Проектирование фундаментов и расчет оснований

грунты.DWG

Фрагмент схемы расположения фундаментов в осях "1-2"А-Б
Фрагмент схемы расположения
фундаментов в осях "7-9"Б
ростверков в осях "7-9"Б
Инженерно-геологический разрез
Инженерно-геологический разрез
Спецификация отметок свай
Спецификация к схеме расположения ростверков
Ростверк монолитный
Спецификация к схеме расположения свай
Схема сопряжения свай с ростверком
- растительный грунт;
Условные обзначения:
Иженерно-геологический разрез
Фундаменты Фм 1 и Флм 1.
Фундаменты на естественном
Строительный факультет
плотный (γII=21.3 кНм3; II=31°;Е=15.0 МПа);
насыщенный водой (γII=21.15 кНм3; II=26°; СII=13.0 кПа;Е=12.0 МПа);
плотный (γII=20.9 кНм3; II=29°;Е=12.0 МПа);
За относительную отметку ±0.000 принят уровень чистого пола первого этажа
что соответствует абсолютной отметке 223.50 2. Под фундаментами выполнить подготовку из бетона кл. С810 толщиной 100 мм
выступающую за грани во все стороны на 100 мм. 3. Бетонная подготовка условно не показана. 4. Риски разбивочных осей нанести несмываемой краской. 5. Материал фундамента - бетон класса С1620.
что соответствует абсолютной отметке 223.50 2. Под ростверками выполнить подготовку из бетона кл. С810 толщиной 100 мм
выступающую за грани во все стороны на 100 мм. 3. Сваи и бетонная подготовка условно не показана. 4. Риски разбивочных осей нанести несмываемой краской. 5. Материал ростверка - бетон класса С1620.
Схема расположения ростверков
Фундаменты глубокого
насыщенный водой (γII=14(8) кНм3; II=10°;J=0.6);
насыщенный водой (γII=17(11) кНм3; II=25°;J=0.4; СII=20.0 кПа;Е=8.0 МПа);
- рыхлый насыпной грунт из мелкого песка (γII=13.0 кНм3; II=12°);
- глина (γII=21 кНм3; II=20°;J=0.2; СII=100 кПа;Е=20.0 МПа);
Ростверк монолитный Рсм-1

Грунты.doc

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра: «Геотехника и экология в строительстве»
по дисциплине: «Механика грунтов оснований и фундаментов»
на тему:«Проектирование фундаментов и расчет оснований»
Фундаменты мелкого заложения на естественном основании.
1Анализ физико-механических свойств грунта пятна застройки.
2Выбор глубины заложения подошвы фундаментов.
3Определение размеров ленточного фундамента.
4Вычисление вероятной осадки ленточного фундамента.
5Определение размеров столбчатого фундамента.
6Вычисление вероятной осадки столбчатого фундамента
1Расчет и конструирование свайных фундаментов.
2Определение отказа свай.
3Расчет свайного фундамента по деформациям.
Реконструкция фундаментов
Фундаменты мелкого заложения на естественном сновании
1Анализ физико-механические свойств грунтов пятна застройки
Прочное устойчивое и экономичное основание можно выбрать на основе изучения инженерно-геологических и гидрогеологических условий строительной площадки. В связи с этим в табл. 1 грунтовые условия из трех пластов представлены для данной строительной площадки.
