающих ниже уровня подземных вод но выше водоупора – глины вычисляется с учетом взвешивающего действия воды по формуле:
где γs и γw – удельный вес частиц грунта и воды соответственно;
е – коэффициент пористости.
В этом случае к вертикальному напряжению от собственного веса грунта zq на кровлю водоупора добавляется гидростатическое давление PГИДР столба воды:
PГИДР = h w· γw(34)
где h w – высота столба воды.
Определяем ординаты эпюры вертикальных напряжений от действия собственного веса грунта zq и вспомогательной эпюры 02×zq:
На уровне спланированной поверхности:
zq1 = 0×γ1= 0 кПа02×zq1 = 0 кПа
На уровне грунтовых вод:
zqw = 08 × γ1= 08 ×20= 16 кПа
На уровне подошвы фундамента с учетом взвешивающего действия воды:
zq0 = zqw + h × γSb1= 16 + 04 ×1064 = 20256 кПа
На границе ИГЭ1 и ИГЭ2 с учетом взвешивающего действия воды:
zq2 = zq0 + h × γSb1 = 20256 + 22 ×1064 = 43664 кПа
На границе ИГЭ2 и ИГЭ3 с учетом взвешивающего действия воды:
zq3 = zq2 + h2× γSb2= 43664 + 15×971 = 58229 кПа
На границе ИГЭ3 и ИГЭ4 с учетом взвешивающего действия воды:
zq4 = zq3 + h3× γSb3= 58229 + 435×1104 = 106253 кПа
Гидростатическое давление столба воды на кровлю водоупора:
Pгидр= hw· γw= 845×10 = 845 кПа
Полное напряжение на границе ИГЭ3 и ИГЭ4 (на кровлю водоупора):
zq полн = zq4 + Pгидр = 106253 + 845 = 190753 кПа
×zq полн = 38151 кПа
zq5 = zq полн + h4× γ4 = 190753 + 535 ×200 = 297753 кПа
Значения напряжений zq откладываются влево от оси фундамента. Значения вспомогательной эпюры напряжений от собственного веса грунта составляющих 20% соответствующего значения напряжения от собственного веса грунта zq откладываются вправо от оси фундамента.
Дополнительное вертикальное напряжение zp на глубине z от подошвы фундамента по вертикали определяется по формуле:
рo = 335791 кПа; (см. стр. 39);
Дополнительные вертикальные напряжения zp определяют на границах элементарных слоев.
Значения напряжений zp откладывают вправо от оси фундамента. Результаты вычислений проводятся в таблице (см. стр. 47).
Чтобы избежать интерполяции примем x = 04. Высоту элементарного слоя грунта hi найдем по формуле:
где b – ширина подошвы фундамента b = 1м.
Для обеспечения необходимой точности расчета сжимаемую толщу основания ниже подошвы фундамента разбивают на элементарные слои толщина которых h м должна удовлетворять условию:
Условие выполняется с большим запасом поэтому в целях сокращения вычислений примем высоту элементарного слоя h = 04 м.
Рис. 16. Схема к расчету осадки фундамента методом послойного суммирования
Значения ординат эпюры дополнительных вертикальных напряжений
Песок средней крупности
Суглинок мягкопластичный
За границы сжимаемой толщи принимаются:
верхняя – плоскость подошвы фундамента;
нижняя – на глубине z = Нс где выполняется условие zр 02 zq
Нижнюю границу сжимаемой толщи находим по точке пересечения вспомогательной эпюры и эпюры дополнительного напряжения так как для вычисления осадок необходимо выполнение условия zр 02×zp. Из рис.16 видно что эта точка лежит на кровле водоупора и соответствует мощности сжимаемой толщи Hс = 805 м.
Найдем по формуле 33 значения осадок сжимаемой толщи пренебрегая в некоторых случаях различием значений модуля общей деформации грунта на границах слоев приняв во внимание что данное предположение незначительно скажется на окончательном результате:
Выполним проверку условия:
Проверка выполняется следовательно полная осадка фундамента не превышает предельно допустимую.
zq0 = zqw + h × γSb1= 16 + 19 ×1064 = 36216 кПа
zq2 = zq0 + h × γSb1 = 36216 + 07 ×1064 = 43664 кПа
pII = 514627 кПа (см. стр. 34);
zqo = 36216 кПа (см. стр. 49);
рo = 514627 – 36216 = 478411 кПа;
Значения напряжений zp откладывают вправо от оси фундамента. Результаты вычислений проводятся в таблице (см. стр. 52).
