Проектирование оснований и фундаментов проектного института в г. Челябинск (ПГС)

ОиФ Лена 1.dwg

Геологолитологический разрез по линии скважин 1-2 Масштабы: горизонтальный 1:500
Наименование и № выработки
Абсолютные от- метки устья
площадки и фундаментов мелкого
10-ИГАСУ-ИСФ-270102-07107-ОиФ-КП1
Проектирование оснований и фундаментов зданий и сооружений
Кафедра ГИСиИ ПГС-44
План типового этажа М 1:200
План строительной площадки М 1:200
План фундаментов мелкого заложения М 1:00
Привязка стен М 1:00
Условные обозначения
Суглинок тугопластичный
Суглинок мягкопластичный
Нормативные значения нагрузок
на уровне обреза фундамента
Глубина подошвы ИГЭ от поверхности земли
Удельный вес грунта
План ростверков свайных фундаментов М 1:00
Спецификация железобетонных элементов
м выше отметки спланированной поверхности земли. Отметка пола подвала -2
Схема к расчету осадки фундамента
методом послойного суммирования.
Масштабы: горизонтальный в 1см 100 кПа
Нагрузка от одного этажа
Нагрузка от всех этажей
План свайного фундамента
Примечание: все неподписанные на чертеже фундаментные стеновые блоки ФБС 21.5.6-Т
фундаменлтные подушки ФЛ 14.24.
Разрез 6-6 ФЛ 16.24 М 1:50
Разрез 4-4 ФЛ 14.24 М 1:50
Разрез 5-5 Ф3.1.1.1. М 1:50

сеч+земля 4-4 п 3,5.dwg

Глубина подошвы ИГЭ от поверхности земли
Удельный вес грунта
Суглинок тугопластичный
Суглинок мягкопластичный

сеч+земля 6-6 п 3,5.dwg

Глубина подошвы ИГЭ от поверхности земли
Удельный вес грунта
Суглинок тугопластичный
Суглинок мягкопластичный

сеч 6-6 п 3,4.dwg

КС 6-1.dwg

План типового этажа.dwg

сеч+земля 4-4.dwg

Сечение 6-6.dwg

сеч+земля 6-6.dwg

Свая сеч 4-4.dwg

сеч 4-4 п 3,4.dwg

сеч+земля 5-5.dwg

Свая сеч 5-5 Прав.dwg

Свая сеч 5-5 неправ.dwg

Разрез.dwg

КС 2-1.dwg

осадка 4-4.dwg

Глубина подошвы ИГЭ от поверхности земли
Удельный вес грунта
Суглинок тугопластичный
Суглинок мягкопластичный

осадка 5-5.dwg

Глубина подошвы ИГЭ от поверхности земли
Удельный вес грунта
Суглинок тугопластичный
Суглинок мягкопластичный

Стена.dwg

Свая сеч 6-6.dwg

геолог разрез.dwg

Геологолитологический разрез по линии скважин 1-2 Масштабы: горизонтальный 1:500
Наименование и № выработки
Абсолютные от- метки устья