Мощность пласта по скважинам м
Плотность частиц грунта ρs тм
Пределы пластичности
Угол внутреннего трения α
Удельное сцеп-ление С кПа
Вид песчаного грунта
Горизонт подземных вод от поверхности земли м
Для каждого из пластов которые были вскрыты тремя скважинами должны быть определены их расчетные характеристики. В соответствии с ГОСТ 25100–82 определяется по числу пластичности вид глинистого грунта (табл. 2)
Таблица 2 Наименование грунтов по содержанию глинистых частиц и по числу пластичности
Содержание глинистых частиц (диаметром меньше 0.005 мм) % по весу
I. Мелкий песчаный грунт
II. =23-16=7 % супесь
III. Пылеватый песчаный грунт
Затем по данным лабораторных испытаний грунтов необходимо подсчитать следующие грунтовые характеристики необходимые для расчета оснований:
Плотность сухого грунта
Пористость и коэффициент пористости грунта
Показатель текучести для глинистых грунтов
гдеr – плотность грунта тм3;
rS – плотность частиц грунта тм3;
rw – плотность воды принимаемая равной 10 тм3;
W – природная весовая влажность грунта %;
WL – влажность грунта на границе текучести %;
WP – влажность грунта на границе пластичности (раскатывания) %;
Песчаные грунты подразделяются по степени влажности Sr на:
маловлажные если степень влажности Sr 0.5;
маловлажные если 0.5
насыщенные водой если Sr>0.8
По плотности сложения песчаные грунты разделяются на плотные средней плотности и рыхлые в зависимости от величины коэффициента пористости е (табл. 3)
Плотность сложения песков
Пески гравелистые крупные и средней крупности
Данные о свойствах грунтов представим в таблице
Таблица 4 Данные свойств грунтов
Значения показателей для слоев
Плотность грунта ρ тм
Природная весовая влажность W грунта %
Степень влажности Sr
Число пластичности JP
Показатель текучести JL
Коэффициент пористости е
Угол внутреннего трения j°
Удельное сцепление c кПа
Наименование грунта и его физическое состояние
Мелкий песок насыщенный водой плотный
Супесь твёрдая насыщенная водой
Пылеватый песок насыщенный водой плотный
Определив вид грунта и зная толщину слоя строим инженерно- геологический разрез строительной площадки.
2Выбор глубины заложения фундаментов
Минимальную глубину заложения подошвы фундамента предварительно назначают по конструктивным соображениям.
По заданию (сечение 4-4) ленточный фундамент проектируется под наружную стену подвала. Подошва фундаментов заглубляется ниже пола подвала не менее чем на 0.4 м. При этом верх подушки фундамента должен быть расположен ниже уровня чистого пола подвала. Поэтому исходя из приведённых выше требований и предполагая:
- что отметка уровня планировки совпадает с отметкой чистого пола первого этажа
- что высоты фундаментной подушки 450 мм будет достаточно для обеспечения её прочности на продавливание и изгибающий момент (50 мм от верха подушки до уровня чистого пола подвала)
то минимальная глубина заложения подошвы фундамента от поверхности планировки должна составлять 3.5 метра. (высота подвала 3м).
Для столбчатого фундамента в сечении (2-2) глубина заложения фундаментов для наружных стен отапливаемых сооружений принимается не менее расчетной глубины промерзания df определяемой по формуле:
где dfn — нормативная глубина промерзания устанавливаемая по схематической карте равная 0.9 метра
kh— коэффициент влияния теплового режима здания на промерзание грунта у наружных стен который равен 0.6
Минимальная глубина заложения фундаментов принимается не менее 0.5 м от поверхности планировки.
Тогда df=0.60.9=054 м.
По конструктивным соображениям для монолитного фундамента под сборную колонну отметка низа столбчатого фундамента равна -1500.
3Определение размеров ленточного фундамента
Под монолитную стену в уровне подвала проектируем ленточный фундамент.
При расчете оснований по деформациям необходимо чтобы среднее давление Р под подошвой центрально нагруженного фундамента не превышало расчетного сопротивления грунта R: Р R . Для внецентренно нагруженного фундамента предварительно проверяются три условия:
Расчетное сопротивление грунта основания R в кПа определяется по формуле:
γc1 γc2 — коэффициенты условий работы принимаемые по табл. В.1 СНБ 5.01.01-99 равные соответственно 1.3 и 1
k— коэффициент надежности принимаемый равным 1 если прочностные характеристики грунта j и с определены непосредственными испытаниями (для нашего случая).