Рис. 17. Схема к расчету осадки фундамента методом послойного суммирования
верхняя – плоскость подошвы фундамента;
Нижнюю границу сжимаемой толщи находим по точке пересечения вспомогательной эпюры и эпюры дополнительного напряжения так как для вычисления осадок необходимо выполнение условия zр 02×zp. Из рис.17 видно что эта точка соответствует мощности сжимаемой толщи Hс = 736 м.
1. Основные положения расчета
Расчет свайных фундаментов и их оснований производят по двум группам предельных состояний:
по прочности материала свай и свайных ростверков;
по несущей способности грунта основания свай;
по несущей способности оснований свайных фундаментов;
по осадкам оснований свай и свайных фундаментов от вертикальных нагрузок;
по перемещениям свай совместно с грунтом основания от действия горизонтальных нагрузок и моментов;
по образованию иди раскрытию трещин в элементах железобетонных конструкций свайных фундаментов.
Одиночную сваю в составе фундамента и вне его по несущей способности грунтов основания рассчитываем исходя из условия:
где N – расчетная нагрузка передаваемая на сваю кН;
Fd – расчетная несущая способность грунта основания одиночной сваи называемая несущей способностью сваи;
– коэффициент надежности величина которого принимается в зависимости от метода определения несущей способности сваи. Если несущая способность сваи определена расчетом то =14.
Проектирование свайных фундаментов выполняют в такой последовательности:
Производят инженерно-геологическую оценку строительной площадки и определяют физико-механические свойства грунтов.
Определяют величины и невыгодные сочетания нагрузок действующих на фундамент на уровне отметки поверхности земли или верхней поверхности обреза ростверка.
Выбирают глубину заложения ростверков с учетом конструктивных особенностей сооружения и размера ростверка.
Выбирают тип способ погружения и размеры свай сообразуясь с грунтовыми условиями действующими нагрузками конструктивными особенностями проектируемого здания или сооружения.
Определяют несущую способность сваи.
Определяют расчетную нагрузку передаваемую на сваю.
Определяют число центрально нагруженных свай.
Уточняют размеры ростверка в плане из условия размещения в ростверке полученного числа свай.
Уточняют нагрузку действующую на одну сваю с учетом размеров и веса ростверка веса стеновых блоков и грунта обратной засылки и сравнивают ее с допустимой.
Рассчитывают фундамент по второй группе предельных состояний:
а) определяют размеры условного свайного фундамента;
б) рассчитывают давление под его подошвой и последнее сопоставляют с расчетным сопротивлением;
в) рассчитывают осадку условного свайного фундамента.
2. Выбор глубины заложения и размеров ростверка
Глубина заложения подошвы низкого ростверка dp назначается в зависимости от конструктивных особенностей сооружения (наличие подвала технического подполья) высоты ростверка и грунтовых условий строительной площадки.
При строительстве на пучистых грунтах подошва ростверка закладывается ниже расчетной глубины промерзания грунтов df руководствуясь в расчете требованиями изложенными в 3.1. настоящей расчетно-пояснительной записки и соответствующими требованиями СНиП [5].
Глубина заложения подошвы ростверков назначается также с учетом следующих положений:
а) в зданиях при отсутствии подвала под внутренние стены закладывается подошва ростверка на 01 – 015 м ниже планировочных отметок;
б) в бесподвальных помещениях обрез ростверка под внутренние колонны закладывается на уровне отметки планировки:
в) при наличии подвала ростверки под наружные стены закладываются с отметкой подошвы равной отметке пола подвала; а под внутренние стены с отметкой обреза равной отметке пода подвала.
В бесподвальных помещениях под наружные стены обрез ростверка в непучистых грунтах закладывается на глубине 01 – 015 м ниже спланированной поверхности.
При глинистых грунтах под ростверком наружных стен следует предусматривать укладку слоя щебня шлака или крупнозернистого песка толщиной не менее 02 м а под внутренними стенами – слоя щебня шлака или тощего бетона толщиной не менее 01 м; при песчаных грунтах ростверк под наружные и внутренние стены нужно укладывать по слою щебня шлака или тощего бетона толщиной не менее 01м.
Размеры железобетонных ростверков отдельных свайных фундаментов под колонны принимают согласно расчетам по прочности: на продавливание колонной угловой сваей нижней плиты ростверка по поперечной силе наклонных сечений на изгиб на местное сжатие (смятие) под торцами железобетонных колонн или под опорными плитами стальных колонн.
Размеры подошвы ростверка под колонны ступеней и подколонника в плане из условия унификации рекомендуется принимать кратными 300 мм. Высоту плитной части ступеней и подколонника следует принимать кратной 150 мм.