Лена ОиФ.docx

1. Цель и задачи курсового проектирования3
ОЦЕНКА ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ПЛОЩАДКИ СТРОИТЕЛЬСТВА6
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТОВ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ ПО 2 ГРУППЕ ПРЕДЕЛЬНЫХ СОСТОЯНИЙ11
1.Выбор глубины заложения фундаментов11
2. Определение размеров подошвы центрально нагруженных фундаментов15
3.Расчет внецентренно нагруженных фундаментов при наличии подвала.25
4.Проверка прочности подстилающего cлоя33
5. Расчет осадки основания методом послойного суммирования41
РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ48
1. Основные положения расчета48
2. Выбор глубины заложения и размеров ростверка49
3. Выбор типа размеров и способа погружения свай50
4. Расчет несущей способности забивных висячих свай по грунту при действии вертикальной нагрузки51
5.Определение числа свай в фундаменте и конструирование ростверка52
6. Расчет свайных фундаментов по 2-ой группе предельных состояний (по деформациям)54
ГИДРОИЗОЛЯЦИЯ ПОДВАЛЬНЫХ ПОМЕЩЕНИЙ. ЗАЩИТА ФУНДАМЕНТОВ ОТ АГРЕССИВНЫХ ГРУНТОВЫХ ВОД75
Список используемой литературы69
Цель и задачи курсового проектирования
Целью курсового проектирования является:
- закрепление теоретических и практических знаний получаемых 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 различных конструкций под здания различного назначения с учетом специфических особенностей инженерно-геологических условий площадки строительства;
- приобретение навыков самостоятельной работы с нормативной и другой литературой по строительному проектированию.
Таблица 1. Данные о строительной площадке
Глубина отбора образца м
Мощность элемента по скважинам м
Содержание частиц % размером мм
План строительной площадки
Конструктивные особенности сооружения
Несущие конструкции: наружные продольные кирпичные стены толщфиной 510 мм; внутренний каркас из сборных железобетонных колонн сечением 400х400 мм с продольным расположением ригелей.
Здание в осях 5–8 имеет подвал. Отметка чистого пола первого этажа 0000 на 08 м выше отметки спланированной поверхности земли. Отметка пола подвала -2400 м.
Климатические характеристики района строительства: (г. Челябинск)
средняя температура наружного воздуха за зиму:
Нагрузка от одного этажа
Нагрузка от всех этажей
ОЦЕНКА ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ПЛОЩАДКИ СТРОИТЕЛЬСТВА
В задании грунтовые условия площадки строительства представлены двумя выработками: скважинами №1 и №2. Рельеф местности места расположения выработок и отметки их устьев показаны на плане площадки.
На основании исходных физических свойств представленных в таблице 1 выполняем строительную классификацию грунтов.
Образец грунта № I отобран из скважины № 1 с глубины 13 м. Возраст грунта аQIII. Мощность элемента по скважинам: 1скв. – 24 м; 2скв. – 37 м. УГВ 38 м.
Класс – природно-дисперсные грунты
Группа – грунты связные
Подгруппа – осадочные грунты
Тип – полиминеральные грунты
Вид – глинистые грунты
1. По числу пластичности:
где WL – влажность на границе текучести;
WP – влажность на границе раскатывания.
Вывод: грунт - суглинок так как 7IP=12≤17%.
2. По показателю текучести:
IL = (W – Wр) Iр = (23 – 18)12= 042
Вывод: суглинки тугопластичные так как 025IL=042050.
Коэффициент пористости:
где - плотность частиц грунта гсм3 (тм3);
- плотность грунта гсм3 (тм3);
W – природная влажность грунта в долях единицы.
Механические свойства по СНиП 2.02.01-83*:
Расчетное сопротивление R0=216 кПа;
Сцепление Сn=24 кПа;
Угол внутреннего трения =21.40;
Модуль деформации Е=17 МПа.
Образец грунта № II отобран из скважины № 2 с глубины 5.8 м. Возраст грунта аQIII. Мощность элемента по скважинам: 1скв. – 4.8 м; 2скв. –4.9 м; УГВ 3.8 м.
Группа – грунты несвязные
1.По гранулометрическому составу:
Песок пылеватый так как масса частиц грунта менее 01 мм 75%.
2. По коэффициенту пористости:
Вывод: песок средней плотности так как 060≤ е=065≤080.
3. По коэффициенту водонасыщения Sr:
Вывод: пески насыщенные водой так как 08Sr=098≤10
Расчетное сопротивление R0=100 кПа;
Угол внутреннего трения =300;
Модуль деформации Е=18 МПа.
Образец грунта № III отобран из скважины № 2 с глубины 98 м. Возраст грунта аQII. Мощность элемента по скважинам: 1скв. – 28 м; 2скв. – 38 м; УГВ 38 м.
1.. По числу пластичности:
Вывод: грунт - суглинок так как 7IP=10≤17%.
2.. По показателю текучести:
IL = (W – Wр) Iр = (26 – 20)10= 06
Вывод: суглинки мягкопластичные так как 050IL=06075.
.Механические свойства по СНиП 2.02.01-83*:
Расчетное сопротивление R0=246 кПа;
Сцепление Сn=31 кПа;
Угол внутреннего трения =22.50;
Модуль деформации Е=145 МПа.
Образец грунта № IV отобран из скважины № 2 с глубины 121 м. Возраст грунта аQII. Мощность элемента по скважинам: 1скв. – 22 м; 2скв. – 12 м; УГВ 38 м.
Вывод: грунт - глина так как IP =17%.
IL = (W – Wр) Iр = (265 – 24)20= 0125
Вывод: глина полутвердая так как 0IL=0125025.
Расчетное сопротивление R0=353 кПа;
Сцепление Сn=56 кПа;
Угол внутреннего трения =1920;
Модуль деформации Е=22 МПа.
Полученные свойства грунтов заносим в сводную таблицу 2.
Таблица 2. Сводная таблица свойств грунтов
Коэффициент пористости е
Коэффициент водонасыщения Sr
Число пла-стичнос-ти IР %
Показа-тель теку-чести IL
Расчетное сопротивление R0 кПа
Удельное сцепление с кПа
Угол внутреннего трения
Модуль деформации Е МПа
Суглинок тугопластичный
Песок пылеватый средней плотности насыщенный водой
Суглинок мягкопластичный
Общая оценка площадки строительства:
В результате бурения скважин 1 и 2 были вскрыты 4 слоя грунта:
– первый слой представлен суглинком тугопластичным;
– второй слой представлен песком пылеватым средней плотности насыщенный водой;
– третий слой представлен суглинком мягкопластичным;
– четвертый слой представлен глиной полутвердой.
Каждый из слоев может служить естественным основанием.
Также в результате вскрытия скважин 1 и 2 было установлено что уровень грунтовых вод 38 м.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТОВ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ ПО 2 ГРУППЕ ПРЕДЕЛЬНЫХ СОСТОЯНИЙ
1 Выбор глубины заложения фундаментов
d - расстояние от спланированной поверхности до подошвы фундамента (глубина заложения);
Hф - высота фундамента;
b - ширина фундамента
Глубина заложения фундаментов назначается в результате совместного рассмотрения инженерно-геологических и гидрогеологических условий строительной площадки сезонного промерзания и пучинистости грунтов конструктивных и эксплуатационных особенностей зданий величины и характера нагрузки на основание.
Одним из основных факторов определяющих глубину заложения фундаментов является глубина сезонного промерзания грунтов. Различают нормативную и расчетную глубину сезонного промерзания грунтов.
Нормативная глубина сезонного промерзания грунтов dfn м определяем по формуле:
На основе теплотехнического расчета по формуле:
где do – величина принимаемая равной м для
суглинков и глин - 023;
супесей песков мелких и пылеватых - 028;
песков гравелистых крупных и средней крупности - 030;
Mt - безразмерный коэффициент численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму (ноябрь - март) в данном районе строительства принимаемые по табл. СНиП «Строительная климатология» [19] .
Мt=158+143+74+62+129=566
Расчетная глубина сезонного промерзания грунтов df м определяется по формуле:
где dfn - нормативная глубина промерзания м.
Кh - коэффициент учитывающий влияние теплового режима сооружения принимаемый для наружных фундаментов отапливаемых сооружений - по табл. 1 СНиП [10]
-для наружных фундаментов с подвалом Кh =05;
-для внутренних фундаментов (без подвала) Кh=05.
df = 05·173 = 0865 м.
Расчетную среднесуточную температуру воздуха в помещении примыкающем к наружным фундаментам принимаем 15оС для подвала и 20оС для бесподвальной части здания.
Так как грунты под подошвой фундамента суглинок тугопластичный (IL =042)
и df + 2 = 0865 + 2 = 2865 м dw = 38 м то глубина заложения наружных фундаментов должна быть не менее df .
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 [10];
б) для внутренних фундаментов - независимо от расчета глубины промерзания грунтов.
При выборе глубины заложения фундаментов согласно норм проектирования [13] рекомендуется:
-принимать минимальную глубину заложения фундамента не менее 05 м от уровня планировки;
-предусматривать заглубление фундамента в несущий слой грунта не менее 10-15 см;
-избегать наличия под подошвой фундамента слоя грунта малой толщины если его строительные 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 равной высоте стенового блока (0.3 06м). Уступы располагают на расстоянии не менее двойной высоты уступа.
Расчет глубины заложения фундамента
Грунты под подошвой фундамента – суглинки.
В данной части здание имеет подвал с одной стороны фундамент ленточный под наружную стену.
Исходя из конструктивных особенностей фундамента глубину заложения принимаем равной:
d =17+01+01+03 = 22 м
В данной части здание не имеет подвал фундамент стаканного типа под внутреннюю колонну.
Проведем расчет глубины заложения фундамента исходя из конструктивных соображений:
В данной части здание не имеет подвал фундамент ленточный под наружную стену.
2. Определение размеров подошвы центрально нагруженных фундаментов
Предварительную 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 кН;
NoII=(94+13)3=321 кН;
Ro– условное расчетное сопротивление несущего слоя грунта основания кПа;
d – глубина заложения фундамента = 165 м;
ср - среднее значение удельного веса материала фундамента и грунта на его уступах принимаемое равным 20 кНм3.
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 1.412-6 приведенную в таблице 10 [3]. Марка фундамента выбирается по требуемой площади подошвы.
Выбираем Ф1.1.1.1. (А = 1515 = 225м2)
Далее вычисляется расчетное сопротивление грунта основания под подошвой фундамента R кПа;
где с1 и с2 – коэффициенты условий работы принимаемые по таблице 3 СНиПа [10]
с1 = 12 (т.к. суглинок тугопластичная) и т.к. LH=397 находим с2 =1;
k - коэффициент принимаемый в курсовом проекте равным 11 т.к. прочностные характеристики грунта ( и с) приняты по таблицам СНиПа [10];
M Mq Mс - коэффициенты принимаемые по таблице 4 СНиПа [10] в зависимости от угла внутреннего трения () грунта; M=058 Mq=033 Mс=623;
kz - .коэффициент принимаемый равным: при b 10м - kz = 1;
b - ширина подошвы фундамента м;
II - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов залегающих ниже подошвы фундамента на всю глубину разведанной толщи грунтов (при наличии подземных вод определяются с учетом взвешивающего действия воды - sbкНм3 определяемого по формуле:
’II - то же для грунтов залегающих выше подошвы фундамента. Для грунтов обратной засыпки:
где ’II - осредненное значение удельного веса грунтов ненарушенного сложения залегающих выше подошвы фундамента;
Удельный вес грунта кНм3 определяется:
где p - плотность грунта тм3 (см. стр.11 – сводная таблица свойств грунтов)
g – ускорение свободного падения g = 10мс2.
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 s w – удельный вес частиц грунта и воды соответственно; w = 10 кНм3;
е– коэффициент пористости
s1 = gp = 10193 = 193 кНм3;
s2 = gp = 102 = 20 кНм3
s5 = 20010 = 200 кНм3
Определяем по формуле (9) II - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов залегающих ниже подошвы фундамента на всю глубину разведанной толщи грунтов:
Определяем ’II - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов залегающих выше подошвы фундамента:
Для грунтов обратной засыпки:
’II0 = 095’II = 095·193 = 18335 кНм3
сII – расчетное значение удельного сцепления грунта залегающего непосредственно под подошвой фундамента сII =24 кПа;
d1 - глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки d1=16 5м
db - глубина подвала - расстояние от уровня планировки до пола подвала м
(при отсутствии подвала db = 0)
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
R – сопротивление несущего слоя грунта основания
d - глубина заложения фундамента d = 165 м;
γср - среднее значение удельного веса материала фундамента и грунта на его уступах γср = 20 кНм3;
площадь больше следовательно выбираем следующий фундамент Ф2.1.1.1. но т. к. b1 не меняется то R не пересчитываем.
Определив предварительные 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. Определение размеров центрально нагруженных фундаментов считается законченным если выполняется условие:
где Рii - среднее давление под подошвой фундамента кПа определяемое по формуле:
где nii - суммарная вертикальная нагрузка на основание кН включая вес фундамента
NфII и грунта на его уступах NrpII:
n N0II = 321 кН; NфII = 40 кН (табл. 10[3])
NrpII = (a1·b1 – an·bn)·h·γ1 = (15·15 – 09·09)·12·193 = 3335 кН
nii = 321 +40 +3335=39435 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% в меньшую сторону).
Условие pii R не выполняется принимаем Ф3.1.1.1. (А = 324м2)
nii = N0II + NфII + NrpII
NфII = 475 кН (табл. 10[3])
nii = 321 +475 +469=4154 кН
кПа.R=189.17 условие выполняется.
Окончательно принимаем Ф3.1.1.1
Предварительно площадь А м2 подошвы фундамента определяют по формуле:
NoII=(44+45)3=1455 кН;
R0 – условное расчетное сопротивление несущего слоя грунта основания R0=216;
d - глубина заложения фундамента d = 10 м;
Согласно номенклатуре плит по ГОСТ 13580-85 выбирается ближайшая (большая) по размеру плита марки ФЛ8. Марка стеновых блоков выбирается согласно ГОСТ 13579-78 (табл. 8 [3]). 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 b = А (т.е b = 08м).
Вычисляем расчетное сопротивление грунта основания под подошвой фундамента R кПа;
с1 = 12 (т.к. суглинок тугопластичный) и т.к. LH=397 с2 =1;
M Mq Mс – безразмерные коэффициенты принимаемые по таблице 4 СНиПа [10] в зависимости от угла внутреннего трения () грунта; M=058 Mq=033 Mс=623;
b - ширина подошвы фундамента b = 08 м;
II - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов залегающих ниже подошвы фундамента на всю глубину разведанной толщи грунтов (при наличии подземных вод определяются с учетом взвешивающего действия воды - sb кНм3 определяемого по формуле:
где p - плотность грунта тм3
где s w – удельный вес частиц грунта и воды соответственно; w = 10 кНм3; е– коэффициент пористости
Определяем II - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов залегающих ниже подошвы фундамента на всю глубину разведанной толщи грунтов:
Определяем ’II - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов залегающих выше подошвы фундамента: кНм3;
d1 - глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки d1=10 м;
db - глубина подвала - расстояние от уровня планировки до пола подвала м (при
отсутствии подвала db = 0)
R – сопротивление несущего слоя грунта основания
Согласно номенклатуре плит по ГОСТ 13580-85 выбирается ближайшая (большая) по размеру плита марки ФЛ. Подбираем плиту ФЛ10.
Определив предварительные размеры фундамента приступают к его конструированию. Конструирование фундаментов из сборных железобетонных элементов заключается в выборе отдельных стандартных изделий и составлении из них фундамента отвечающеего принятым при расчете основным его параметрам. Определение размеров центрально нагруженных фундаментов считается законченным если выполняется условие:
Nii = N0II + NфII + NrpII
NфII = NплII +NблII = 13824 + 16324*3 = 2612 кН
NrpII = 10*193*095=1834 кН
Nii = 1455+ 2612+ 1834=18996кН
А - площадь подошвы проектируемого фундамента А = 1 м2.
Условие pii R не выполняется
Принимаем фундамент ФЛ12
NфII = NплII +NблII = 16324 + 16324*3 = 2716 кН
NrpII = 10*193*133=2567 кН
Nii = 1455+ 2716+ 2567=19833 кН
А - площадь подошвы проектируемого фундамента А = 12 м2.
Условие pii R выполняется
Окончательно принимаем фундамент ФЛ12
3.Расчет внецентренно нагруженных фундаментов при наличии подвала.
При наличии подвала фундамент наружных стен воспринимает давление от обратной засыпки грунта.
( Расчетная схема ленточного фундамента под стену при наличии подвала)
где NoII - нормативная вертикальная нагрузка от сооружения приложенная к обрезу фундамента определяемая как сумма постоянной и временной нагрузок NoII=144кН;
R0 – условное расчетное сопротивление несущего слоя грунта основания R0=216кПа;
d - глубина заложения фундамента d = 22 м;
При проектировании ленточного сборного фундамента требуемая ширина h м плиты назначается из условия что расчет такого фундамента ведется на 1 м его длины и принимается b = А.
Согласно номенклатуре плит по ГОСТ 13580-85 выбирается ближайшая (большая) по размеру плита марки ФЛ. Марка стеновых блоков выбирается согласно ГОСТ 13579-78 (табл. 8 [3]). Подбираем плиту ФЛ10 имеющую размеры м: ширину 1 высоту 03 и длину 24 1 и стеновые блоки ФБС24.5.6-Т.
с1 = 12 (т.к. глина тугопластичная) и т.к. LH=397 находим с2 =11;
b - ширина подошвы фундамента b = 1 м;
’II - то же для грунтов залегающих выше подошвы фундамента. Для грунтов обратной засыпки: ’II0 = 095’II
где p - плотность грунта тм3 g – ускорение свободного падения g = 10мс2.
d1 - приведенная глубина заложения для наружных и внутренних фундаментов от пола подвала определяемая по формуле:
где hs - толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала
hcf - толщина конструкции пола подвала (в курсовом проекте принимается равной 01м);
cf - расчетное значение удельного веса конструкции пола подвала (в курсовом проекте принимается равным 22 кНм3);
Уточненная площадь больше площади выбранного фундамента поэтому выбираем ФЛ 14 и делаем перерасчет:
площадь подходит следовательно окончательно принимаем ФЛ 14
Условие экономичности:
Nii = 144 +2829 83=18059
А - площадь подошвы проектируемого фундамента А = 14 м2.
Условие pii R выполняется
Активное давление грунта GII кПа на подпорную стенку у подошвы фундамента вычисляют по формуле:
при этом L = d + hnp - высота подпорной стенки с учетом приведенной высоты слоя грунта hnp м:
где - расчетный удельный вес грунта обратной засыпки = 18335 кНм3;
- угол внутреннего трения грунта обратной засыпки в практических расчетах принимаемый равным 20.
Далее определяются составляющие усилий действующих в уровне подошвы фундамента:
- суммарная равнодействующая нагрузка:
- момент от равнодействующей активного давления грунта с учетом нагрузки грунта на уступах фундамента:
Nii 144 + (16324*3+1924) + (18*045*1*193)=18792
где e1 - эксцентриситет действующей нагрузки от грунта лежащего на уступах фундамента относительно его центра тяжести.
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:
А - площадь подошвы проектируемого фундамента м2;
е - эксцентриситет равнодействующей вертикальной нагрузки относительно центра подошвы фундамента м;
l - большая сторона подошвы фундамента.
Для внецентренно нагруженного фундамента должны выполняться следующие условия:
- для среднего давления РII
РII = NIIA = 187.921.4= 134.23 кПа
4.23кПа 200.82 кПа. Условие выполняется;
- для максимального краевого давления при эксцентриситете относительно одной главной оси инерции подошвы фундамента
4.36 кПа 240.98 кПа. Условие выполняется;
- для минимального краевого давления:
Условие выполняется.
Окончательно принимаем ФЛ 14
4. Проверка прочности подстилающего cлоя слабого грунта
(Расчетная схема фундамента при наличии подстилающего слоя слабого грунта.)
При наличии под несущим слоем на глубине Z слоя грунта меньшей прочности чем прочность грунта несущего слоя размеры фундамента должны назначаться такими чтобы полное давление на кровлю подстилающего слоя не превышало 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 :
где - коэффициент рассеивания напряжений с глубиной принимаемый в зависимости от формы подошвы фундамента соотношения сторон прямоугольного фундамента и относительной глубины :
здесь b - ширина подошвы фундамента.
=2·08514 = 1; >10 = 0752;
р0 - дополнительное вертикальное давление на основание определяемое как разность между средним давлением под подошвой фундамента Р и напряжением от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента zq0.
zq0 = dγ1= 2.219.3 = 42.46 кПа
р0 = PII - zq0=129-42.46=86.54
zp = р0·α=86.540752 = 65.08 кПа
zq – вертикальное напряжение от собственного веса грунта на глубине Z от подошвы фундамента определяемое по формуле:
где γi и hi - соответственно удельный вес и толщина i-го слоя грунта.
zq1 = 19.3*3.05 = 58.87 кПа
Rz – расчетное сопротивление грунта на глубине кровли слабого подстилающего слоя.
Величину Rz определяют как для условного фундамента шириной bz и глубиной заложения dz. Коэффициенты условии работы с1 и с1 и надежности к а также коэффициенты M Mq Mс находят применительно к слою слабого грунта.
Площадь подошвы условного фундамента Az м2. определяется по формуле:
где Nii = N0II + NфII + NrpII - суммарная вертикальная нагрузка на основание.
Ширина подошвы условного фундамента bz м определяется из условия:
- для ленточного фундамента bz =
Вычисляем расчетное сопротивление грунта основания как для условного фундамента шириной bz = 277м и глубиной заложения dz =22м Rz кПа;
с1 = 11 ( т.к. пески средней плотности насыщенные водой ) LH=397 с2 =1;
M Mq Mс - коэффициенты принимаемые по таблице 4 СНиПа [10] в зависимости от угла внутреннего трения () грунта; M=115 Mq=559 Mс=795;