Мg Мq Мс — коэффициенты зависящие от расчетного угла внутреннего трения несущего слоя грунта равные соответственно 124; 595; 824
b— ширина подошвы фундамента (для прямоугольной подошвы фундамента — ее меньшая сторона) предварительно 06 м;
kz— коэффициент принимаемый равным : при b10 м kz=1
g’11=g==20.89 кНм3— осредненное расчетное значение удельного веса грунтов залегающих выше подошвы фундамента;
— то же для грунтов залегающих ниже подошвы фундамента(с учетом взвешивающего действия воды) кНм3
=-удельный вес грунта во взвешенном состоянии;
e - коэффициент пористости грунта;
- удельный вес воды;
с11— расчетное значение удельного сцепления грунта залегающего непосредственно под подошвой фундамента кПа равное с11=13;
d1— глубина заложения фундамента бесподвальных сооружений или приведенная глубина заложения наружных или внутренних фундаментов от пола подвала определяемая по формуле:
hs =04 - толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала м
hcf = 0.1 - толщина конструкции пола подвала м
=22— расчетное значение удельного веса конструкции пола
db= 3 м — глубина подвала;
Определим момент действующий на уровне обреза фундамента:
Давление под подошвой фундамента определяется из следующих зависимостей:
для центрально нагруженного фундамента:
для внецентренно нагруженного фундамента:
N011 =270 кН — расчетная нагрузка на уровне обреза фундамента ;
М011 =79.2 кН*м — расчетный изгибающий момент;
gm— осредненный удельный вес материала фундамента и грунта над его уступами принимаемый равным 20 22 кНм3;
d— глубина заложения фундамента (для подвальных помещений — глубина заложения от пола подвала) м;
А— площадь подошвы фундамента м;
W— момент сопротивления площади подошвы фундамента в направлении действия момента м3.
Выполнения условий PR и Pmах 1.2R можно достигнуть путем нескольких попыток : назначая соотношение сторон подошвы фундамента или решая систему уравнений относительно величины b . Более удобным является определение размеров подошвы фундамента графическим способом.
В случае внецентренно нагруженного фундамента строятся графики зависимостей Рmах=f(b) иR=f(m). Полученные значения ширины фундамента b будут удовлетворять условию Рmах =12R . Кроме того для внецентренно нагруженного фундамента необходима проверка следующих условий: РR и Pmin >0. Определим ширину фундамента b.
Вычислим Р R при b=1.2 м
4Вычисление вероятной осадки ленточного фундамента
Расчет осадки фундамента производится по формуле:
где S— конечная осадка отдельного фундамента определяемая расчетом;
Su— предельная величина деформации основания фундамента зданий и сооружений принимаемая по СНБ 5.01.01-99.
Основным методом определения полной (конечной) осадки фундаментов является метод послойного суммирования. Расчет начинается с построения эпюр природного (бытового) и дополнительного давлений. На геологический разрез наносятся контуры сечения фундамента затем от оси фундамента влево откладываются ординаты эпюр :
природнго давления в zg (кПа) определяется по формуле:
Величина природного давления определяется на границе каждого слоя грунта. Если в пределах выделенной толщи залегает горизонт подземных вод то удельный вес грунта определяется с учетом гидростатического взвешивания
Вычисляем ординаты эпюры природного давления:
Ординаты вспомогательной эпюры=0.2- необходимые для определения глубины расположения нижней границы сжимаемой толщи грунта (НГСТ).
Определяем дополнительное (осадочное) давление на грунт р подразумевая что осадка грунта произойдет только от действия дополнительного давления:
Р=Р-=3341-75.08=25902 кПа
P=Р= 463.2 кПа- полное давление по подошве фундамента от нормативных нагрузок
Дополнительное вертикальное напряжение для любого слоя расположенного на глубине z от подошвы фундамента определяется по формуле:
где a— коэффициент принимаемый по табл. СНБ 5.01.01-99 (прил.16) в зависимости от коэффициента относительной глубины слоя под центром подошвы равным x=2zb формы подошвы фундамента соотношения сторон прямоугольного фундамента h=lb. Где l и b — соответственно длина и ширина фундамента.