Толщина дна стакана должна быть не менее 300 мм.
3. Выбор типа размеров и способа погружения свай
В курсовом проекте проектируются железобетонные висячие сваи сплошного квадратного сечения от 200х200 до 400х400 мм с ненапрягаемой арматурой (С) длиной 3–16 м (Серия 1.011.1–10) погружаемые в грунт без его выемки забивкой дизельным молотом.
Длина сваи выбирается в зависимости от грунтовых условий строительной площадки глубины заложения подошвы ростверка. Нижний конец сваи следует заглублять в прочные грунты прорезая напластования более слабых грунтов. Заглубление нижнего конца сваи в несущий слой должно быть не менее:
– в крупнообломочные грунты гравелистые крупные и средней крупности пески а также глинистые грунты с показателем текучести IL ≤ 01 – не менее 05 м;
– в прочие природные дисперсные грунты – не менее 1 м.
Длину изготовленных свай согласно нормам проектирования (1220) принимают не менее 3м с тем чтобы заглубления свай в грунт от подошвы ростверка было не менее 25м.
Свободное опирание ростверка на сваи учитывается в расчетах условно как шарнирное сопряжение и выполняется путем заделки головы сваи в ростверк на глубину 5–10 см.
Требуемая длина сваи (без острия) определяется из условия:
L = l1 + l2 + l3(38)
l3 – толщина слоев грунтов прорезаемых сваей м.
Окончательные размеры типовых свай принимаются по табл. 23 [9] где приведена характеристика свай сплошного квадратного сечения с ненапрягаемой арматурой обычной ударостойкости согласно Серии 1.011.1-10 «Сваи забивные железобетонные». Вып. 1. «Сваи цельные сплошного квадратного сечения с ненапрягаемой арматурой».
4. Расчет несущей способности забивных висячих свай по грунту
Расчет несущей способности Fd кН забивных висячих свай по грунту при действии вертикальной нагрузки выполняют как правило по прочности грунта как сумму сил расчетных сопротивлений грунтов основания под нижним концом сваи и на ее боковой поверхности по формуле:
где – коэффициент условий работы сваи в грунте принимаемый = 1;
– коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи принимаемые равными 1 при погружении сваи дизельным молотом;
R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи кПа принимаемое по табл. 24 [9];
А – площадь опирания на грунт сваи м2 принимаемая по площади поперечного сечения сваи;
и – наружный периметр поперечного сечения сваи м;
h4.5. Определение числа свай в фундаменте и конструирование ростверка
Число свай n определяют исходя из условия что ростверк осуществляет равномерное распределение нагрузки на свайный куст или свайный ряд по формуле:
где – коэффициент надежности величина которого принимается в зависимости от метода определения несущей способности сваи. Если несущая способность сваи определена расчетом то =14;
Fd – несущая способность висячей сваи кН;
– расчетная нагрузка на куст (кН) или на 1 м длины ленточного фундамента (кНм) приложенная на уровне обреза фундамента;
где – основная нормативная нагрузка на куст кH или на 1 м длины ленточного фундамента кНм; – коэффициент надежности по нагрузке = 11);
Для отдельно стоящего фундамента – куста свай полученное по формуле (40) число свай округляется до целого числа в сторону увеличения.
При определении размера ростверка в плане сваи в кусте размещают так чтобы ростверк подучился наиболее компактным. Расстояние между осями свай принимают:
где d – сторона квадратной сваи.
Обычно принимают с = 3d так как при большем расстоянии между осями свай значительно увеличиваются размеры ростверка. Расстояние от края плиты ростверка до ближайшей грани сваи (свес ростверка) принимают не менее 100 мм.
При проектировании свайных фундаментов под типовые железобетонные колонны в курсовом проекте рекомендуется применять ростверки высотой HP=1200 и HP=1350 мм по серии 1.411.1–219.
В зависимости от числа свай выбирается марка ростверка кустов свай согласно табл.26 [9].
Для свайного фундамента под стену (ленточный свайный фундамент) требуемая высота ростверка назначается согласно расчету с учетом высоты и количества стеновых блоков марки ФБС. При этом минимальная высота ростверка должна быть не менее 300мм.
Для ленточного свайного фундамента под стену число свай на 1 м найденное по формуле (40) может быть дробным. Расстояние между осями свай (шаг свай) вдоль стены определяется по формуле:
Полученный результат округляется таким образом чтобы шаг свай был кратен 5 см. В зависимости от величины с определяется число рядов свай.