bz - ширина подошвы фундамента м;
’II - то же для грунтов залегающих выше подошвы фундамента.
Удельный вес грунта кНм3 определяется:где p - плотность грунта тм3 ; g – ускорение свободного падения g = 10мс2.
сII – расчетное значение удельного сцепления грунта залегающего непосредственно под подошвой фундамента сII =4 кПа;
d1 - глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки d1=052 м
Проверяем выполнение условия:
Выполнение данного условия свидетельствует о том что в слое слабого подстилающего слоя не будут развиваться пластические деформации.
(Расчетная схема фундамента при наличии подстилающего слоя слабого грунта)
где - коэффициент рассеивания напряжений с глубиной принимаемый в зависимости от формы подошвы фундамента соотношения сторон прямоугольного
фундамента и относительной глубины :
=2·20512 = 342; >10; = 0351
zq0 = dγ1= 1931 = 193 кПа
р0 =16528– 193 = 14598 кПа
zp = 035114598 = 5124 кПа
zq = 193*305 = 5887 кПа
Ширина подошвы условного фундамента bz м для ленточного фундамента определяется bz = Az1 = 3371=337 м;
Вычисляем расчетное сопротивление грунта основания как для условного фундамента шириной bz = 337м и глубиной заложения dz =1м Rz кПа;
с1 = 11 и (т.к. пески средней плотности насыщенные водой) LH=397 с2 =1;
где p - плотность грунта тм3
Определяем по формуле II - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов залегающих ниже подошвы фундамента на всю глубину разведанной толщи грунтов:
Для грунтов обратной засыпки: II0 = 095’II = 095·193= 18335 кНм3
d1 - глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки d1=1 м
(при отсутствии подвала db = 0 м)
Проверяем выполнение условия :
5. Расчет осадки основания методом послойного суммирования
Расчет оснований по деформациям производиться из условия:
где Sn - предельное значение совместной деформации основания и сооружения определяемой по таблице приложения 4 СНиП [10] Sn = 10 см;
S - совместная деформация основания и сооружения определяемая расчетом в соответствии с указаниями приложения 2 СНиП [10].
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 к которым условно отнесем все пески супеси суглинки залегающих ниже уровня подземных вод но выше водоупора - глины вычисляется с учетом взвешивающего действия воды - γsb.
где γs 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 бгидр столба воды определяемое по формуле:
где hw и γw - соответственно высота столба воды и удельный вес воды.
Определяем ординаты эпюры вертикальных напряжений от действия собственного веса грунта и вспомогательной эпюры 02zq:
На уровне спланированной поверхности:
zq1 = 0γ1= 0 кПа 02zq1 = 0 кПа
На уровне подошвы фундамента:
zq0 = dγ1= 22193 = 4246 кПа 02zq0 = 849 кПа
На уровне грунтовых вод:
zq1 = h1γ1= 5887 кПа 02zq1 = 1177 кПа
На границе ИГЭ1 и ИГЭ2:
zq2 = zq1 + h2γsb1= 5887+075*20 = 7387 кПа 02zq2 = 1477 кПа
На границе ИГЭ2 и ИГЭ3:
zq3 = zq2 + h3γsb2=1161 кПа 02zq3 =2322 кПа
На границе ИГЭ2 и ИГЭ3 сучётом взвешивающего действия воды:
Ргидр= hw·γw= 7410 = 74 кПа
zq4= zq3 + Ргидр = 1493 + 74 =2233 кПа 02zq4=2986 кПа
На границе ИГЭ3 и ИГЭ4:
zq5= zq4 + h4γ3 = 2573кПа 02zq4=5146 кПа
Значения напряжений zq откладывают влево от оси фундамента. Вспомогательная эпюра напряжений от собственного веса грунта значения абсцисс которой составляют 20% соответствующего значения напряжения от собственного веса грунта zq откладывается вправо от оси фундамента.
Дополнительные вертикальные напряжения zp на глубине Z от подошвы фундамента определяются по формуле:
где - коэффициент рассеивания напряжений с глубиной принимаемый в зависимости от формы подошвы фундамента соотношения сторон прямоугольного фундамента и относительной глубины
Для обеспечения необходимой точности расчета сжимаемую толщу основания ниже подошвы фундамента разбивают на элементарные слои толщина которых h м должна удовлетворять условию:
где b - ширина подошвы фундамента.
Дополнительные вертикальные напряжения zq определяют на границах элементарных слоев.
Значения напряжений zq откладывают вправо от оси фундамента. Вычисления проводим в табличной форме (табл. 7).
Наименование слоев грунта
Пески средней плотности насыщенные водой
За границы сжимаемой толщи принимаются:
верхняя - плоскость подошвы фундамента;
нижняя - на глубине z = Нс где выполняется условие zр 02 zq
Вычислим осадку фундамента пренебрегая 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 допустимой по СНиП.
zq1 = 0γ1= 0 кПа 02zq1= 0 кПа
zq0 = dγ1= 1*193 = 193кПа 02zq0 = 386 кПа
zq1 = zq0 + h1=193*305= 5887 кПа 02zq1 = 1177 кПа
zq2 = zq1 + h2γsb1= 5887*(20*0.75) = 73.87 кПа 02zq2 = 14.77 кПа
zq3 = zq2 + h3γsb2= 73.87+(10.31*4.1) = 116.1 кПа 02zq3 =23.22 кПа
Ргидр= hw·γw= 7.410 = 74 кПа
zq4= zq3 + Ргидр = 116.1 + (10.06*3.3) =149.3 кПа 02zq4=29.86 кПа
zq5= 257.3кПа 02zq4=51.46 кПа
Значения напряжений zq откладывают вправо от оси фундамента. Вычисления проводим в табличной форме.
Нижнюю границу сжимаемой толщи находим по точке пересечения вспомогательной эпюры и эпюры дополнительного напряжения (см. рис.18) так как для вычисления осадок необходимо выполнение условия zр 02zp.
РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ.
1. Основные положения расчета
Расчет свайных фундаментов и их оснований производят по двум группам предельных состояний:
по первой группе - по несущей способности грунта основания свай по устойчивости грунтового массива со свайным фундаментом; по прочности материала свай и ростверков;
по второй группе - по осадкам свайных фундаментов от вертикальных нагрузок; по перемещению 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 следует рассчитывать 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; =14 если несущая способность сваи определена расчетом.
Проектирование свайных фундаментов выполняют в такой последовательности
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 размещении полученного числа свай.
Уточняют нагрузку действующую на одну сваю с учетом размеров и веса ростверка веса стеновых блоков и грунта обратной засылки.
Рассчитывают фундамент по второй группе предельных состояний:
- определяют размеры условного свайного фундамента давления под его подошвой и последнее сопоставляют с расчетным сопротивлением;
- определяют 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) а также высоты ростверка.
При строительстве на пучинистых грунтах подошва ростверка закладывается ниже расчетной глубины промерзания грунтов df руководствуясь в расчете требованиями изложенными в 3.1 настоящей расчетно-пояснительной записке и соответствующими требованиями СНиП [10].
Глубина заложения подошвы ростверков согласно норм проектирования [14] назначается также с учетом следующих положений:
а) в зданиях при отсутствии подвала под внутренние стены закладывается подошва ростверка на 0.1 - 0.15 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 верха равной отметке пода подвала.
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 расчетов 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 подколенника следует принимать кратной 150 мм.
Толщина дна стакана как в сборных так и в монолитных ростверках должна быть не менее 300 мм.
При проектировании ростверков под типовые железобетонные колонны в курсовом проекте рекомендуется использовать ростверки высотой Нр=1200 1350 мм серии 1.411.1-291. Марка ростверка выбирается в зависимости от требуемого количества свай.
Для свайного фундамента под стену (ленточный свайный фундамент) требуемая высота ростверка назначается согласно расчета с учетом высоты и количества стеновых блоков марки ФБС. При этом рекомендуемая минимальная высота ростверка 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 ненапряженной арматурой 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; при этом заглубление нижнего конца сваи в несущий слой должно быть:
- в крупнообломочные гравелистые крупные и средней крупности песчаные грунты а также пылевато-глинистые грунты с показателем текучести IL ≤ 0.1 - не менее 06 м;
- в прочие нескальные грунты - не менее 1 м. При выборе длины сваи согласно норм проектирования [12 14] рекомендуется:
- принимать длину сваи не менее 3 м;
- выполнять заделку головы сваи в ростверк на глубину 5-10см.
Требуемая длина сваи (без острия) определяется из условия:
l3 - толщина слоев грунтов прорезаемых сваей м.
Окончательные размеры типовых свай принимаются по табл. 8 [17] 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
при действии вертикальной нагрузки
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. 9 [17];
А – площадь опирания на грунт сваи м2 принимаемая по площади поперечного сечения сваи;
и - наружный периметр поперечного сечения сваи м;
h1 - толщина 1-го слоя грунта соприкасающегося с боковой поверхностью сваи м;
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; =14 если несущая способность сваи определена расчетом.
- расчетная нагрузка на куст (кН) иди 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);
Fd - несущая способность висячей сваи кН.
Для отдельно стоящего фундамента - куста свай полученное по формуле 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 колонны в зависимости от числа свай выбирается марка куста свай и ростверка согласно табл. 11 рис.10 [17].
Для ленточного свайного фундамента под стену число свай на 1 м 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.
Предлагаются 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 l5d c 3d. Расстояние между двумя рядами свай ср в этом случае определяется по формуле
- двухрядное если n > 2. Расстояние между рядами принимается cр = 3d.
Для недопущения увеличения размера ростверка рекомендуется принимать не более 2х рядов свай. Если по расчету получится с 15d то следует увеличить несущую способность сваи увеличив длину сваи или ее сечение.
Ширину ростверка ленточного свайного фундамента при расположении свай в один ряд определяют по формуле:
где d - поперечный размер ствола свай мм;
со - расстояние от края плиты ростверка до ближайшей грани сваи (свес ростверка) мм.
Ширину ростверка при многорядном расположении свай вычисляют по формуле:
bр = ср (м - 1) + d + 2 со
где м - число рядов свай;
ср - расстояние между осями свай в соседних рядах;
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 надежности по нагрузке = 11 а при вычислении -= 115.
Если условие не выполняется то необходимо или выбрать другой тип свай имеющих более высокую несущую способность или увеличить число свай в фундаменте и повторить расчет.
6. Расчет свайных фундаментов по 2-ой группе предельных состояний (по деформациям)
