Курсовой по механике грунтов

грунты.dwg

Инженерно-геологический разрез
Расстояние между скважинами
Проектирование фундаментов под химический корпус
Уровень грунтовых вод
Водонасыщенный грунт
Условные обозначения:
Схема к расчету осадки свайного фундамента
Конструкция сваи С 19-40
Армирование сваи С 19-40
План свайного фундамента
низ на отметке -1.650
Подстилающий слой бетона С810-100
Инженерно-геологический разрез(М1:100: 1:200); конструкция сваи С 19-40(М1:20); армирование сваи С 19-40(М1:10); разрез 1-1(М1:20); план площадки(М1:500); план свайного фундамента(М1:200); схема расчета осадки свайного фундамента(М1:100)
Проектирование фундаментов под здание гаража
Инженерно-геологический разрез(М1:100: 1:200); конструкция фундамента(М1:25); армирование фундамента(М1:25); разрез 1-1(М1:20); план площадки(М1:400); план фундамента(М1:200); схема расчета осадки фундамента стаканного типа(М1:100)
Инженерно-геологический разрез
Схема к расчёту осадки фундамента под калонну
Песок средней крупности
Ф-1 низ на отметке -1.350
ФМ-2 низ на отметке-1.250
ФМ-2 низ на отметке-3.500
Асфальтобетон ГОСТ(2128-84) 40 мм Щебень 80 мм Утрамбованный грунт
Асфальтобетон 30мм Щебеночная подсыпка 50 мм Песчаная подсыпка 100 мм
Армированный бетон С1215 150мм Щебень 80мм Утрамбованный грунт
Кирпичная перегородка 120мм
Конструкция фундамента

записка грунты.docx

В данном курсовом проекте нужно рассчитать и запроектировать фундаменты под здание гаража в г. Быхове.
Проектирование конструкций сооружения и их оснований осуществляется по предельным состояниям которые подразделяются на две группы. Первая группа – по несущей способности – потеря устойчивости или формы возможные виды разрушений ползучесть или текучесть материала чрезмерное раскрытие трещин и др. Вторая группа – по непригодности к нормальной эксплуатации.
Предельные состояния оснований существенно отличаются от предельных состояний строительных конструкций в том числе и самого фундамента т.к. у них различные условия работы а именно: материалы в строительных конструкциях и грунтов в основаниях; физико-механические свойства; критерии оценки прочности и деформативности оснований и возводимых на них фундаментов и надземных конструкций.
Проектирование оснований и фундаментов состоит из обоснованного соответствующим расчетом выбора типа основания (естественного и искусственного) фундамента (конструкции типа материала и размеров мелкого или глубокого заложения) мероприятий по уменьшению влияния деформаций здания или сооружения на эксплуатационную пригодность.
Данное здание представляет собой гараж наружные стены которой выполнены кирпичными толщиной 510 мм внутренние – кирпичные 380мм. Под зданием между осями Ж-И предусмотрен подвал глубиной 3м. Здание имеет следующие размеры в осях: длина – 420 м; ширина – 360 м.
Под наружные стены предусматривается сборный ленточный фундамент. Колонны для данного здания запроектированы сборными железобетонными сечением 300х400 мм 300х300мм под них запроектированы фундаменты стаканного типа.
Инженерно—геологические условия площадки определялись по трем пробуренным скважинам одна - в центре плана здания и две - на расстоянии 5м от крайних осей здания по продольной стороне.
Оценка инженерно-геологических условий строительной площадки
Инженерно-геологические условия строительной площадки представляются по данным буровых скважин.
Оценку инженерно-геологических условий строительной площадки начинают с построения инженерно-геологического разреза. По данным колонок скважин (скважин должно быть минимум три) строится инженерно-геологический разрез (см. графическую часть) в масштабах: вертикальном - 1:100 горизонтальном -1:200. При построении геологического разреза указывается граница каждого слоя грунта проставляются отметки каждого слоя наносятся отметки уровня грунтовых вод по каждой из скважин. Чтобы наглядно представить особенности каждого слоя грунта справа от геологического разреза строится эпюра табличных значений Ro по вертикали.