Рекомендуются следующие варианты расположения свай в плане:
– однорядное когда 3d с 6d. Если по расчету получилось что с > 6d то следует уменьшить несущую способность свай. изменив ее длину или сечение;
– двухрядное шахматное если n 2 и 15d c 3d. Расстояние между двумя рядами свай ср в этом случае определяется по формуле
– двухрядное если n > 2 и c =15d. Расстояние между рядами принимается cр = 3d.
Если по расчету получается с 15d то следует увеличить несущую способность сваи увеличив длину сваи или ее сечение.
Ширину ростверка ленточного свайного фундамента при однорядном расположении свай определяют по формуле:
bр = d + 2 со мм (45)
где d – поперечный размер ствола сваи мм;
со – расстояние от края плиты ростверка до ближайшей грани сваи (свес ростверка) мм. Величина со принимается не менее 100 мм.
Ширину ростверка при многорядном расположении свай вычисляют по формуле:
bр = ср (м – 1) + d + 2 со (46)
где м – число рядов свай;
ср – расстояние между осями свай в соседних рядах;
d и со - то же что и в формуле (45).
Для недопущения увеличения ширины ростверка рекомендуется принимать не более двух рядов свай при минимальной ширине ростверка 400 мм.
После размещения свай в плане и уточнения габаритных размеров ростверка определяют нагрузку Nф приходящуюся на каждую сваю и проверяют условие:
– расчетная нагрузка от веса стеновых блоков (при проектировании ленточных фундаментов);
– расчетная нагрузка от веса ростверка;
– расчетная нагрузка от веса грунта на уступах ростверка кН.
При вычислении и коэффициент надежности по нагрузке = 11 а при вычислении коэффициент = 115.
Если условие (47) не выполняется то необходимо выбрать другой тип свай имеющих более высокую несущую способность или увеличить число свай в фундаменте и повторить расчет.
Глубина заложения ростверка должна быть не менее глубины сезонного промерзания грунтов df = 108 м
Обрез ростверка под внутренние колонны закладывается на уровне отметки планировки.
Высота ростверка Hf = 1200 мм по серии 1.411.1–219.
Поэтому глубину заложения ростверка принимаем 1200 мм.
L = 005+125+37 = 5 м
Согласно серии 1.011.1-10 «Сваи забивные железобетонные» принимаем С50.30-1 длиной 5 м с размером поперечного сечения 03х03 м и длиной острия 025 м.
Рис. 18. Схема к определению
глубины заложения ростверка и длины сваи
Площадь поперечного сечения сваи А=03·03 = 009 м2 периметр сваи и = 03·4 = 12 м.
По табл. 24 [9] при глубине погружения сваи 615 м для суглинка с показателем текучести IL=075 интерполируя находим сопротивление грунта под нижним концом сваи:
Толщу грунта пронизываемого сваей разбиваем на слои толщиной м средняя глубина которых z i (см. рис. 18):
h4 = 125 мz4 = 5525 м
Интерполируя по табл. 25 [9] находим расчетные сопротивления слоев грунтов на боковой поверхности сваи:
Несущую способность одиночной висячей сваи определяем по формуле (39):
Fd = 82875· 009 + 12· ( 11· 4025+ 11· 471 + 15· 383 + 125· 9 )
Требуемое число свай в фундаменте найдем по формуле:
; кН (см. стр. 6); кН;
Округляя в большую сторону примем по табл. 26 [9] куст свай марки КС 6–1 (см.рис 19).
После размещения свай в плане и уточнения габаритных размеров ростверка определяют нагрузку Nф приходящуюся на каждую сваю и проверяют условие (47).
Условие не выполняется следовательно необходимо подобрать другой тип свай или увеличить число свай в фундаменте.
Примем по табл. 26 [9] куст свай марки КС 7–1. (см.рис 20):
Условие выполняется следовательно принятый куст свай выдержит заданную нагрузку.
Глубина заложения ростверка должна быть не менее глубины сезонного промерзания грунтов df = 108 м.
Минимальная высота ростверка для ленточного свайного фундамента должна быть не менее 300 мм.
Требуемая высота ростверка назначается согласно расчету с учетом высоты и количества стеновых блоков марки ФБС
Рис. 21. Схема к определению
Толщу грунта пронизываемого сваей разбиваем на слои толщиной м средняя глубина которых z i (см. рис. 21):
Примем n = 2 тогда расстояние между осями свай будет:
Двухрядное шахматное расположение свай в плане (см.рис 23):
Расстояние между двумя рядами свай сp определим по формуле:
где м – число рядов свай; м = 2;
d – поперечный размер ствола сваи; d = 03 м;
со – свес ростверка. Для кратности ширины ростверка примем со = 0176 м.
bр = 0748× (2 – 1) + 03 + 2× 0176 = 14 м (см.рис 23):
После размещения свай в плане и уточнения габаритных размеров ростверка определяют нагрузку Nф приходящуюся на каждую сваю и проверяют условие (47):
= 6792 + 3167 = 9959 кН (см. стр. 28);
Условие не выполняется значит необходимо выбрать другой тип свай или увеличить число свай в фундаменте.