Расчет осадки отдельного фундамента на основании в виде упругого линейно деформируемого полупространства с условным ограничением величины сжимаемой зоны производится по формуле:
где S— конечная осадка отдельного фундамента см;
n— число слоев на которые разделена по глубине сжимаемая зона основания;
b— безразмерный коэффициент равный 08;
— среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i-ом слое грунта равное полусумме напряжений на верхней и нижней границах слоя кПа.
Модуль деформации Ei определяется по результатам компрессионных испытаний грунтов из выражения.
Расчет осадки фундамента удобно выполнять в табличной форме:
Осадка фундамента S равна 3396 мм нормативное значение Su=80 мм.
5. Определение размеров столбчатого фундамента
Определим ширину фундамента мелкого заложения второго сечения.
N011 =1400 кН — расчетная нагрузка на уровне обреза фундамента;
М011 =250 кН*м — расчетный изгибающий момент;
g’11=20 кНм3— удельный вес грунта обратной засыпки;
db=0 м — глубина подвала принимаемая от уровня планировки до пола подвала(при В20м и при глубине подвала больше 2 м);
задаемся размерами фундамента 18х18 м
R = (gc1 gc2k ) (Mg kz b gII+Mq kz d1 g'II+(Mq-1) db g'II+Mc cII) =
=(13 · 111) · (124 · 1 · 17 · 213+595 · 1 · 19 · 213+(595-1) · 0 · 213+824 · 13) = 56172кПа .
Максимальное давление под подошвой фундамента:
pmax = NA+gmt d+MyW+q = 1010323+20 · 19+250102+0 = 59498 кПа
Минимальное давление под подошвой фундамента:
pmin = NA+gmt d-MyW+q = 1010595323+20 · 19-250102+0 = 10614 кПа
pmax=594988 кПа r 12 R=12 · 5612 =67344 кПа условие выполняется.
P= (Pmax+Pmin)2= (594.98+106.14)2=350.56 кПаR=561.2 кПа – условие выполняется.
6. Вычисление вероятной осадки столбчатого фундамента
Осадка вычисляется также как и для ленточного фундамента
szg 0 = g'II dn=213 · 19 = 4047 кПа .
szg 1 = g'II dn+Sg1h1 = 213 · 19+2343 = 639 кПа
szg 2 = g'II dn+Sg2h2 = 213 · 19+13093 = 1714 кПа
szg 3 = g'II dn+Sg3h4 = 213 · 19+33993 = 3804 кПа
szp 0 = p =3873408 кПа .
Осадка фундамента S равна 4649 мм нормативное значение Su=80 мм.
Расчет и конструирование свайных фундаментов
1. Свайные фундаменты .
Основные положения по расчету и проектированию свайных фундаментов.
Свайные фундаменты рассчитываются в соответствии с требованиями СНБ 5.01.01-99 по двум предельным состояниям:
- по предельному состоянию первой группы ( по несущей способности): по прочности – сваи и ростверки по устойчивости – основания свайных фундаментов;
- по предельному состоянию второй группы ( по деформациям ) – основания свайных фундаментов.
Глубина заложения подошвы свайного ростверка назначается в зависимости от:
-наличия подвалов и подземных коммуникаций;
-геологических и гидрогеологических условий площадки строительства ( виды грунтов их состояние положение подземных вод и т. д. );
-возможности пучения грунтов при промерзании.
Рыхлый насыпной грунт из мелкого песка с органическими примесями
Ил коричневый водонасыщенный
Jl=0.6 g=14(8) кНм3 j=10°
Супесь пылеватая Jl=0.4 g=17(11) кНм3Е=8000 кПа j=25° С=20 кПа
Глина Jl=0.2 g=21 кНм3
Е=20000 кПа j=20° С=100 кПа
Расчет и конструирование свайных фундаментов.
Прежде всего необходимо выбрать тип сваи назначить ее длину и размеры поперечного сечения. Длину сваи назначают такой чтобы ее острие было заглубленно в плотный слой грунта не менее чем на 1 м. Принимаем забивные железобетонные сваи квадратного сечения размером 300х300 мм.