В данном курсовом проекте исходя из предварительного изучения данных на проектирование скважины прошли 5 слоев грунта. Отметки устьев скважин мощность каждого из слоев отметки уровня грунтовых вод по каждой скважине приведены в задании на проектирование.
Анализ грунтовых условий строительной площадки
1 Определение наименования грунтов.
Толщина растительного слоя - 03 м.
Таблица 1 – Исходные данные
Номер варианта грунта
Физико-механическая характеристика
Определим основные показатели:
- число пластичности:
где WL и Wp – влажность на границе текучести и границе раскатывания соответственно.
Показатель текучести:
Так как IP = 17≥ 17 а IL = -0329 0 то данный грунт – глина твёрдая .
Плотность грунта ρd в сухом состоянии определяется по формуле (2.3):
Определим коэффициент пористости по формуле (2.4):
Определим степень влажности по формуле (2.5):
Т.к. 05Sr = 067 08 то грунт является влажным.
Прочностные и деформотивные характеристики для глины твёрдой при е = 0597; R0 = 503кПа; сn =7489кПа; φn = 2053º; Еn =2612 МПа.
Таблица 2 – Исходные данные
IP = 342 – 191 = 151 %
Т.к. 7 IP = 15117 а IL = 1.119 >1 то данный грунт – суглинок текучий.
Т.к. Sr =085 >08 то грунт является насыщенным водой.
Прочностные и деформотивные характеристики для суглинка текучего при е = 114; R0 = 150кПа; сn =12кПа; φn = 12º; Еn =5 МПа.
Таблица 3 – Исходные данные
Гранулометрический состав - содержание частиц грунта в % крупностью мм
Частиц > 2 мм 4% 25%.
Частиц > 05мм 25%+4%=29 50%.
Частиц > 025мм 29%+289%=579% > 50%.
Так как частиц крупнее 025 мм – 579% что больше 50% следовательно песок средней крупности.
Устанавливаем плотность сложения по коэффициенту пористости определяется по формуле (2.4):
Таким образом при е = 0535 055 имеем песок средней крупности плотный.
Определим степень влажности по формуле (2.5):
Так как при > 08 – пески насыщенные водой.
Прочностные и деформативные характеристики для песка гравелистого средней плотности насыщенного водой при е = 0535; R0 = 500 кПа; сn = 215 кПа; φn = 383; Еn = 365 МПа.
Таблица 4 – Исходные данные
Т.к. 7 IP = 1317 а 025 IL = 0254055 то данный грунт – суглинок тугопластичный.
Т.к. Sr =0934 >08 то грунт является насыщенным водой.
Прочностные и деформотивные характеристики для суглинка тугопластичного при е = 0729; R0 = 31495кПа; сn =2405кПа; φn = 2121º; Еn =1505 МПа.
Таблица 5 – Сводная таблица физико-механических свойств грунтов
Физическая характеристика грунта
Прочностная и деформационная характеристики
Песок средней крупности плотный
Характер напластований и сведения о физико-механических свойствах грунтов позволяют выделить в пределах исследованной толщи пяти инженерно-геологических элементов:
Горизонт 1 – растительный слой;
Горизонт 2 – глина твёрдая влажная с коэффициентом пористости е = 0597 может служить естественным основанием;
Горизонт 3 – суглинок текучий с коэффициентом пористости е = 1143 не может служить естественным основанием;
Горизонт 4 – песок средней крупности плотный с коэффициентом пористости е = 0535 может служить естественным основанием;
Горизонт 5 – суглинок тугопластичный с коэффициентом пористости е = 0729 может служить естественным основанием.
Вывод: Исходя из оценки инженерно-геологических условий строительной площадки и анализа физических характеристик грунтов можно сделать вывод что верхний слой – глина твёрдая влажная может служить основанием.
Расчет и конструирование фундаментов по выбранным вариантам
При выборе типа фундамента необходимо рассмотреть два-три конкурентоспособных варианта которые зависят от инженерно-геологических условий площадки и величины нагрузки на фундамент. Возможны следующие основные варианты:
-фундаменты мелкого заложения;
-свайные фундаменты.