Примем n = 22 тогда расстояние между осями свай будет:
Двухрядное шахматное расположение свай в плане т.к.
Расстояние между двумя рядами свай принимается сp = 3d = 09 м.
со – свес ростверка. Примем со = 01 м.
bр = 09× (2 – 1) + 03 + 2× 01 = 14 м. (см.рис 24):
Рис. 24. Двухрядное шахматное расположение свай
Условие выполняется т.е. расчет закончен.
L = 005+125+27 = 4 м
Согласно серии 1.011.1-10 «Сваи забивные железобетонные» принимаем С40.30-1 длиной 4 м с размером поперечного сечения 03х03 м и длиной острия 025 м.
Рис. 25. Схема к определению
Толщу грунта пронизываемого сваей разбиваем на слои толщиной м средняя глубина которых z i (см. рис. 25):
h3 = 125 мz3 = 5525 м
Несущую способность одиночной висячей сваи определяем по формуле:
R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи кПа;
А – площадь опирания на грунт сваи м2 (площадь поперечного сечения сваи);
Fd = 82875· 009 + 12· ( 12· 468 + 15· 5345 + 125· 9)
Для ленточного свайного фундамента под стену число свай на 1 м найденное по формуле (40) может быть дробным. Шаг свай определяется по формуле:
Полученный результат округляется таким образом чтобы шаг свай был кратен 5 см т.е. с = 03 м.
Поэтому необходимо увеличить несущую способность сваи изменив ее длину или сечение.
L = 005+325+27 = 6 м
Согласно серии 1.011.1-10 «Сваи забивные железобетонные» принимаем С60.40-1 длиной 6 м с размером поперечного сечения 04х04 м и длиной острия 035 м. Площадь поперечного сечения сваи А=04·04 = 016 м2 периметр сваи и = 04·4 = 16 м.
По табл. 24 [9] при глубине погружения сваи 815 м для суглинка с показателем текучести IL=075 интерполируя находим сопротивление грунта под нижним концом сваи:
Толщу грунта пронизываемого сваей разбиваем на слои толщиной м средняя глубина которых z i
Рис. 26. Схема к определению длины сваи
h3 = 1625 мz3 = 57125 м
h4 = 1625 мz4 = 73375 м
Fd = 869167· 016 + 16· ( 12· 468 + 15· 5345 + 1625· 9 + 1625· 9)
Шаг свай определяется по формуле:
Необходимо увеличить несущую способность сваи изменив ее длину или сечение.
L = 005+425+27 = 7 м
Принимаем С70.40-5 длиной 7 м с размером поперечного сечения 04х04 м и длиной острия 035 м. Площадь поперечного сечения сваи А=04·04 = 016 м2 периметр сваи и = 04·4 = 16 м.
По табл. 24 [9] при глубине погружения сваи 915 м для суглинка с показателем текучести IL=075 интерполируя находим сопротивление грунта под нижним концом сваи:
Рис. 27. Схема к определению длины сваи
Толщу грунта пронизываемого сваей разбиваем на слои толщиной м средняя глубина которых z i (см. рис. 27):
Fd = 8875· 016 + 16· ( 12· 468 + 15· 5345 + 1625· 9 + 1625· 9 + 1· 9)
L = 005 + 09 + 705 = 8 м
Рис. 28. Схема к определению длины сваи
Согласно серии 1.011.1-10 «Сваи забивные железобетонные» принимаем С80.40-5 длиной 8 м с размером поперечного сечения 04х04 м и длиной острия 035 м. Площадь поперечного сечения сваи А=04·04 = 016 м2 периметр сваи и = 04·4 = 16 м.
По табл. 24 [9] при глубине погружения сваи 1015 м для глины с показателем текучести IL=035 интерполируя находим сопротивление грунта под нижним концом сваи:
Толщу грунта пронизываемого сваей разбиваем на слои толщиной м средняя глубина которых z i (см. рис. 28)
Находим расчетные сопротивления слоев грунтов на боковой поверхности сваи:
Fd = 2965· 016 + 16· ( 12· 468 + 15· 5345 + 1625· 9 + 1625· 9 + 11· 9 + 09· 39775)
Полученный результат округляется таким образом чтобы шаг свай был кратен 5 см т.е. с = 11 м. В зависимости от величины с определяется число рядов свай.