Несущая способность Fd ( в кН ) сваи трения по грунту определяется как сумма сопротивления грунта основания под нижним концом сваи и по её боковой поверхности:
Fd=gc×( gcr×R×A+U×gcf×fi×li )
Где gc –коэффициент условий работы сваи в грунте.
gcr и gcf - коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и по боковой поверхности сваи ( методические указания ); для свай погруженных забивкой молотами gcr =1.0 и gcf =1.0;
А – площадь опирания на грунт сваи в м2 принимаемый по площади поперечного сечения сваи 03х03=009 м2;
R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи кПа;
U – периметр поперечного сечения сваи м 03х4=12 м;
Полная длина сваи : l=l1+l2+l3.
l1-глубина заделки сваи в ростверк ( =005 м)
l2-расстояние от подошвы плиты до кровли несущего слоя ( =85 м)
l3-заглубление в несущий слой ( =13м)
l=005+85+13=985 м . Принимаем lcв=10 м .
li – толщина i-го слоя грунта м.
Fd=1×( 1×5100×009+12×(17*2+21*2+49*2+50*1+79*15))=870 кН. Расчетная нагрузка Р допускаемая на сваю определяются из зависимости:
где gк – коэффициент надежности зависящий от способа определения несущей способности сваи принимаемый равным 14.
Определим количество свай в кусте.
N=1400 кН nсв=NP=1400621.4=23 принимаем ростверк на 3-х сваях
Расчет основания свайного фундамента по деформациям
При расчете осадки свайный фундамент рассматривается как условный массивный фундамент в состав которого входят ростверк сваи и грунт.
Длина условного фундамента определяется
L=m+2*h*tg(jср 4) где
jср =(j1×h1+ j2×h2+j3×h3 +j4×h4)( l1 + l2 +l3 +l4)
jср =(12*2+10*4+25*3+12*20)(2+4+3+12)=1805
m – расстояние между внешними плоскостями свай м;
Вусл=1.3+2*10*tg(18054)=315 метра.
Далее расчёт осадки условного фундамента выполняется как для фундамента на естественном основании.
Давление Р в кПа по подошве условного фундамента определяется с учетом веса условного массива:
Где A – площадь подошвы условного фундамента м2;
Nd1 – суммарный вес условного массива и нагрузок приложенных на уровне обреза ростверка кН.
Здесь N0 – нагрузка приложенная на уровне обреза ростверка;
G1 = 11*15*15*22=5445 кН.
G2 = 03*03*10*22=198 кН.
G3 – вес грунта в объеме выделенного условного массива.
G3 = 15*15*(21*15+11*3+8*4+9*2)=113612 кН
Nd1=1400+5445+198+113612=26104 кН.
R=1.2*1.1*×[0.51*1*15*18+306*(1.1+10)*11.5+5.66*100]=12809 кПа
P=3285 кПа R=12809 кПа
Условие выполняется.
Вычисление вероятной осадки свайного фундамента
Расчет осадки фундамента производится по формуле:
Где S – конечная осадка отдельного фундамента определяемая расчетом;
Su – предельная величина деформации основания фундамента зданий и сооружений принимаемая по нормам.
Определим осадку методом послойного суммирования. Расчет начинается с построения эпюр природного и дополнительного давлений.
Ординаты эпюры природного давления грунта:
P0 = 3285-120.5=2080 кПа.
Расчет осадки свайного фундамента и распределение напряжений в грунте приведем в таблице.
Реконструкция фундаментов мелкого и глубокого заложений.