Расчет свай и свайных фундаментов по деформациям следует производить исходя из условия:
гдеSn - предельное значение совместной деформации основания и сооружения определяемой по таблице приложения 4 СНиП [10] Sn = 8 см;
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 hi.
Размеры подошвы условного свайного фундамента при этом находят по формулам:
ширина bу = сb (mb - 1) + d + 2а;
гдесb и с1 - расстояния между осями свай соответственно по поперечным и продольным осям м;
mb и m1 - количество рядов свай по ширине и длине условного фундамента;
d - диаметр или сторона поперечного сечения сваи м.
Расчетная нагрузка передаваемая условным свайным фундаментом на грунт основания принимается равномерно распределенной.
При этом также требуется выполнение основного требования расчета оснований по деформациям: среднее давление под подошвой условного фундамента PII не должно превышать расчетного сопротивления грунта основания R на этой глубине:
Среднее давление под подошвой условного свайного фундамента определяют по формуле:
bу ly - ширина и длина подошвы условного фундамента м
для ленточного свайного фундамента
NII - расчетная нагрузка по второй группе предельных состояний кН определяемая по формуле:
гдеNoII - 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.
Расчетное сопротивление грунта основания R определяется как и при расчете фундаментов мелкого заложения 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).
Согласно серии 1.011.1-10* «Сваи забивные железобетонные» принимаем С30.20-1 длиной 3 м с размером поперечного сечения 02х02м. Площадь поперечного сечения сваи А=02·0 2= 004 м2 периметр сваи: и =4*d=4*02 = 08 м.
По табл. 9 [17] при глубине погружения сваи 41 м для пылеватых песков средней плотности интерполируя находим сопротивление грунта под нижним концом сваи R =1250 кПа.
Толщу грунта пронизываемого сваей разбиваем на слои толщиной не более 2 м.
Далее действуя аналогичным образом находим расчетные сопротивления грунта основания на боковой поверхности последующих слоев:
z1= 2125 мh1 = 185 м f1= 2615кПа
z2= 3575 мh2 = 105 м f2= 2512 кПа
Несущая способность одиночной висячей сваи:
Fd =1 (1·1250·004 + 08(4838 + 2638)) = 10981кН
Требуемое число свай в фундаменте найдем по формуле:
- расчетная нагрузка на куст (кН) приложенная на уровне обреза фундамента;
где - основная нормативная нагрузка на куст кH; - коэффициент надежности по нагрузке = 11);
n = 14·353110981 = 45
Окончательно (согласно табл. 11 [17]) примем число свай в фундаменте равным 5.
После размещения свай в плане и уточнения габаритных размеров ростверка определяют нагрузку Nф приходящуюся на каждую сваю.
= (18·18 – 09·09)·06·193·115= 3236 кН.
кН Nф N условие не выполняется.
= (18·18 – 09·09)·075·193·115= 3716 кН.
Определяем расстояние а
а= 29·tg (2478º4)= 033м;
Размеры подошвы условного фундамента:
bу= 09(2- 1)+ 02+ 2·033= 176м
lу= 09(3 – 1)+ 02+2*033= 266м.
Проверяем условие рII ≤ R :
Nгр=(176*266*41-432-0116)*1902=28071кН;
NII= 198+321+625+28071= 68401кН;
РII =68401468= 14611кПа;
R=12·111·(058·1·176·1902+033·41·18335+623·4)=7537кПа;
Условие не выполняется РII R
Так как среднее давление под подошвой условного свайного фундамента РII сильно превышает расчётное сопротивление R несущего слоя грунта основания больше всего на это влияет сцепление грунта (с=4) следовательно нам необходимо заглубить сваю в более прочный грунт(ИГЭ 3 – суглинок мягкопластичный с=31)
Согласно серии 1.011.1-10* «Сваи забивные железобетонные» принимаем С80.30-4 длиной 8 м с размером поперечного сечения 03х03 м. Площадь поперечного сечения сваи А=03·0 3= 009 м2 периметр сваи и =4*d=4*03 = 12 м.
По табл. 9 [17] при глубине погружения сваи 92 м для мягкопластичных суглинков IL=06 интерполируя находим сопротивление грунта под нижним концом сваи R =88667 кПа.
z1= 2125 мh1 = 185 м f1= 2068кПа
z2= 386 мh2 = 162 м f2= 2672 кПа
z3= 548 мh3 = 162 м f3= 2996 кПа
z4= 629 мh4 = 162 м f4= 321 кПа
z5= 855 мh5 = 13 м f5= 19 кПа
Fd =1 (1·88667·009 + 12(4329+4854+52+247)) = 28204кН
n = 14·353128204 = 175
Окончательно (согласно табл. 11 [17]) примем число свай в фундаменте равным 2 выбираем куст КС 2-1и ростверк Р 1-2.
= (135 – 081)·06·193·115= 719 кН.
Nф N условие выполняется
Расчёт свайных фундаментов по 2 группе предельных состояний
а= 79·tg (2679º4)= 093м;
bу= 09(1- 1)+ 03+ 2·093= 216м
lу= 15(2 – 1)+ 03+2·093= 366м.
Nгр=(216·366·92-(1+03·03·8·2))·1405=98757кН;
NII= 321+366+25+98757= 137017кН;
РII =137017791= 17332кПа;
R=12·111·(058·1·216·1405+033·92·18335+624·31)=26671кПа;
Условие выполняется РII R
Приступаем к расчёту осадки:
Для обеспечения необходимой точности расчёта сжимаемую толщу основания ниже подошвы фундамента разбивают на элементарные слои толщина которых h м должна удовлетворять условию:
где b – ширина подошвы фундамента.
b = 216 м; h ≤ 04*216= 0864 м
= при = 2*0864216= 08 α= 0974;
Дополнительное вертикальное напряжение zp:
zq0= 13*1006+1161=12918кПа;
Дополнительное вертикальное давление на основание:
р0=17332 – 12918 = 4414 кПа;
Значение ординат эпюры дополнительных давлений
Наименование слоёв грунта
Согласно серии 1.011.1-10* «Сваи забивные железобетонные» принимаем С80.83-4 длиной 8 м с размером поперечного сечения 03х03 м.
Площадь поперечного сечения сваи А=03·03 = 009 м2 периметр сваи и =03·4 =12 м.
По табл. 9 [17] при глубине погружения сваи 96 м для глины интерполируя находим сопротивление грунта под нижним концом сваи R = 89333 кПа.
Находим расчетные сопротивления грунта основания на боковой поверхности слоев:
z1= 2325 мh1 = 125м f1= 268 кПа
z2= 467 мh2 = 162 м f1= 4329 кПа
z2= 548 мh2 = 162 м f1= 4854 кПа
z2= 71 мh2 = 162 м f1= 52 кПа
z2= 88 мh2 = 18 м f1= 6012 кПа
Fd = 1(1·89333·009 + 12·(268+4329+4854+52+6012) ) = 3573 кН
где - коэффициент надежности величина которого принимается в зависимости от ·метода определения несущей способности сваи; =14 если несущая способность сваи определена расчетом.
n = 14·15843573 = 062
Для ленточного свайного фундамента под стену число свай на 1 мможет быть дробным. Расстояние между осями свай (шаг свай) вдоль стены определяется по формуле:
Выбираем однорядное расположение свай в плане.
bр = d + 2 с=03+2·01=05м
После размещения свай в плане и уточнения габаритных размеров ростверка определяют нагрузку Nф приходящуюся на каждую сваю и проверяют условие Nф N
= 03·1·05·25·11 = 413 кН;
Nф N условие не выполняется
bр = d + 2 с=03+2·01=05 м
6. Расчёт свайных фундаментов по 2 группе предельных состояний (по деформациям).
а= 79·tg (2693º4)= 093м;
Nгр=(216·96-(015+072·09))·1384=26254кН;
NII= 144+183+375+26254+2038= 44897кН;
РII =44897216= 20786кПа;
R=12·111·(058·1·216·1384+033·96·18335+(033-1)·17·18335+624·31)=27031кПа;
b = 216 м; h ≤ 04·216= 0864 м
= при = 2·0864216= 08 α= 0881;
Дополнительное вертикальное напряжение:
zq0= 18*1006+1161=1342кПа;
р0=20786 – 1342 = 7366 кПа;
Согласно серии 1.011.1-10* «Сваи забивные железобетонные» принимаем С80.30-4 длиной 8 м с размером поперечного сечения 03х03.
Площадь поперечного сечения сваи А=03·03 = 009 м2 периметр сваи и =03·4 = 12 м.
По табл. 9 [17] при глубине погружения сваи 9 м для глины с показателем текучести IL=06 интерполируя находим сопротивление грунта под нижним концом сваи R = 88333 кПа.
Толщу грунта пронизываемого сваей разбиваем на слои толщиной не более 2м.
z1= 15125 мh1 = 1025 м f1= 1737 кПа
z2= 25375 мh2 = 1025 м f2= 2224 кПа
z3= 386 мh3 = 162 м f3= 2672 кПа
z4= 548 мh4 = 162 м f4= 2996 кПа
z5= 71 мh5 = 162 м f5= 321 кПа
z6= 845 мh6 = 11 м f6= 19 кПа
Fd = 1(1·88333·009 + 12(178+228+4329+4854+52+209)) = 3259 кН
= 11·1455 = 16005 кН
n = 14·160053259 = 069
Для ленточного свайного фундамента под стену число свай на 1 м может быть дробным. Расстояние между осями свай (шаг свай) вдоль стены определяется по формуле:
Ширину ростверка при однорядном расположении свай вычисляют по формуле:
После размещения свай в плане и уточнения габаритных размеров ростверка определяют нагрузку Nф приходящуюся на каждую сваю и проверяют условие(41).
= 16324·11 = 747 кН;
= 25·03·1·11·05 = 413 кН;
Nф N Условие не выполняется
кН Nф N Условие выполняется
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.
Когда уровень подземных вод располагается ниже пола подвала и влага может проникать по капиллярам в подземные помещения ограничиваются устройством простейшей гидроизоляции. В этом случае наружную поверхность стен подвалов соприкасающуюся с грунтом обмазывают за 1-2 раза горячим битумом или гидроизоляционной мастикой. Для предохранения подземных помещений от поступления в них влаги снизу подкладывают рулонную изоляцию в стене на уровне пола подвала а пол выполняют из плитки или в виде слоя цементно-песчаного раствора с железнением (рис. а).
Для исключения проникновения сырости в помещения первого этажа в подвальной и бесподвальной частях зданий по выровненной поверхности всех стен на высоте 150-200 мм от верха отмостки прокладывают 1 2 слоя рулонной гидроизоляции на битумной мастике (рис. б).
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Берлинов М.В. Основания и фундаменты М.: Высшая школа 1988.
Веселов В.А. Проектирование оснований и фундаментов. м.:Стройиздат 1990.
Мазаник В.Н. Симхаев В.3. Алексеев Г.В. Определений размеров центрально нагруженных фундаментов мелкого заложения с применением ЭВМ. Иваново 1994.
Механика грунтов основания и фундаменты С.Б. Ухов и др. М. 1994.
Рускевич Н.Л. Ткач Д.И. Ткач М.Н. Справочник по инженерно-строительному черчению. Киев: Будiвельник 1967.
ГОСТ 13679-78. Блоки бетонные под стены подвала. Технические условия. М. 1979.
ГОСТ 13580-85. Плиты железобетонные ленточных фундаментов. Технические условия. М. 1988.
ГОСТ 19804-1-79. Сваи забивные железобетонные. Цельные сплошного квадратного сечения с ненапрягаемой арматурой. Конструкции и размеры. М. 1980.
СНиП 2.02.01-82. Строительная климатология и геофизика. М.: Стройиздат 1983 .
СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений. М. 1985.
СНиП 2.02.03-85. Свайные основания. М. 1986.
Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП 2.02-01-83) НИИОСП им. Герсеванова - М.: Стройиздат 1986.
Основания фундаменты и подземные сооружения: Справочник проектировщика Горбунов-Посадов М.И Ильичев В.А. Кругов В.И. и др. - М.: Стройиздат 1985.
Руководство по проектированию свайных фундаментов.НИИОСП
им. Н.М. Герсеванова Госстроя СССР -М.: Стройиздат 1980.
Основания и фундаменты: Методические указания и задания к курсовому проекту ”Проектирование оснований и фундаментов зданий и сооружений”ИГАСА; Сост.: В.Н. Мазаник В.З. Симхаев Е.А. Тощакова; Под ред. Р.М. Алояна. Иваново1999. –64с.