Получаем двухрядное шахматное расположение свай в плане когда
n 2;15d с 3dd – поперечный размер ствола сваи; d = 04 м.
d – поперечный размер ствола сваи; d = 04 м;
со – свес ростверка. Для кратности ширины ростверка примем со = 011м.
bр = 048× (2 – 1) + 04 + 2× 011 = 11 м. (см.рис 29):
= 3× 6792 = 20376 кН (см. стр. 34);
кНм; кНм (см. стр. 2021).
Условие не выполняется значит необходимо выбрать другой тип свай имеющих более высокую несущую способность или увеличить число свай в фундаменте.
Примем n = 1 тогда расстояние между осями свай будет:
Двухрядное шахматное расположение свай в плане т.к.
Расстояние между двумя рядами свай сp определим по формуле (44):
Находим ширину ростверка:
м – число рядов свай; м = 2;
со – свес ростверка. Для кратности ширины ростверка примем со = 012м.
bр = 066× (2 – 1) + 04 + 2× 012 = 13 м. (см.рис 30):
Определяем нагрузку Nф приходящуюся на каждую сваю:
= 3× 6792 = 20376 кН (см. выше)
Условие выполняется т.е. расчет закончен окончательно принимаем С80.40-5.
6. Расчет свайных фундаментов по 2 группе предельных
состояний (по деформациям)
Расчет свай и свайных фундаментов по деформациям следует производить исходя из условия:
Расчет фундамента из висячих свай и его основания по деформациям производят как для условного массивного фундамента на естественном основании в соответствии с требованиями СНиП [10]. Условный фундамент рассматривается как единый массив ограниченный снизу плоскостью проходящей через нижние концы свай сверху – поверхностью планировки грунта с боков вертикальными плоскостями отстоящими от наружных граней крайних рядов вертикальных свай на расстоянии а равном:
Где – осредненное расчетное значение угла внутреннего трения грунта определяемое по формуле:
где – расчетное значение углов внутреннего трения для отдельных пройденных сваями слоев грунта толщиной h i .
Размеры подошвы условного свайного фундамента находятcя по формулам:
ширина bу = сb (mb - 1) + d + 2а;(50)
где сb и с1 – расстояния между осями свай соответственно по ширине и длине свайного фундамента м;
mb и m1 – количество рядов свай по ширине и длине условного фундамента;
d – диаметр или сторона поперечного сечения сваи м.
Для ленточного свайного фундамента
Расчетная нагрузка передаваемая условным свайным фундаментом на грунт основания принимается равномерно распределенной.
При этом требуется выполнение основного требования расчета оснований по деформациям: среднее давление под подошвой условного фундамента pII не должно превышать расчетного сопротивления R грунта основания:
Среднее давление под подошвой условного свайного фундамента определяется по формуле:
nII - расчетная нагрузка по второй группе предельных состояний кН определяемая по формуле:
где NoII – расчетная нагрузка от веса сооружения на уровне обреза фундамента кН;
NCII NpII NблII NгрII – нагрузка от веса соответственно свай ростверка фундаментных блоков и грунта в объеме условного свайного фундамента кН.
Расчетное сопротивление грунта основания R определяется как и при расчете фундаментов мелкого заложения по формуле (8) но ширина и глубина заложения принимаются для условного свайного фундамента:
Далее определяется осадка S условного свайного фундамента методом послойного суммирования изложенного в расчете фундаментов мелкого заложения (см. п. 3.5).Сечение 2 – 2
По формуле (49) определяем осредненное расчетное значение угла внутреннего трения грунта :
По формуле (48) расстояние а:
Из формулы (50) находим ширину подошвы условного свайного фундамента:
bу = 09×(2-1) + 03 + 2×0687 = 2574 м (см. рис. 31);
Длина подошвы условного ленточного свайного фундамента
Определяем расчетные нагрузки на основание:
Где – коэффициент надежности по нагрузке= 11;
– вес одной сваи =115 кН;
– количество свай = 22;
кНм3;(см. стр. 20 21);
По формуле (53) находим общую расчетную нагрузку:
Площадь подошвы условного фундамента равна:
По формуле (52) определяем среднее давление под подошвой условного фундамента:
Расчетное сопротивление грунта основания R определяется по формуле (8):
Определяем коэффициенты для суглинка (см. стр. 13):
По таблице 4 СНиП [5] интерполяцией находим:
Mg = 047Mq = 289 Mс = 548;
Осредненное расчетное значение удельного веса грунтов залегающих ниже подошвы условного фундамента определяем по формуле:
Для грунтов обратной засыпки получим:
При отсутствии подвала db = 0;
сII = 25 кПа (см. стр.13).