1 Расчёт фундаментов мелкого заложения
1.1 Определение глубины заложения фундаментов
) по назначению и конструктивным особенностям - здание не имеет подвала.
При применении железобетонных колонн верхний обрез фундамента проектируем на 150 мм ниже отметки чистого пола. Планировочная отметка DL = (629+ 625 + 620) 3 = 625 м(-015) тогда получаем отметку чистого пола 6265 м.
Глубину заделки сборных колонн сплошного сечения Нз принимают равной:
Нз=(115)·hk = (115)·03 = 03 045 м
где hk – больший размер колонны.
Толщина дна стакана не менее 200 мм примем
hf = 03+045 = 075 м.
) по существующему и проектируемому рельефу - рельеф спокойный - ограничений нет;
) по глубине заложения фундаментов существующих сооружений - ограничений нет;
) по нагрузкам – на основания и фундаменты - ограничений нет;
) по инженерно-геологическим и гидрологическим условиям площади строительства - несущий слой – глина твёрдая влажный с коэффициентом пористости е = 0597 может служить естественным основанием;
) по глубине сезонного промерзания грунтов - нормативная глубина промерзания для г. Быхов глины dfn =105 м.
Вычисляем расчетную глубину промерзания:
df = kh · dfn = 06 · 105 = 063 м
где kh - коэффициент учитывающий влияние теплового режима здания на глубину промерзания грунта у фундаментов наружных стен.
Следовательно в любом случае подошва фундамента будет ниже глубины промерзания.
Минимальная глубина заполнения фундамента по конструктивным соображениям используя унифицированный подколонник размером 09×09 м глубиной 09 м 045 м и плитную часть толщиной 03 м.
d = 09 + 045 = 135 м.
Примем типовой монолитный фундамент под колонну 03×03 м высотой h=135 м.
Рисунок 1 – К определению глубины заложения в сечении 5-5
1.2 Определение размеров подошвы фундамента
Исходные данные: схема 9 сечение 5-5.
Расчетное значение нагрузок по двум группам предельных состояний(нагрузки даны на уровне обреза фундамента).
По 1-ой группе: FV01= 6123 кH М01 = 586 кНм Fh01= 165 кН
По 2-ой группе: FV011= 5566 кH М011= 533 кНм Fh011= 15 кН
Определим площадь подошвы фундамента в плане:
Уточняем расчетное сопротивление грунта при b1 =108 м по формуле для здания без подвала:
где gС1 и gС2 – коэффициенты условий работы учитывающие особенности работы разных грунтов в основании фундаментов: gС1 = 125; gС2 = 1 при LН = 4286 = 488;
k – коэффициент принимаемый: k = 11 – т.к. прочностные характеристики грунта приняты по нормативным таблицам;
kZ – коэффициент принимаемый kZ = 1 при b10 м; b – ширина подошвы фундамента м;
gII и g'II - усредненные расчетные значения удельного веса грунтов залегающих соответственно ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды) и выше подошвы кНм3; g'II = gII = 169 кНм3;
СII – расчетное значение удельного сцепления грунта залегающего непосредственно под подошвой фундамента кПа; СII =7489 кПа;
Мg Мq Мс – безразмерные коэффициенты; при φn=20530 Mg = 05365; Мq = 31554; Мс = 57554;
d1 – глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала; d1=135 м.
Уточняем А2 при R1 = 58273 кПа:
Уточняем расчетное сопротивление грунта при b =15 м:
Найдем экцентриситет при b = 15 м:
Так как м >м то размеры подошвы фундамента определяем как для внецентренно загруженного прямоугольного фундамента.
Принимаем размеры фундамента в плане b x l = 15 х 21 м.
Для внецентренно сжатых фундаментов:
Рm ≤ R; Pma Pmin > 0 (4.4)
Фактическое давление под подошвой фундамента:
Определим вес фундамента:
Вес грунта обратной засыпки:
Так как Рm=23135≤ R=58706; Pma Pmin=13767>0 – условия необходимые для расчета по деформациям выполняются.
Следовательно размеры подошвы фундамента подобраны правильно.