лена.docx

1.Цель и задачи курсового проектирования 3
2.Исходные данные и выбор задания для курсового проекта4
ОЦЕНКА ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ПЛОЩАДКИ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТОВ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ
ПО 2 ГРУППЕ ПРЕДЕЛЬНЫХ СОСТОЯНИЙ 14
1.Глубина заложения фундаментов 14
2.Определение размеров подошвы центрально нагруженных фундаментов 18
2.1. Расчёт сечения 4-4. 18
2.2. Расчёт сечения 5-5. 23
3.Расчет внецентренно нагруженных фундаментов при наличии подвала29
4.Проверка прочности подстилающего слоя37
5.Расчет осадки основания методом послойного суммирования47
РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ 58
1.Основные положения расчета.58
2.Выбор глубины заложения и размеров ростверка60
3.Выбор типа размеров и способа погружения свай62
4.Расчет несущей способности забивных висячих свай по грунту
при действии вертикальной нагрузки63
5.Определение числа свай в фундаменте и конструирование ростверка 64
6.Расчет свайных фундаментов по 2 группе предельных
состояний (по деформации)77
Гидроизоляция подвальных помещений.
Защита фундаментов от агрессивных вод. 88
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 89
1. Цель и задачи курсового проектирования
Целью курсового проектирования является:
- закрепление теоретических и практических знаний получаемых 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 различных конструкций под здания различного назначения с учетом специфических особенностей инженерно-геологических условий площадки строительства;
- приобретение навыков самостоятельной работы с нормативной и другой литературой по строительному проектированию.
Таблица 1. Данные о строительной площадке
Глубина отбора образца м
Мощность элемента по скважинам м
Содержание частиц % размером мм
План строительной площадки
Конструктивные особенности сооружения
Несущие конструкции: наружные продольные кирпичные стены толщфиной 510 мм; внутренний каркас из сборных железобетонных колонн сечением 400х400 мм с продольным расположением ригелей.
Здание в осях 5–8 имеет подвал. Отметка чистого пола первого этажа 0000 на 08 м выше отметки спланированной поверхности земли. Отметка пола подвала -2400 м.
Климатические характеристики района строительства: (г. Челябинск)
средняя температура наружного воздуха за зиму:
Нагрузка от одного этажа
Нагрузка от всех этажей
ОЦЕНКА ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ПЛОЩАДКИ СТРОИТЕЛЬСТВА
В задании грунтовые условия площадки строительства представлены двумя выработками: скважинами №1 и №2. Рельеф местности места расположения выработок и отметки их устьев показаны на плане площадки.
На основании исходных физических свойств представленных в таблице 1 выполняем строительную классификацию грунтов.
Образец грунта № I отобран из скважины № 1 с глубины 13 м. Возраст грунта аQIII. Мощность элемента по скважинам: 1скв. – 24 м; 2скв. – 37 м. УГВ 38 м.
Класс – природно-дисперсные грунты
Группа – грунты связные
Подгруппа – осадочные грунты
Тип – полиминеральные грунты
Вид – глинистые грунты
1. По числу пластичности:
где WL – влажность на границе текучести;
WP – влажность на границе раскатывания.
Вывод: грунт - суглинок так как 7IP=12≤17%.
2. По показателю текучести:
IL = (W – Wр) Iр = (23 – 18)12= 042
Вывод: суглинки тугопластичные так как 025IL=042050.
Коэффициент пористости:
где - плотность частиц грунта гсм3 (тм3);
- плотность грунта гсм3 (тм3);
W – природная влажность грунта в долях единицы.
Механические свойства по СНиП 2.02.01-83*:
Расчетное сопротивление R0=216 кПа;
Сцепление Сn=24 кПа;
Угол внутреннего трения =21.40;
Модуль деформации Е=17 МПа.
Образец грунта № II отобран из скважины № 2 с глубины 5.8 м. Возраст грунта аQIII. Мощность элемента по скважинам: 1скв. – 4.8 м; 2скв. –4.9 м; УГВ 3.8 м.
Группа – грунты несвязные
1.По гранулометрическому составу:
Песок пылеватый так как масса частиц грунта менее 01 мм 75%.
2. По коэффициенту пористости:
Вывод: песок средней плотности так как 060≤ е=065≤080.
3. По коэффициенту водонасыщения Sr:
Вывод: пески насыщенные водой так как 08Sr=098≤10
Расчетное сопротивление R0=100 кПа;
Угол внутреннего трения =300;
Модуль деформации Е=18 МПа.
Образец грунта № III отобран из скважины № 2 с глубины 98 м. Возраст грунта аQII. Мощность элемента по скважинам: 1скв. – 28 м; 2скв. – 38 м; УГВ 38 м.
1.. По числу пластичности:
Вывод: грунт - суглинок так как 7IP=10≤17%.
2.. По показателю текучести:
IL = (W – Wр) Iр = (26 – 20)10= 06
Вывод: суглинки мягкопластичные так как 050IL=06075.
.Механические свойства по СНиП 2.02.01-83*:
Расчетное сопротивление R0=246 кПа;
Сцепление Сn=31 кПа;
Угол внутреннего трения =22.50;
Модуль деформации Е=145 МПа.
Образец грунта № IV отобран из скважины № 2 с глубины 121 м. Возраст грунта аQII. Мощность элемента по скважинам: 1скв. – 22 м; 2скв. – 12 м; УГВ 38 м.
Вывод: грунт - глина так как IP =17%.
IL = (W – Wр) Iр = (265 – 24)20= 0125
Вывод: глина полутвердая так как 0IL=0125025.
Расчетное сопротивление R0=353 кПа;
Сцепление Сn=56 кПа;
Угол внутреннего трения =1920;
Модуль деформации Е=22 МПа.
Полученные свойства грунтов заносим в сводную таблицу 2.
Таблица 2. Сводная таблица свойств грунтов
Коэффициент пористости е
Коэффициент водонасыщения Sr
Число пла-стичнос-ти IР %
Показа-тель теку-чести IL
Расчетное сопротивление R0 кПа
Удельное сцепление с кПа
Угол внутреннего трения
Модуль деформации Е МПа
Суглинок тугопластичный
Песок пылеватый средней плотности насыщенный водой
Суглинок мягкопластичный
Общая оценка площадки строительства:
В результате бурения скважин 1 и 2 были вскрыты 4 слоя грунта:
– первый слой представлен суглинком тугопластичным;
– второй слой представлен песком пылеватым средней плотности насыщенный водой;
– третий слой представлен суглинком мягкопластичным;
– четвертый слой представлен глиной полутвердой.
Каждый из слоев может служить естественным основанием.
Также в результате вскрытия скважин 1 и 2 было установлено что уровень грунтовых вод 38 м.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТОВ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ ПО 2 ГРУППЕ ПРЕДЕЛЬНЫХ СОСТОЯНИЙ
1.Выбор глубины заложения фундаментов
d - расстояние от спланированной поверхности до подошвы фундамента (глубина заложения);
Hф - высота фундамента;
b - ширина фундамента
Глубина заложения фундаментов назначается в результате совместного рассмотрения инженерно-геологических и гидрогеологических условий строительной площадки сезонного промерзания и пучинистости грунтов конструктивных и эксплуатационных особенностей зданий величины и характера нагрузки на основание.
Одним из основных факторов определяющих глубину заложения фундаментов является глубина сезонного промерзания грунтов. Различают нормативную и расчетную глубину сезонного промерзания грунтов.
Нормативная глубина сезонного промерзания грунтов dfn м определяем по формуле:
На основе теплотехнического расчета по формуле:
где do – величина принимаемая равной м для
суглинков и глин - 023;
супесей песков мелких и пылеватых - 028;
песков гравелистых крупных и средней крупности - 030;
Mt - безразмерный коэффициент численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму (ноябрь - март) в данном районе строительства принимаемые по табл. СНиП «Строительная климатология» [19] .
Мt=158+143+74+62+129=566
Расчетная глубина сезонного промерзания грунтов df м определяется по формуле:
где dfn - нормативная глубина промерзания м.
Кh - коэффициент учитывающий влияние теплового режима сооружения принимаемый для наружных фундаментов отапливаемых сооружений - по табл. 1 СНиП [10]
-для наружных фундаментов с подвалом Кh =05;
-для внутренних фундаментов (без подвала) Кh=05.
df = 05·173 = 0865 м.
Расчетную среднесуточную температуру воздуха в помещении примыкающем к наружным фундаментам принимаем 15оС для подвала и 20оС для бесподвальной части здания.
Так как грунты под подошвой фундамента суглинок тугопластичный (IL =042)
и df + 2 = 0865 + 2 = 2865 м dw = 38 м то глубина заложения наружных фундаментов должна быть не менее df .
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 [10];
б) для внутренних фундаментов - независимо от расчета глубины промерзания грунтов.
При выборе глубины заложения фундаментов согласно норм проектирования [13] рекомендуется:
-принимать минимальную глубину заложения фундамента не менее 05 м от уровня планировки;
-предусматривать заглубление фундамента в несущий слой грунта не менее 10-15 см;
-избегать наличия под подошвой фундамента слоя грунта малой толщины если его строительные 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 равной высоте стенового блока (0.3 06м). Уступы располагают на расстоянии не менее двойной высоты уступа.
Расчет глубины заложения фундамента
Грунты под подошвой фундамента – суглинки.
В данной части здание имеет подвал с одной стороны фундамент ленточный под наружную стену.
Исходя из конструктивных особенностей фундамента глубину заложения принимаем равной:
d =17+01+01+03 = 22 м
В данной части здание не имеет подвал фундамент стаканного типа под внутреннюю колонну.
Проведем расчет глубины заложения фундамента исходя из конструктивных соображений:
В данной части здание не имеет подвал фундамент ленточный под наружную стену.
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ПОДОШВЫ ЦЕНТРАЛЬНО НАГРУЖЕНЫХ
ФУНДАМЕНТОВ (сечения: 5-5 6-6)
2.1. Расчет сечения 5-5:
Предварительную площадь А м2 подошвы фундамента определяют по формуле:
Где - нормативная вертикальная нагрузка от сооружения приложенная к обрезу фундамента определяемая как сумма постоянной и временной нагрузок кН;
– условное расчетное сопротивление несущего слоя грунта основания кПа;
d – глубина заложения фундамента = 165 м;
- среднее значение удельного веса материала фундамента и грунта на его уступах принимаемое равным 20 кНм3.
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 1.412-6 приведенную в таблице 10 [3]. Марка фундамента выбирается по требуемой площади подошвы.
Выбираем Ф1.1.1.1. (А = 1515 = 225м2)
Далее вычисляется расчетное сопротивление грунта основания под подошвой фундамента R кПа;
где с1 и с2 – коэффициенты условий работы принимаемые по таблице 3 СНиПа [10]
с1 = 12 (т.к. суглинок тугопластичная) и т.к. LH=397 находим с2 =1;
k - коэффициент принимаемый в курсовом проекте равным 11 т.к. прочностные характеристики грунта ( и с) приняты по таблицам СНиПа [10];
M Mq Mс - коэффициенты принимаемые по таблице 4 СНиПа [10] в зависимости от угла внутреннего трения () грунта; M=058 Mq=033 Mс=623;
kz - .коэффициент принимаемый равным: при b 10м - kz = 1;
b - ширина подошвы фундамента м;
II - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов залегающих ниже подошвы фундамента на всю глубину разведанной толщи грунтов (при наличии подземных вод определяются с учетом взвешивающего действия воды - sbкНм3 определяемого по формуле:
’II - то же для грунтов залегающих выше подошвы фундамента. Для грунтов обратной засыпки:
где ’II - осредненное значение удельного веса грунтов ненарушенного сложения залегающих выше подошвы фундамента;
Удельный вес грунта кНм3 определяется:
где p - плотность грунта тм3 (см. стр.11 – сводная таблица свойств грунтов)
g – ускорение свободного падения g = 10мс2.
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 s w – удельный вес частиц грунта и воды соответственно; w = 10 кНм3;
е– коэффициент пористости
s1 = gp = 10193 = 193 кНм3;
s2 = gp = 102 = 20 кНм3
s5 = 20010 = 200 кНм3
Определяем по формуле (9) II - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов залегающих ниже подошвы фундамента на всю глубину разведанной толщи грунтов:
Определяем ’II - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов залегающих выше подошвы фундамента:
Для грунтов обратной засыпки:
’II0 = 095’II = 095·193 = 18335 кНм3
сII – расчетное значение удельного сцепления грунта залегающего непосредственно под подошвой фундамента сII =24 кПа;
d1 - глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки d1=16 5м
db - глубина подвала - расстояние от уровня планировки до пола подвала м
(при отсутствии подвала db = 0)
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
R – сопротивление несущего слоя грунта основания
d - глубина заложения фундамента d = 165 м;
γср - среднее значение удельного веса материала фундамента и грунта на его уступах γср = 20 кНм3;
площадь больше следовательно выбираем следующий фундамент Ф2.1.1.1. но т. к. b1 не меняется то R не пересчитываем.
Определив предварительные 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. Определение размеров центрально нагруженных фундаментов считается законченным если выполняется условие:
где Рii - среднее давление под подошвой фундамента кПа определяемое по формуле:
где nii - суммарная вертикальная нагрузка на основание кН включая вес фундамента
NфII и грунта на его уступах NrpII:
nii = N0II + NфII + NrpII
NфII = 40 кН (табл. 10[3])
NrpII = (a1·b1 – an·bn)·h·γ1 = (15·15 – 09·09)·12·193 = 3335 кН
nii = 321 +40 +3335=39435 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% в меньшую сторону).
Условие pii R не выполняется принимаем Ф3.1.1.1. (А = 324м2)
NфII = 475 кН (табл. 10[3])
nii = 321 +475 +469=4154 кН
кПа.R=189.17 условие выполняется.
Окончательно принимаем Ф3.1.1.1
2.2. Расчет сечения 6 – 6
Предварительно площадь А м2 подошвы фундамента определяют по формуле:
NoII=(44+45)3=1455 кН;
R0 – условное расчетное сопротивление несущего слоя грунта основания R0=216;
d - глубина заложения фундамента d = 10 м;
Согласно номенклатуре плит по ГОСТ 13580-85 выбирается ближайшая (большая) по размеру плита марки ФЛ8.24. Марка стеновых блоков выбирается согласно ГОСТ 13579-78 (табл. 8 [3]). Подбираем плиту ФЛ8.12 имеющую размеры м: ширину 08 высоту 03 и длину 238 (доборные 118 и 078) и стеновые блоки ФБС24.5.6-Т.
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 b = А (т.е b = 08м).