Основными причинами усиления фундаментов являются:
ослабление тела фундамента при выветривании и разрушении кладки или связующего;
разрушение кладки при динамических воздействиях;
недостаточная прочность фундаментов с малым их армированием при работе на изгиб продавливание или раскалывание в связи с увеличением нагрузок;
недостаточное расчетное сопротивление грунта под подошвой фундамента из-за уменьшения глубины его заложения или ухудшения свойств грунта;
увеличение нагрузок на фундаменты;
перераспределение силовых воздействий на фундамент и изменение давлений под краями его подошвы;
выполнение горнопроходческих работ вблизи или под существующими фундаментами;
недостаточная прочность ростверков по головам свай;
низкая несущая способность свай и других типов фундаментов по грунту при их заглублении в малопрочные грунтовые напластования;
уменьшение сопротивления грунта на боковой поверхности свай и других фундаментов за счет отрицательного трения или его срыва в силу возникновения контактной фильтрации а также при динамических воздействиях;
разрушение готовых свай при забивке вибропогружении или срубке а устраиваемых на месте (набивных буроинъекционных и др.) за счет дефектов при нарушениях технологии изготовления;
потеря устойчивости основания при ухудшении свойств грунтов или за счет чрезмерных поперечных усилий особенно под влиянием фильтрационных сил.
Техническое состояние фундаментов до их усиления следует оценивать по проценту их износа:
хорошее износ до 20 %;
удовлетворительное износ от 21 до 40 %;
плохое износ от 41 до 60 %.
К наиболее распространенным методам усиления существующих фундаментов и вариантам их осуществления относятся:
а) Укрепление тела фундамента за счет устройства железобетонных обойм упрочнения кладки путем оштукатуривания или создания защитного цементно-каменного кожуха по боковым поверхностям и под подошвой фундамента за счет контактной фильтрации при закачке раствора через наклонные скважины либо заделки трещин и незаполненных связующим швов при закачке цементного раствора через погружаемые в швы трубки. Данный метод применяется при плохом состоянии кладки как правило независимо от свойств грунта основания.
б) Увеличение размеров фундаментов мелкого заложения и подводка под них новых конструктивных элементов:
с увеличением опорной площади фундаментов без изменения глубины заложения путем устройства по периметру их подошв приливов-башмаков из бетона и монолитного или сборного железобетона;
с увеличением глубины заложения.
Увеличение размеров фундаментов мелкого заложения по методам должно производиться при увеличении нагрузок на них и как правило в грунтах не допускающих устройство свай или иных фундаментных конструкций глубокого заложения.
существующий фундамент 2 колонна; 3 уплотненный щебнем грунт;
шпунт; 5 опалубка; 6 щиты; 7 подпорка; 8 усиление фундамента;
арматура усиления; 10 насечка; 11 обжимные балки; 12 стяжные болты;
сварное соединение арматуры существующей и усиления;
коротыши 12 АI в просверленных отверстиях с шагом 400 мм
Примеры усиления столбчатых фундаментов
На колонну увеличилась нагрузка (было N=1010 кН стало 1400 кН) требуется усиление фундамента.
Принимаем усиление согласно схеме г) П11-01 к СНБ5.01.01-99 рис 8.6
Рассчитаем новую подошву фундамента:
Старые размеры фундамента 18х18 м
При N=1400 R = 56172кПа назначаем размеры 21х 21м.
pmax = NA+gmt d+MyW+q = 1400441+20 · 19+250102+0 = 60056 кПа
pmin = NA+gmt d-MyW+q = 1400441+20 · 19-250102+0 = 1104 кПа
pmax=60056 кПа r 12 R=12 · 5612 =67344 кПа условие выполняется.
P= (Pmax+Pmin)2= (60056+1104)2=35548 кПаR=561.2 кПа – условие выполняется.
Следовательно назначаем новые размеры фундамента 21х21м
Долматов Б. И. Механика грунтов основания и фундаменты. — М.: Стройиздат 1981.
Соболевский Ю.А. Механика грунтов. — Мн.: Выш. школа 1986.
Цитович Н.А. Механика грунтов (краткий курс). — М.:Высш. школа 1979.
Цитович Н.А. Березанцев В.Г. Долматов Б.И. Основания и фундаменты. — М.: Высш. школа 1970.
Берлинов М.В. Основания и фундаменты. — М.: Высш. школа 1988.
СНБ 5.01.01-99. Основания и фундаменты зданий и сооружений.
СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты.
СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия.
П11-01 к СНБ 5.01.01-99. Геотехнические реконструкции оснований и фундаментов зданий и сооружений.