Рисунок 2 – К определению размеров фундамента
2 Проверка подстилающего слоя
Наличие в пределах сжимаемой толщи слоя грунта менее прочного чем грунт под подошвой фундамента требует проверки условия:
где Zp и Zq - вертикальные нормальные напряжения в грунте на глубине z
от подошвы фундамента соответственно дополнительные от нагрузки на фундамент и от собственного веса грунта кПа;
Rz – расчетное сопротивление грунта на кровле слабого слоя для условного фундамента шириной bz.
Проверяем прочность подстилающего слоя грунта – суглинка мягкопластичного расположенного под подошвой фундамента на глубине z = 205 м.
Напряжение на уровне подошвы фундамента от собственного веса грунта:
zq0 = γ1 · h1 =169· 135=22815 кПа;
На глубине z = 205 м:
zq1 = zq0 + γ2 · h2 =22815+169· 205=5746 кПа.
Дополнительное давление под подошвой фундамента:
P0 = Рm - zq0 =23135-22815=208535 кПа.
Дополнительное вертикальное напряжение действующее на кровлю слабого грунта от нагрузки на фундамент на глубине z =205м определим по формуле:
Для определения найдем и тогда = 02714 откуда
Zp = 02714 208535 = 566 кПа.
Определяем расчетное сопротивление Rz суглинка текучего на глубине 205 м от подошвы фундамента по формуле 4.2.
Для этого по значению φn = 120 находим M = 023 Mq = 194 Mc = 442 CII = 12 кПа C1=11 и C2=1 кНм3.
Находим ширину квадратного фундамента:
Условие выполняется:
Zp + Zq = 566 + 5746 = 11406 кПа RZ = 1203 кПа
следовательно размеры фундамента подобраны удовлетворительно.
Рисунок 3 – К расчету подстилающего слоя
3 Расчет оснований по деформациям
Задача расчета по деформациям состоит в том чтобы не допустить такие деформации основания при которых нарушается нормальная эксплуатация надземных конструкций. Основное условие расчета определяется выражением:
где S – совместная деформация основания и сооружения определяемая расчетом;
Su – предельное допустимое значение деформации основания.
Если условие (4.13) не удовлетворяется то возможно применение следующих мероприятий: изменение размеров фундамента переход к другому типу фундаментов улучшение деформативно-прочностных показателей грунта основания изменение верхнего строения.
Осадка основания S с использованием расчетной схемы в виде линейно-деформируемого полупространства определяется методом послойного суммирования по формуле (4.14):
где = 08 – безразмерный коэффициент корректирующий упрощенную схему расчета;
- среднее дополнительное напряжение в i-ом слое грунта равное полусумме дополнительных напряжений на верхней и нижней границах i-го слоя кПа:
Размеры фундамента в плане: b × l = 15 × 21 м среднее давление под подошвой условного свайного фундамента - Рm = 23135 кПа.
Построим эпюру распределения вертикальных напряжений от собственного веса грунта в пределах глубины 6 · b = 6 · 15 = 9 м ниже подошвы фундамента.
Нижняя граница сжимаемой толщи основания принимается на глубине Z = Hc от подошвы фундамента где выполняется условие:
szp = 02 · szq (4.16)
Вертикальные природные напряжения szq на некоторой глубине Z от поверхности грунта определяют по формуле:
n – число слоев грунта в пределах глубины Z.
Удельный вес грунтов залегающих ниже уровня подземных вод но выше водоупора должен приниматься с учетом взвешивающего действия воды т.е:
gw = 10 кНм3 – удельный вес воды.
- по подошве фундамента:
zq0 = γ1 · h1 = 16.9 · 135 = 22815 кПа 02·zq0 = 02·22815 = 4563 кПа.
- на подошве первого слоя:
zq1 = zq0 + γ1 · h2 = 22815 + 169 · 205 =5746 кПа
·zq1 = 02·5746 = 11492 кПа.
- по подошве суглинка текучего без учета взвешивающего действия воды:
zq2 = zq1 + γ2 · h3 = 5746 +172 · 09 = 7294 кПа
·zq2 = 02 · 7294 = 14588 кПа.