Подставляя в формулу (8) найденные коэффициенты находим R:
Условие выполняется следовательно переходим к расчету по деформациям.
Определяем ординаты эпюры вертикальных напряжений от действия собственного веса грунта zq и вспомогательной эпюры 02×zq (см. рис. 31):
zq2 = zqw + 26 × γSb1 = 16 + 26 ×1064 = 43664 кПа
zq3 = zq2 + 15× γSb2 = 43664 + 15×971 = 58229 кПа
zq0 = zq3 + 15× γSb3 = 58229 + 15 ×1104 = 74789 кПа
zq4 = zq0 + 285× γSb3= 58229 + 285×1104 = 106253 кПа
zq5 = zq полн + 535× γ4 = 190753 + 535 ×200 = 297753 кПа
здесь bу – ширина подошвы фундамента.
pо – дополнительное вертикальное давление на основание определяемое как разность между средним давлением под подошвой условного фундамента pII и напряжением от собственного веса грунта на уровне подошвы условного фундамента zqo.
рo = 259791 – 74789 = 185002 кПа;
Значения напряжений zp откладывают вправо от оси фундамента. Результаты вычислений проводятся в таблице (см. стр. 89).
где bу – ширина подошвы условного фундамента bу = 2574м.
Нижнюю границу сжимаемой толщи находим по точке пересечения вспомогательной эпюры и эпюры дополнительного напряжения так как для вычисления осадок необходимо выполнение условия zр 02×zp. Из рис.31 видно что эта точка соответствует мощности сжимаемой толщи Hс = 586 м.
Глина тугопластичная
Найдем по формуле 33 значения осадок сжимаемой толщи пренебрегая различием значений модуля общей деформации грунта на границах слоев приняв во внимание что данное предположение незначительно скажется на окончательном результате:
bу = 066×(2-1) + 04 + 2×085 = 276 м (см. рис. 32);
– вес одной сваи =325 кН;
– количество свай = 1;
= 3 ×6792 = 20376кН (см. стр. 80);
Определяем коэффициенты для глины (см. стр. 13):
Mg = 039Mq = 257 Mс = 515;
d1 определяется по формуле:
сII = 50 кПа (см. стр.13).
Определяем ординаты эпюры вертикальных напряжений от действия собственного веса грунта zq и вспомогательной эпюры 02×zq (см. рис. 32):
zq4 = zq3 + 435× γSb3= 58229 + 435×1104 = 106253 кПа
zq0 = zq полн + 125× γ4 = 190753 + 125 ×20 = 215753 кПа
zq5 = zq0 + 41× γ4 = 215753 + 41 ×200 = 297753 кПа
рo = 336511 – 215753 = 120758 кПа;
Значения напряжений zp откладывают вправо от оси фундамента. Результаты вычислений проводятся в таблице (см. стр. 96).
где bу – ширина подошвы условного фундамента bу = 276м.
Нижнюю границу сжимаемой толщи находим по точке пересечения вспомогательной эпюры и эпюры дополнительного напряжения так как для вычисления осадок необходимо выполнение условия zр 02×zp. Из рис.32 видно что эта точка соответствует мощности сжимаемой толщи Hс = 337м.
Гидроизоляция подвальных помещений
защита фундаментов от агрессивных грунтовых вод
При строительстве зданий и сооружений имеющих подвалы или технические подполья возникает опасность проникновения влаги в подвальные помещения а иногда и угроза их затопления. Для предотвращения этого устраивают гидроизоляцию помещений конструкцию которой назначают в зависимости от уровня подземных вод глубины подвальной части сооружений и грунтовых условий строительной площадки и др.
Для защиты фундамента от поверхностных вод вдоль наружных стен здания проектом предусмотрена асфальтобетонная отмостка шириной 800 мм.
Для исключения проникновения сырости в помещения первого этажа в подвальной и безподвальной частях зданий устраивают по выровненной поверхности всех стен на высоте 150–200 мм от верха отмостки рулонную гидроизоляцию на битумной мастике (см. рис. 33).
Рис. 33. Отмостка и изоляция стен от сырости.
В данном проекте в подвальной части здания уровень грунтовых вод находится выше пола подвала на 14 м (т.е. > 05 м) поэтому давление воды удерживается специальной конструкцией – железобетонными плитами заделанными в стены здания.