- по подошве суглинка текучего с учетом взвешивающего действия воды:
zq3 = zq2 + · h4 = 7294 + · 1025 = 15473 кПа
·zq3 = 02·15473 = 3095 кПа
- по подошве песка средней крупности с учетом взвешивающего действия воды:
zq4 = zq3+· h5 =15473 + · 107 = 16603 кПа
·zq4 = 02 · 16603 = 3326 кПа
- по подошве суглинка тугопластичного с учетом взвешивающего действия воды:
zq5= zq4 +· h6 = 16603 + · 372 = 20266кПа
·zq5 = 02 · 20266 = 4053 кПа
Определяем дополнительное давление на основание под подошвой фундамента:
P0 = Рm - zq0 = 23135 – 22815 = 208535 кПа. (4.19)
Толщу грунта ниже подошвы фундамента разбиваем на слои:
Полученные значения ординат напряжений отложим на геологическом разрезе (см. графическую часть) и построим эпюры от собственного веса грунта и вспомогательную.
Дополнительные вертикальные напряжения от внешней нагрузки определяют по формуле:
где Р0 = Рm - szg0 – дополнительное вертикальное давление на основание;
Рср – среднее давление под подошвой фундамента;
szg0 – вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента;
a - коэффициент учитывающий уменьшение дополнительных напряжений по глубине.
Вычисления произведем в табличной форме. Нижнюю границу сжимаемой толщи находим по точке пересечения вспомогательной эпюры и эпюры дополнительных вертикальных напряжений. Эта точка соответствует мощности сжимаемой толщи Нc = 42 м.
Осадку вычисляем с помощью послойного суммирования. Суммарная осадка не должна превышать предельно допустимых деформаций основания которые составляют для данного вида сооружения 8 см.
Кроме того глубина сжимаемой толщи не должна превышать значения равного 6 · b = 6 · 15 = 90 м. Это условие выполняется:
Нс = 42 м ≤ 6·b = 90 м.
Таблица 6 – К расчету осадки фундамента мелкого заложения
Толщина пласта грунта м
Суммируем осадку в пределах сжимаемой толщи Hс = 42 м:
Si= 000325 + 000204 + 000125 + 000043 + 000359 + 00015 + 000216 + 000162 + 000127 = 00171 м. = 171см.
Si = Si = 171 cм SU = 8 cм.
Следовательно основное условие расчета по 2-ой группе предельных состояний удовлетворяется.
Расчет свайного фундамента
Расчет свайных фундаментов и их оснований производится по двум группам предельных состояний. По первой группе определяют несущую способность сваи по грунту прочность материалов свай и ростверков. По второй группе предельных состояний рассчитываются осадки оснований фундаментов.
1 Предварительное определение размера сваи
Второй слой мощностью 34 м – глина твёрдая влажная с коэффициентом пористости е = 0575 имеет удовлетворительные деформационно-прочностные показатели может служить естественным основанием а также опорным пластом для опирания свай но не хватает для заглубления сваи конструктивно следовтельно не подходит.
Третий слой мощностью 1115 м – суглинок текучий с коэффициентом пористости е = 1143 имеет неудовлетворительные деформационно-прочностные показатели не может служить естественным основанием а также опорным пластом для опирания свай: γ = 172 тм3; γs = 271 тм3; W = 36 %; Ip = 151 %; IL = 1119; Еn = 5 МПа; Сn = 12 кПа; φn =12; Ro =150 кПа.
Четвертый слой мощностью 107 м – песок средней крупности плотный насыщенный водой с коэффициентом пористости е = 0535 имеет удовлетворительные деформационно-прочностные показатели может служить естественным основанием а также опорным пластом для опирания свай: γ = 208 тм3; γs = 266 тм3; W = 20 %; Еn = 365 кПа; Сn = 215 кПа; φn = 383º.
Пятый слой мощностью 372 м – суглинок тугопластичный с коэффициентом пористости е = 0729 имеет удовлетворительные деформационно-прочностные показатели может служить естественным основанием а также опорным пластом для опирания свай: γ = 195 тм3; γs = 269 тм3; W = 253 %; Ip = 13 %; IL = 0254; Еn = 1505 кПа; Сn = 2405 кПа;φn = 2121º; Ro = 31495 кПа.
Высота ростверка должна быть не менее hо + 025 = 03 + 025 = 055 м
где hо – рабочая толщина ростверка не менее 03 м.
Примем hо = 06 м и hст = 09 м тогда высота ростверка составит:
hр = 06 + 09 = 15 м > 055м.
Глубина заложения ростверка от отметки чистого пола составит:
Глубина заложения ростверка от планировочной отметки составит:
Полная длина сваи определяется как сумма:
lн.с. - заглубление в несущий слой.
Принимаем l = 14 м сваю марки С14-40 G = 562 т. Сечение сваи принимаем 400х400 мм. Класс бетона С18225.
Рисунок 4 – К определению длины сваи.
2 Определение несущей способности сваи
Рисунок 5 – К определению несущей способности сваи.
Используя схему разбивки слоев грунта hi приведенную на рисунке 5 определим несущую способность висячих свай погружённых забивкой молотами в третий слой в соответствии с формулой (5.2):
где с – коэффициент условия работы сваи в грунте принимаемый с = 1;
сR сf - коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи учитывающие влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления грунта принимаемые сR = 1 сf =1;
А – площадь опирания на грунт сваи принимаемая по площади поперечного сечения сваи брутто А = 0404 = 016 м2;
R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи кН.
Rfi – расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи кПа.
hi – толщина итого слоя грунта соприкасающегося с боковой поверхностью сваи м.
Расчет будем вести в соответствии с уточненной схемой на рисунке 5.
При z0 = 14975 м под нижним концом сваи для песка средней крупности плотного R = 539833 кПа.
Определим расчетное сопротивление грунта на боковой поверхности сваи:
– глина твёрдая IL= - 0.329:
) при z1 = 245 м Rf1 = 5725 кПа h1 = 19 м Rf1 · 115 = 6584 кПа;
– суглинок текучий IL= 1119:
) при z2 = 44 м Rf2 = 67кПа h2 = 2 м;
) при z3 = 64 м Rf3 = 77кПа h2 = 2 м;
) при z4 = 84 м Rf4 = 8кПа h2 = 2 м;
) при z5 = 104 м Rf5 = 8кПа h2 = 2 м;
) при z6 = 124 м Rf6 = 8кПа h2 = 2 м;
) при z7 = 13975 м Rf7 = 8кПа h2 = 2 м;
– песок средней крупности плотный:
) при z8 = 14975 м Rf8 = 113967кПа h2 = 085 м; Rf8 · 13= 148157кПа
Несущая способность сваи будет равна:
Расчетная нагрузка допускаемая на сваю:
3 Определение количества свай и размещение их в ростверке
Нагрузки по обрезу ростверка FV01= 6123 кH; М01 = 586 кНм;
Необходимое количество свай в грунте определяется по формуле:
Примем количество свай n = 1 шт.
Высота ростверка 06 м.
Расстояние от края ростверка до внешней стороны вертикально нагруженной сваи при жесткой заделке ее в ростверк принимается на 20 см больше размеров куста свай по наружному контуру размеры ростверка в плане принимаются кратными 30 см: - ширина ростверка 04 + 2 · 02 = 08 м.
- длина ростверка 04+2 · 02 = 08 м.
Принимаем следующие размеры ростверка с учетом принятого стакана под колонну размером 09×09 м: 12 × 12 м.
Рисунок 6 – Конструирование ростверка.
Нагрузку приходящуюся на каждую сваю во внецентренно нагруженном фундаменте определяем по формуле:
NI = NOI + Gр + Gгр. (5.6)
Vр =12 · 12 · 06 + 09 · 09 · 09 = 0864 + 0729 = 1593 м3
Gр = Vp ·γб = 1593 · 24 = 38232 кН.
Вес грунта на уступах:
Условие выполняется свайный фундамент запроектирован рационально.
4 Проверка прочности основания куста свай
Удовлетворение условия (5.7) для каждой сваи в отдельности не означает что основание свай будет работать надежно. С цель проверки прочности основания свайный фундамент рассматривают как условный массивный фундамент (схема условного фундамента для свайного фундамента под колонну рисунок 7).