Водонепроницаемый ковер ниже расчетного уровня грунтовых вод должен быть непрерывным по всей заглубленной поверхности и устраиваться на высоту превышающую на 05 м максимальную отметку уровня грунтовых вод.
Грунтовые воды являются слабыми растворами химических веществ. Некоторые из них при определенной концентрации образуют агрессивную по отношению к бетону среду. Под воздействием агрессивных грунтовых вод бетон фундамента разрушается арматура оголяется и коррозирует. В проекте применяется защита в виде глиняного замка из хорошо перемятой и плотно утрамбованной глины по всей высоте защитной стенки и с боков фундамента. До устройства глиняного замка поверхность защитной стенки и фундаментов покрывают за два раза битумной мастикой.
Снизу фундамента выполняют подготовку под него из втрамбованного в грунт пропитанного битумом слоя щебня который сверху за 2 – 3 раза покрывают битумной мастикой или мастикой из полимерных смол (см. рис. 34).
Рис. 34. Изоляция фундаментов от агрессивных подземных вод.
Библиографический список
Веселов В.А. Проектирование оснований и фундаментов. Учебное пособие для вузов – М: Стройиздат 1990 – 304с.
ГОСТ 25100-95. Грунты. Классификация. – М.: Изд-во стандартов 1995.
ГОСТ 13579-78*. Блоки бетонные под стены подвала. Технические условия. М. 1978.
ГОСТ 13580-85. Плиты железобетонные ленточных фундаментов. Технические условия. М 1985.
СНиП 2.02.01-83*. Основания зданий и сооружений. М. 1995.
СНиП 2.02.03-85. Свайные основания. М. 1986.
СНиП 23.01-99. Строительная климатология. М. 1999.
Основания фундаменты и подземные сооружения: Справочник проектировщика Горбунов-Посадов М.И Ильичев В.А. Кругов В.И. и др. - М.: Стройиздат 1985.
Методические указания и задания к курсовому проекту ”Проектирование оснований и фундаментов зданий и сооружений”ИГАСА; Сост.: В.Н. Мазаник. –Иваново 2005. – 96с.

Копия КУРСОВОЙ1.dwg

ИГАСУ ИСФ ПГС-43 03067 КП
Нормативные значения нагрузок на уровне обреза фундамента
План строительной площадки М1:500
Геологический разрез по линии скважин 1-2 Масштабы: горизонтальный 1:500
Наименование и № выработки
Суглинок мягкопластичный
Глина тугопластичная
Песок средней крупности
Условные обозначения
Буровая скважина: а) глубина подошвы слоя; б) абсолютная отметка подошвы слоя; в) абсолютная отметка уровня подземных вод; г) глубина забоя; д) абсолютная отметка забоя.
М1:50 Устройство ленточных фундаментов в здании с подвалом
М1:50 Устройство ленточных фундаментов в здании без подвала
М1:50 Устройство отдельных фундаментов под колонны
План фундаментов мелкого заложения
Глубина подошвы ИГЭ от поверхности земли
Суглинок мягкопла- стичный
Глина тугопла- cтичная
Схема к расчету осадки фундамента Сечение 2-2 Масштабы: вертикальный 1:100 горизонтальный 1см =100 кПа
Схема к расчету осадки фундамента Сечение 5-5 Масштабы: вертикальный 1:100 горизонтальный 1см =100 кПа
Ф1.1.1.1. Серия 1.412.1-б
Спецификация железобетонных элементов
Примечания: 1. Монолитные участки выполняются бетоном класса В15 в соответствии с ГОСТ 26633-91*. 2. Гидроизоляция фундаментов описана в расчетно-пояснительной записке на стр. 98. 3. Отмостку выполнить из асфальтобетона на отметке -0
Кирпичная стена 2. Фундаментные блоки 3. Фундаментные подушки 4. Защитная стенка 5. Глиняный замок
КП ОиФ 055023-270102-04162-2008
геологический разрез
план фундаментов мелкого заложения
Административно-бытовой корпус
Общественное здание в г. Братск
План свайных фундаментов
Схема к расчету осадки свайного фундамента
сечение 2-2 Масштабы: вертикальный 1:100 горизонтальный 1см =100 кПа
сечение 5-5 Масштабы: вертикальный 1:100 горизонтальный 1см =100 кПа
М1:50 Устройство свайных фундаментов в здании с подвалом
М1:50 Устройство свайных фундаментов в здании без подвала
М1:50 Устройство отдельных свайных фундаментов под колонны
Щебеночная подготовка
Фрагмент развертки фундамента