Для внецентренно-загруженного фундамента:
Pminmax= 12Rусл (5.9)
где NOI I Gр Gгр – соответственно нагрузка по обрезу фундамента NOI I вес ростверка Gр и грунта на его уступах Gгр в пределах условного фундамента кН;
aусл bусл – соответственно длина и ширина подошвы условного фундамента м;
ayсл=a1+2htg( IImt 4) (5.10)
byсл=b1+2htg(IImt 4) (5.11)
где IImt – осредненное расчетное значение угла внутренного трения грунта определенное по формуле (5.12):
hi - глубина погружения сваи в грунт считаем от подошвы ростверка
М – расчетный момент действующий в уровне нижних концов свай т.е. по подошве условного свайного фундамента и равен М = М0II + F0IIh dусл кН·м;
W – момент сопротивления подошвы условного свайного фундамента м3;
Rусл – расчетное сопротивление грунта в плоскости подошвы условного фундамента кПа.
Если условие (5.9) не выполняется то необходимо либо увеличить количество свай либо изменить расстояние между сваями либо изменить размеры свай или же увеличить глубину погружения свай.
Определяем ширину условного фундамента:
ayсл = byсл =04 + 2 · 139 tg(15330 4) = 2262 м Принимаем byсл =23м
Рисунок 7 – К определению размеров условного фундамента.
Объем условного фундамента ABCD:
Площадь условного фундамента:
Объем ростверка и подколонника:
Объем грунта в пределах условного фундамента:
Вес грунта в объеме условного фундамента:
Gгр = II ·Vгр = 1064 7765= 8262кН. (5.16)
где II —средний удельный вес грунтов лежащих выше уровня подошвы:
Вес свай и ростверка:
Gсв = Vсв б = 2224 24 = 5338 кН (5.17)
Gр = Vр б = 1593 24 = 38232 кН. (5.18)
Вертикальная составляющая нормальных сил в уровне нижних концов свай:
N = FV0II + Gр + Gсв + Gгр = 5566 + 38232 + 5338 + 8262 = 147441 кН (5.19)
Момент в уровне нижних концов свай:
M = MOI I + F0IIh hp = 533 + 15 15 = 758 кНм. (5.20)
Рмах = 27872 + 26319 = 54191 кПа;
Pmin = 27872 – 26319 = 1553 кПа.
Расчетное давление на грунт основания условного свайного фундамента в уровне его подошвы при котором еще возможен расчет оснований по II группе предельных состояний:
Так как при LН = 4286=488 gС2 = 12; gС1 = 14; k = 11; kZ = 1; gII = 1081 кНм3; g'II = 1064 кНм3
При φ = 3830 Mg = 2161; Мq = 9641; Мс = 10935; Сn = 215 кПа.
Рср = 27872 кПа R = 253065 кПа;
Все условия соблюдаются.
Технико–экономическое сравнение вариантов фундаментов
В данном курсовом проекте рассматриваются два варианта фундаментов: фундамент мелкого заложения и свайный фундамент. В применении к заданным геологическим условиям в качестве проектного выбран фундамент мелкого заложения. Это связано с тем что проектирование свайного фундамента является экономически и технологически невыгодным. Причиной этому - наличие в верхней части слоя грунта – глины твёрдой влажной которая может служить надежным основанием для опирания на него фундаментов мелкого заложения а сваю нужно бить до 4 слоя грунта который находится на 15 м глубже проектной отметки. И так исходя из вышеизложенного наиболее приемлемыми являются два варианта фундаментов: мелкого заложения на естественном основании и свайного.
Однако при возведении свайного фундамента возникают некоторые трудности а именно - необходимо задействовать большее количество технических средств затраты связаны с большим объемом земляных работ и т.д. Поэтому затраты при возведении фундамента мелкого заложения значительно меньше чем при возведении свайных фундаментов в данных инженерно–геологических условиях.
Расчет фундамента по прочности материала
Необходимо рассчитать армирование фундамента стаканного типа под колонну для сечения 5-5.
Исходные данные: бетон С2025 fck = 20 MПа fctd = fctk 15=1MПа арматура класса S500 fyd = 435 MПа γс=15 γf = 15 с = 80 мм.
Расчетные нагрузки на обрез фундамента:
Мsd = М01 = 586 кН м
Поскольку фундамент не имеет поперечной арматуры высота нижней ступени должна быть проверена на прочность по наклонному сечению по условию восприятия поперечной силы бетоном:
Vsd1 = P (af - a1 – 2 linc) 05 bf ≤ Vcdmin = 06 fctd α bf d1 (7.1)
af = 15 м – ширина ступени.
Р = Nsd A = 6123 315 = 19438 кНм2
Vsd1 = 24436 (21 – 09 – 2 0365) 05 15 = 8614кН Vcd = 06 1 106
Условие прочности выполняется.
Определяем сечение арматуры плитной части фундамента. Расчетная схема фундамента представляет собой консольный свес работающий на изгиб на который действует давление грунта. Сечение рассматриваем на грани колонны и на гранях ступени.
Усилие определяем в каждом сечении:
MI-I = ( P ( af - aco
MII-II = ( P ( af - a1 )2 bf ) 8. (7.2)
MI-I = ( 22213 ( 21 – 04 )2 15 ) 8 = 12037 кНм;
MII-II = (24436 ( 21 - 09 )2 15 ) 8 = 6598 кНм;
Определяем площадь сечения арматуры по максимальному моменту:
As = Msd 09 d1 fyd (7.3)
AsI-I = 12037 09 1265 435 = 2448 10-4 м2 = 24479 мм2
AsII-II = 6598 09 365 435 = 4617 10-4 м2 = 46173 мм2
Принимаем требуемое количество рабочих стержней:
– в продольном направлении: 10 S500 c с шагом 200 мм;
– в поперечном направлении: 10 S500 c с шагом 200 мм;
Поперечную арматуру в подколоннике назначаем конструктивно.
Рисунок 8 – К расчету фундамента под колонну
Технология производства работ по устройству фундаментов
Перед устройством фундаментов необходимо выполнить ряд работ по разработке грунта. В самом начале производится очистка строительной площадки от мусора деревьев различного рода корчей пней и т.д. Следующим этапом идет срезка растительного слоя который может вывозиться или оставаться в отвалах для благоустройства и в дальнейшем использоваться для благоустройства территории. Следующим этапом является планировка площадки до проектной отметки в данном случае DL=625 м затем идет разработка грунта экскаваторами до проектной отметки.
При устройстве фундаментов мелкого заложения разбивку мест установки элементов фундамента проводят до их монтажа путем натягивания проволоки между обносками по продольным и поперечным осям.
С помощью отвеса на дно котлована переносят точку пересечения проволоки оси и размещают положение трех узлов фундаментной плиты. Нивелиром проверяется отметка основания дна котлована под фундамент горизонтальность основания в различных направлениях выверяют рейкой и уровнем.
С помощью теодолита определяется правильность установки плитной части фундамента по осевым рискам или отвесом подвешенным к проволочным осям.
Монтаж отдельных сборных фундаментов разделяется на:
- устройство основания;
- подачу сборных элементов в котлован с их установкой в проектное положение;
- заделкой стыков и швов.
Сборные элементы монтируются краном с установкой его внутри контура котлована что обуславливает максимальное приближение крана к монтируемому фундаменту.
Особое внимание обращается на сохранность естественной структуры грунтов основания. Не допускается движение монтажных средств по подготовленной поверхности основания фундаментов.
Список использованной литературы
Бартоломой А.А. Механика грунтов: Учебник
Берлинов М.В. Основания и фундаменты: Учебник
Механика грунтов основания и фундаменты: учебное пособие С.Б. Ухов; под редакцией С.Б. Ухова – 2-е изд. стер. – М.
Механика грунтов основания и фундаменты: учебное пособие С.Б. Ухов; под редакцией С.Б. Ухова – 3-е изд. стер. – М.
СНБ 5.01.01-99 Основания и фундаменты зданий и сооружений.
СНиП 2.01.07-85 Нагрузка и воздействия.
СниП 2.02.01-83 Основания зданий и сооружений – М.: Стройиздат 1985. – 41 с.
СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты.- М.: Стройиздат 1990. – 51 с.
СТБ 943-94 Грунты. Классификация.