Вычисляем расчетное сопротивление грунта основания под подошвой фундамента R кПа;
с1 = 12 (т.к. суглинок тугопластичный) и т.к. LH=397 с2 =1;
M Mq Mс – безразмерные коэффициенты принимаемые по таблице 4 СНиПа [10] в зависимости от угла внутреннего трения () грунта; M=058 Mq=033 Mс=623;
b - ширина подошвы фундамента b = 08 м;
II - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов залегающих ниже подошвы фундамента на всю глубину разведанной толщи грунтов (при наличии подземных вод определяются с учетом взвешивающего действия воды - sb кНм3 определяемого по формуле:
где p - плотность грунта тм3
где s w – удельный вес частиц грунта и воды соответственно; w = 10 кНм3; е– коэффициент пористости
Определяем II - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов залегающих ниже подошвы фундамента на всю глубину разведанной толщи грунтов:
d1 - глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки d1=10 м;
db - глубина подвала - расстояние от уровня планировки до пола подвала м (при
отсутствии подвала db = 0)
R – сопротивление несущего слоя грунта основания
Согласно номенклатуре плит по ГОСТ 13580-85 выбирается ближайшая (большая) по размеру плита марки ФЛ. Подбираем плиту ФЛ10.12 имеющую размеры м: ширину 08 высоту 03 и длину 238 (доборные 118 и 078)
Определив предварительные размеры фундамента приступают к его конструированию. Конструирование фундаментов из сборных железобетонных элементов заключается в выборе отдельных стандартных изделий и составлении из них фундамента отвечающеего принятым при расчете основным его параметрам. Определение размеров центрально нагруженных фундаментов считается законченным если выполняется условие:
Nii = N0II + NфII + NrpII
NфII = NплII +NблII = 13824 + 16324*3 = 2612 кН
NrpII = 10*193*095=1834 кН
Nii = 1455+ 2612+ 1834=18996кН
А - площадь подошвы проектируемого фундамента А = 1 м2.
Условие pii R не выполняется
Принимаем фундамент ФЛ12
NфII = NплII +NблII = 16324 + 16324*3 = 2716 кН
NrpII = 10*193*133=2567 кН
Nii = 1455+ 2716+ 2567=19833 кН
А - площадь подошвы проектируемого фундамента А = 12 м2.
Условие pii R выполняется
Окончательно принимаем фундамент ФЛ12
3. Расчет внецентренно нагруженных фундаментов
при наличии подвала – сечение 4 - 4
При наличии подвала фундамент наружных стен воспринимает давление от обратной засыпки грунта.
( Расчетная схема ленточного фундамента под стену при наличии подвала)
Его определяют по формулам активного давления на подпорные стенки с учетом сцепления. Однако при малой высоте этих стенок (до 4 м) и выполнении обратной засыпки за пазух 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.
Размеры подошвы фундамента определяют так же как и для центрально нагруженного фундамента.
где NoII - нормативная вертикальная нагрузка от сооружения приложенная к обрезу фундамента определяемая как сумма постоянной и временной нагрузок NoII=144кН;
R0 – условное расчетное сопротивление несущего слоя грунта основания R0=216кПа;
d - глубина заложения фундамента d = 22 м;
При проектировании ленточного сборного фундамента требуемая ширина h м плиты назначается из условия что расчет такого фундамента ведется на 1 м его длины и принимается b = А.
Согласно номенклатуре плит по ГОСТ 13580-85 выбирается ближайшая (большая) по размеру плита марки ФЛ. Марка стеновых блоков выбирается согласно ГОСТ 13579-78 (табл. 8 [3]). Подбираем плиту ФЛ10 имеющую размеры м: ширину 1 высоту 03 и длину 24 1 и стеновые блоки ФБС24.5.6-Т.
с1 = 12 (т.к. глина тугопластичная) и т.к. LH=397 находим с2 =11;
b - ширина подошвы фундамента b = 1 м;
где i и hi - соответственно удельный вес и толщина
d1 - приведенная глубина заложения для наружных и внутренних фундаментов от пола подвала определяемая по формуле:
где hs - толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала
hcf - толщина конструкции пола подвала (в курсовом проекте принимается равной 01м);
cf - расчетное значение удельного веса конструкции пола подвала (в курсовом проекте принимается равным 22 кНм3);
Уточненная площадь больше площади выбранного фундамента поэтому выбираем ФЛ 14 и делаем перерасчет:
площадь подходит следовательно окончательно принимаем ФЛ 14
Условие экономичности:
Nii = 144 +2829 83=18059
А - площадь подошвы проектируемого фундамента А = 14 м2.
Условие pii R выполняется
Активное давление грунта GII кПа на подпорную стенку у подошвы фундамента вычисляют по формуле:
при этом L = d + hnp - высота подпорной стенки с учетом приведенной высоты слоя грунта hnp м:
где - расчетный удельный вес грунта обратной засыпки = 18335 кНм3;
- угол внутреннего трения грунта обратной засыпки в практических расчетах принимаемый равным 20.
Далее определяются составляющие усилий действующих в уровне подошвы фундамента:
- суммарная равнодействующая нагрузка:
- момент от равнодействующей активного давления грунта с учетом нагрузки грунта на уступах фундамента:
Nii 144 + (16324*3+1924) + (18*045*1*193)=18792
где e1 - эксцентриситет действующей нагрузки от грунта лежащего на уступах фундамента относительно его центра тяжести.
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:
А - площадь подошвы проектируемого фундамента м2;
е - эксцентриситет равнодействующей вертикальной нагрузки относительно центра подошвы фундамента м;
l - большая сторона подошвы фундамента.
Для внецентренно нагруженного фундамента должны выполняться следующие условия:
- для среднего давления РII
РII = NIIA = 187.921.4= 134.23 кПа
4.23кПа 200.82 кПа. Условие выполняется;
- для максимального краевого давления при эксцентриситете относительно одной главной оси инерции подошвы фундамента
4.36 кПа 240.98 кПа. Условие выполняется;
- для минимального краевого давления:
Условие выполняется.
Окончательно принимаем ФЛ 14
4.Проверка прочности подстилающего слоя
Расчетная схема фундамента при наличии подстилающего слоя слабого грунта.
При наличии под несущим слоем на глубине Z слоя грунта меньшей прочности чем прочность грунта несущего слоя размеры фундамента должны назначаться такими чтобы полное давление на кровлю подстилающего слоя не превышало 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 :
где - коэффициент рассеивания напряжений с глубиной принимаемый в зависимости от формы подошвы фундамента соотношения сторон прямоугольного фундамента и относительной глубины :
здесь b - ширина подошвы фундамента.
=2·08514 = 1; >10 = 0752;
р0 - дополнительное вертикальное давление на основание определяемое как разность между средним давлением под подошвой фундамента Р и напряжением от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента zq0.
zq0 = dγ1= 2.219.3 = 42.46 кПа
zp = 86.540752 = 65.08 кПа
zq – вертикальное напряжение от собственного веса грунта на глубине Z от подошвы фундамента определяемое по формуле:
где γi и hi - соответственно удельный вес и толщина i-го слоя грунта.
zq1 = 19.3*3.05 = 58.87 кПа
Rz – расчетное сопротивление грунта на глубине кровли слабого подстилающего слоя.
Величину Rz определяют как для условного фундамента шириной bz и глубиной заложения dz. Коэффициенты условии работы с1 и с1 и надежности к а также коэффициенты M Mq Mс находят применительно к слою слабого грунта.
Площадь подошвы условного фундамента Az м2. определяется по формуле:
где Nii = N0II + NфII + NrpII - суммарная вертикальная нагрузка на основание.
Ширина подошвы условного фундамента bz м определяется из условия:
- для ленточного фундамента bz =
Вычисляем расчетное сопротивление грунта основания как для условного фундамента шириной bz = 277м и глубиной заложения dz =22м Rz кПа;
с1 = 11 ( т.к. пески средней плотности насыщенные водой ) LH=397 с2 =1;
M Mq Mс - коэффициенты принимаемые по таблице 4 СНиПа [10] в зависимости от угла внутреннего трения () грунта; M=115 Mq=559 Mс=795;
bz - ширина подошвы фундамента м;
’II - то же для грунтов залегающих выше подошвы фундамента.
где p - плотность грунта тм3 .
сII – расчетное значение удельного сцепления грунта залегающего непосредственно под подошвой фундамента сII =4 кПа;
d1 - глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки d1=052 м
Проверяем выполнение условия:
Выполнение данного условия свидетельствует о том что в слое слабого подстилающего слоя не будут развиваться пластические деформации.
Расчетная схема фундамента при наличии подстилающего слоя слабого грунта
где - коэффициент рассеивания напряжений с глубиной принимаемый в зависимости от формы подошвы фундамента соотношения сторон прямоугольного
фундамента и относительной глубины :
=2·20512 = 342; >10; = 0351
zq0 = dγ1= 1931 = 193 кПа
р0 =16528– 193 = 14598 кПа
zp = 035114598 = 5124 кПа
zq = 193*305 = 5887 кПа
Ширина подошвы условного фундамента bz м для ленточного фундамента определяется bz = Az1 = 3371=337 м;
Вычисляем расчетное сопротивление грунта основания как для условного фундамента шириной bz = 337м и глубиной заложения dz =1м Rz кПа;
с1 = 11 и (т.к. пески средней плотности насыщенные водой) LH=397 с2 =1;
где p - плотность грунта тм3
Определяем по формуле II - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов залегающих ниже подошвы фундамента на всю глубину разведанной толщи грунтов:
Для грунтов обратной засыпки: II0 = 095’II = 095·193= 18335 кНм3
d1 - глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки d1=1 м
(при отсутствии подвала db = 0 м)
Проверяем выполнение условия :
5. Расчет осадки основания методом послойного суммирования
Расчет оснований по деформациям производиться из условия:
где Sn - предельное значение совместной деформации основания и сооружения определяемой по таблице приложения 4 СНиП [10] Sn = 8 см;
S - совместная деформация основания и сооружения определяемая расчетом в соответствии с указаниями приложения 2 СНиП [10].
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 к которым условно отнесем все пески супеси суглинки залегающих ниже уровня подземных вод но выше водоупора - глины вычисляется с учетом взвешивающего действия воды - γsb.
где γs 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 бгидр столба воды определяемое по формуле:
где hw и γw - соответственно высота столба воды и удельный вес воды.
Определяем ординаты эпюры вертикальных напряжений от действия собственного веса грунта и вспомогательной эпюры 02zq:
На уровне спланированной поверхности:
zq1 = 0γ1= 0 кПа 02zq1 = 0 кПа
На уровне подошвы фундамента:
zq0 = dγ1= 22193 = 4246 кПа 02zq0 = 849 кПа
На уровне грунтовых вод:
zq1 = h1γ1= 5887 кПа 02zq1 = 1177 кПа
На границе ИГЭ1 и ИГЭ2:
zq2 = zq1 + h2γsb1= 5887+075*20 = 7387 кПа 02zq2 = 1477 кПа
На границе ИГЭ2 и ИГЭ3:
zq3 = zq2 + h3γsb2=1161 кПа 02zq3 =2322 кПа
На границе ИГЭ2 и ИГЭ3 сучётом взвешивающего действия воды:
Ргидр= hw·γw= 7410 = 74 кПа
zq4= zq3 + Ргидр = 1493 + 74 =2233 кПа 02zq4=2986 кПа
На границе ИГЭ3 и ИГЭ4:
zq5= zq4 + h4γ3 = 2573кПа 02zq4=5146 кПа
Значения напряжений zq откладывают влево от оси фундамента. Вспомогательная эпюра напряжений от собственного веса грунта значения абсцисс которой составляют 20% соответствующего значения напряжения от собственного веса грунта zq откладывается вправо от оси фундамента.
Дополнительные вертикальные напряжения zp на глубине Z от подошвы фундамента определяются по формуле:
где - коэффициент рассеивания напряжений с глубиной принимаемый в зависимости от формы подошвы фундамента соотношения сторон прямоугольного фундамента и относительной глубины
Для обеспечения необходимой точности расчета сжимаемую толщу основания ниже подошвы фундамента разбивают на элементарные слои толщина которых h м должна удовлетворять условию:
где b - ширина подошвы фундамента.
Дополнительные вертикальные напряжения zq определяют на границах элементарных слоев.
Значения напряжений zq откладывают вправо от оси фундамента. Вычисления проводим в табличной форме (табл. 7).
Значение ординат эпюры дополнительных давлений
Наименование слоев грунта
Cуглинок тугопластичный
Пески средней плотности насыщенные водой
За границы сжимаемой толщи принимаются:
верхняя - плоскость подошвы фундамента;
нижняя - на глубине z = Нс где выполняется условие zр 02 zq
Вычислим осадку фундамента пренебрегая 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 допустимой по СНиП.
zq1 = 0γ1= 0 кПа 02zq1= 0 кПа
zq0 = dγ1= 1*193 = 193кПа 02zq0 = 386 кПа
zq1 = zq0 + h1=193*305= 5887 кПа 02zq1 = 1177 кПа
zq2 = zq1 + h2γsb1= 5887*(20*0.75) = 73.87 кПа 02zq2 = 14.77 кПа
zq3 = zq2 + h3γsb2= 73.87+(10.31*4.1) = 116.1 кПа 02zq3 =23.22 кПа
Ргидр= hw·γw= 7.410 = 74 кПа
zq4= zq3 + Ргидр = 116.1 + (10.06*3.3) =149.3 кПа 02zq4=29.86 кПа
zq5= 257.3кПа 02zq4=51.46 кПа
Значения напряжений zq откладывают вправо от оси фундамента. Вычисления проводим в табличной форме.
Нижнюю границу сжимаемой толщи находим по точке пересечения вспомогательной эпюры и эпюры дополнительного напряжения (см. рис.18) так как для вычисления осадок необходимо выполнение условия zр 02zp. Из рис.18 видно что эта точка перемещения соответствует мощности сжимаемой толщи Hс = 738 м.
РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ.
1. Основные положения расчета
Расчет свайных фундаментов и их оснований производят по двум группам предельных состояний:
по первой группе - по несущей способности грунта основания свай по устойчивости грунтового массива со свайным фундаментом; по прочности материала свай и ростверков;
по второй группе - по осадкам свайных фундаментов от вертикальных нагрузок; по перемещению 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 следует рассчитывать 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; =14 если несущая способность сваи определена расчетом.
Проектирование свайных фундаментов выполняют в такой последовательности
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 размещении полученного числа свай.
Уточняют нагрузку действующую на одну сваю с учетом размеров и веса ростверка веса стеновых блоков и грунта обратной засылки.
Рассчитывают фундамент по второй группе предельных состояний:
- определяют размеры условного свайного фундамента давления под его подошвой и последнее сопоставляют с расчетным сопротивлением;
- определяют 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) а также высоты ростверка.
При строительстве на пучинистых грунтах подошва ростверка закладывается ниже расчетной глубины промерзания грунтов df руководствуясь в расчете требованиями изложенными в 3.1 настоящей расчетно-пояснительной записке и соответствующими требованиями СНиП [10].
Глубина заложения подошвы ростверков согласно норм проектирования [14] назначается также с учетом следующих положений:
а) в зданиях при отсутствии подвала под внутренние стены закладывается подошва ростверка на 0.1 - 0.15 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 верха равной отметке пода подвала.
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 расчетов 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 подколенника следует принимать кратной 150 мм.
Толщина дна стакана как в сборных так и в монолитных ростверках должна быть не менее 300 мм.
При проектировании ростверков под типовые железобетонные колонны в курсовом проекте рекомендуется использовать ростверки высотой Нр=1200 1350 мм серии 1.411.1-291. Марка ростверка выбирается в зависимости от требуемого количества свай.
Для свайного фундамента под стену (ленточный свайный фундамент) требуемая высота ростверка назначается согласно расчета с учетом высоты и количества стеновых блоков марки ФБС. При этом рекомендуемая минимальная высота ростверка 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 ненапряженной арматурой 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; при этом заглубление нижнего конца сваи в несущий слой должно быть:
- в крупнообломочные гравелистые крупные и средней крупности песчаные грунты а также пылевато-глинистые грунты с показателем текучести IL ≤ 0.1 - не менее 06 м;
- в прочие нескальные грунты - не менее 1 м. При выборе длины сваи согласно норм проектирования [12 14] рекомендуется:
- принимать длину сваи не менее 3 м;
- выполнять заделку головы сваи в ростверк на глубину 5-10см.
Требуемая длина сваи (без острия) определяется из условия:
l3 - толщина слоев грунтов прорезаемых сваей м.
Окончательные размеры типовых свай принимаются по табл. 8 [17] 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
при действии вертикальной нагрузки
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. 9 [17];
А – площадь опирания на грунт сваи м2 принимаемая по площади поперечного сечения сваи;
и - наружный периметр поперечного сечения сваи м;
h1 - толщина 1-го слоя грунта соприкасающегося с боковой поверхностью сваи м;
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; =14 если несущая способность сваи определена расчетом.
- расчетная нагрузка на куст (кН) иди 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);
Fd - несущая способность висячей сваи кН.
Для отдельно стоящего фундамента - куста свай полученное по формуле 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 колонны в зависимости от числа свай выбирается марка куста свай и ростверка согласно табл. 11 рис.10 [17].
Для ленточного свайного фундамента под стену число свай на 1 м 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.
Предлагаются 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 l5d c 3d. Расстояние между двумя рядами свай ср в этом случае определяется по формуле
- двухрядное если n > 2. Расстояние между рядами принимается cр = 3d.
Для недопущения увеличения размера ростверка рекомендуется принимать не более 2х рядов свай. Если по расчету получится с 15d то следует увеличить несущую способность сваи увеличив длину сваи или ее сечение.
Ширину ростверка ленточного свайного фундамента при расположении свай в один ряд определяют по формуле:
где d - поперечный размер ствола свай мм;
со - расстояние от края плиты ростверка до ближайшей грани сваи (свес ростверка) мм.
Ширину ростверка при многорядном расположении свай вычисляют по формуле:
bр = ср (м - 1) + d + 2 со
где м - число рядов свай;
ср - расстояние между осями свай в соседних рядах;
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 надежности по нагрузке = 11 а при вычислении -= 115.
Если условие не выполняется то необходимо или выбрать другой тип свай имеющих более высокую несущую способность или увеличить число свай в фундаменте и повторить расчет.
Согласно серии 1.011.1-10* «Сваи забивные железобетонные» принимаем С30.20-1 длиной 3 м с размером поперечного сечения 02х02 м и длиной острия 025 м. Площадь поперечного сечения сваи А=02·0 2= 004 м2 периметр сваи и =4*d=4*02 = 08 м.
По табл. 9 [17] при глубине погружения сваи 41 м для пылеватых песков средней плотности интерполируя находим сопротивление грунта под нижним концом сваи R =1250 кПа.
Толщу грунта пронизываемого сваей разбиваем на слои толщиной не более 2 м.
Далее действуя аналогичным образом находим расчетные сопротивления грунта основания на боковой поверхности последующих слоев:
z1= 2125 мh1 = 185 м f1= 2615кПа
z2= 3575 мh2 = 105 м f2= 2512 кПа
Несущая способность одиночной висячей сваи:
Fd =1 (1·1250·004 + 08(4838 + 2638)) = 10981кН
Требуемое число свай в фундаменте найдем по формуле:
- расчетная нагрузка на куст (кН) приложенная на уровне обреза фундамента;
где - основная нормативная нагрузка на куст кH; - коэффициент надежности по нагрузке = 11);
n = 14·353110981 = 45
Окончательно (согласно табл. 11 [17]) примем число свай в фундаменте равным 5.
После размещения свай в плане и уточнения габаритных размеров ростверка определяют нагрузку Nф приходящуюся на каждую сваю.
= (18·18 – 09·09)·06·193·115= 3236 кН.
Условие не выполняется.
= (18·18 – 09·09)·075·193·115= 3716 кН.
6 Расчёт свайных фундаментов по 2 группе предельных
состояний (по деформациям).
Расчёт свайных фундаментов по деформациям производят исходя из условия (34).
Расчёт свайного фундамента из висячих свай и его основания по деформациям производят как для условного массивного фундамента на естественном состоянии в соответствии с пунктом 3.5.
Условный фундамент рассматривается как единый массив АВГБ ограниченный снизу плоскостью АВ проходящей через нижние концы свай сверху – поверхностью планировки грунта ВГ с боков – вертикальными плоскостями АВ и БГ отстоящими от наружных граней крайних рядов вертикальных свай на расстоянии а равном
где φIImt – осреднённое расчётное значение угла внутреннего трения грунта определяемое по формуле:
где φIIi - расчётное значение углов внутреннего трения для отдельных пройденных сваями слоёв грунта толщиной hi.
Размеры подошвы условного свайного фундамента при этом находят по формулам:
ширина bу = cb (mb – 1) + d +2a ;
где cb – расстояния между поперечными осями свай cb = 06 м
mb –количество рядов свай по ширине условного фундамента;
d – диаметр или сторона поперечного сечения сваи;
Расчётная нагрузка передаваемая условным свайным фундаментом на грунты основания принимается равно распределённой.
При этом требуется выполнение основного условия расчёта основания по деформациям: среднее давление под подошвой условного свайного фундамента рII не должно превышать расчётного сопротивления R несущего слоя грунта основания
Среднее давление под подошвой условного свайного фундамента определяем по формуле:
NII - расчётная нагрузка по второй группе предельных состояний кН
определяемая по формуле:
NII = NоII + NсII + NрII + NгрII
где NоII - расчётная нагрузка от веса сооружения на уровне обреза фундамента кН;
NсII NрII NгрII - нагрузка от веса соответственно свай ростверка грунта в объёме условного свайного фундамента АВГБ кН.
Расчётное сопротивление грунта основания R определяем как и при расчёте фундаментов мелкого заложения но ширину и глубину заложения принимают для условного свайного фундамента.
Далее определяем осадку S условного свайного фундамента методом послойного суммирования изложенного в расчёте фундаментов мелкого заложения (п.3.4).
Определяем расстояние а
а= 29·tg (2478º4)= 033м;
Размеры подошвы условного фундамента:
bу= 09(2- 1)+ 02+ 2·033= 176м
lу= 09(3 – 1)+ 02+2*033= 266м.
Проверяем условие рII ≤ R :
Nгр=(176*266*41-432-0116)*1902=28071кН;
NII= 198+321+625+28071= 68401кН;
РII =68401468= 14611кПа;
R=12·111·(058·1·176·1902+033·41·18335+623·4)=7537кПа;
Условие не выполняется РII R
Так как среднее давление под подошвой условного свайного фундамента РII сильно превышает расчётное сопротивление R несущего слоя грунта основания больше всего на это влияет сцепление грунта (с=4) следовательно нам необходимо заглубить сваю в более прочный грунт(ИГЭ 3 – суглинок мягкопластичный с=31)
Согласно серии 1.011.1-10* «Сваи забивные железобетонные» принимаем С80.30-4 длиной 8 м с размером поперечного сечения 03х03 м. Площадь поперечного сечения сваи А=03·0 3= 009 м2 периметр сваи и =4*d=4*03 = 12 м.
По табл. 9 [17] при глубине погружения сваи 92 м для мягкопластичных суглинков IL=06 интерполируя находим сопротивление грунта под нижним концом сваи R =88667 кПа.
z1= 2125 мh1 = 185 м f1= 2068кПа
z2= 386 мh2 = 162 м f2= 2672 кПа
z3= 548 мh3 = 162 м f3= 2996 кПа
z4= 629 мh4 = 162 м f4= 321 кПа
z5= 855 мh5 = 13 м f5= 19 кПа
Fd =1 (1·88667·009 + 12(4329+4854+52+247)) = 28204кН
n = 14·353128204 = 175
Окончательно (согласно табл. 11 [17]) примем число свай в фундаменте равным 2 выбираем куст КС 2-1и ростверк Р 1-2.
= (135 – 081)·06·193·115= 719 кН.
Nф N условие выполняется
состояний (по деформациям). (сечение 5-5)
а= 79·tg (2679º4)= 093м;
bу= 09(1- 1)+ 03+ 2·093= 216м
lу= 15(2 – 1)+ 03+2·093= 366м.
Nгр=(216·366·92-(1+03·03·8·2))·1405=98757кН;
NII= 321+366+25+98757= 137017кН;
РII =137017791= 17332кПа;
R=12·111·(058·1·216·1405+033·92·18335+624·31)=26671кПа;
Условие выполняется РII R
Приступаем к расчёту осадки:
Для обеспечения необходимой точности расчёта сжимаемую толщу основания ниже подошвы фундамента разбивают на элементарные слои толщина которых h м должна удовлетворять условию:
где b – ширина подошвы фундамента.
b = 18 м; h ≤ 04*18= 072 м
= при = 2*07218= 08 α= 08;
Дополнительное вертикальное давление на основание:
р0=28875 – 9045= 1983 кПа;
Дополнительное вертикальное напряжение zp:
zq0= 45*201=9045кПа;
Расчёт напряжений от собственного веса грунта
zq0 = dγ1= 45201 = 9045кПа 02zq0 = 1809 кПа
zq1 = zq0 + h1γ1= 9045+09 201= 10854 кПа 02zq1 = 21708 кПа
zq2 = zq1 + h2γsb1= 10854 + 01627 = 10917 кПа 02zq2 = 21834 кПа
zq3 = zq2 + h3γsb2= 10917+ 465615 = 13746 кПа 02zq3 =27492 кПа
Ргидр= hw·γw= 47510 = 475 кПа
zq4= zq3 + Ргидр = 13746 + 475 =18496 кПа 02zq4=3699 кПа
zq5= zq4 + h4γ3 = 18496 + 20520 =22596кПа 02zq4=452 кПа
zq6 = zq5 + h5γ4= 22596 + 135185 = 25093 кПа 02zq5 =502 кПа
Схема к расчёту осадки свайного фундамента для сечения 4 - 4
Значение ординат эпюры дополнительных давлений
Наименование слоёв грунта
Глина тугопластичная
Песок средней крупности
Согласно серии 1.011.1-10* «Сваи забивные железобетонные» принимаем С80.83-4 длиной 8 м с размером поперечного сечения 03х03 м.
Площадь поперечного сечения сваи А=03·03 = 009 м2 периметр сваи и =03·4 =12 м.
По табл. 9 [17] при глубине погружения сваи 96 м для глины интерполируя находим сопротивление грунта под нижним концом сваи R = 89333 кПа.
Находим расчетные сопротивления грунта основания на боковой поверхности слоев:
z1= 2325 мh1 = 125м f1= 268 кПа
z2= 467 мh2 = 162 м f1= 4329 кПа
z2= 548 мh2 = 162 м f1= 4854 кПа
z2= 71 мh2 = 162 м f1= 52 кПа
z2= 88 мh2 = 18 м f1= 6012 кПа
Fd = 1(1·89333·009 + 12·(268+4329+4854+52+6012) ) = 3573 кН
где - коэффициент надежности величина которого принимается в зависимости от ·метода определения несущей способности сваи; =14 если несущая способность сваи определена расчетом.
n = 14·15843573 = 062
Для ленточного свайного фундамента под стену число свай на 1 мможет быть дробным. Расстояние между осями свай (шаг свай) вдоль стены определяется по формуле:
Выбираем однорядное расположение свай в плане.
bр = d + 2 с=03+2·01=05м
После размещения свай в плане и уточнения габаритных размеров ростверка определяют нагрузку Nф приходящуюся на каждую сваю и проверяют условие Nф N
= 03·1·05·25·11 = 413 кН;
Nф N условие не выполняется
bр = d + 2 с=03+2·01=05 м
состояний (по деформациям). (сечение4-4)
а= 79·tg (2693º4)= 093м;
Nгр=(216·96-(015+072·09))·1384=26254кН;
NII= 144+183+375+26254+2038= 44897кН;
РII =44897216= 20786кПа;
R=12·111·(058·1·216·1384+033·96·18335+(033-1)·17·18335+624·31)=27031кПа;
Согласно серии 1.011.1-10* «Сваи забивные железобетонные» принимаем С80.30-4 длиной 8 м с размером поперечного сечения 03х03.
Площадь поперечного сечения сваи А=03·03 = 009 м2 периметр сваи и =03·4 = 12 м.
По табл. 9 [17] при глубине погружения сваи 9 м для глины с показателем текучести IL=06 интерполируя находим сопротивление грунта под нижним концом сваи R = 88333 кПа.
Толщу грунта пронизываемого сваей разбиваем на слои толщиной не более 2м.
z1= 15125 мh1 = 1025 м f1= 1737 кПа
z2= 25375 мh2 = 1025 м f2= 2224 кПа
z2= 548 мh2 = 162 м f2= 2996 кПа
z2= 71 мh2 = 162 м f2= 321 кПа
z2= 845 мh2 = 11 м f2= 19 кПа
Fd = 1(1·88333·009 + 12(178+228+4329+4854+52+209)) = 3259 кН
= 11·1455 = 16005 кН
n = 14·160053259 = 069
Для ленточного свайного фундамента под стену число свай на 1 м может быть дробным. Расстояние между осями свай (шаг свай) вдоль стены определяется по формуле:
После размещения свай в плане и уточнения габаритных размеров ростверка определяют нагрузку Nф приходящуюся на каждую сваю и проверяют условие(41).
= 16324·11 = 747 кН;
= 25·03·1·11·05 = 413 кН;
Условие не выполняется
ГИДРОИЗОЛЯЦИЯ ПОДВАЛЬНЫХ ПОМЕЩЕНИЙ.
ЗАЩИТА ФУНДАМЕНТОВ ОТ АГРЕССИВНЫХ ВОД.
При строительстве зданий и сооружений имеющих подвалы или технические подполья возникает опасность проникновения влаги в подвальные помещения а иногда помещений конструкцию которой назначают в зависимости от уровня подземных вод глубины подвальной части сооружений грунтовых условий строительной площадки и др.
Если уровень подземных вод располагается ниже уровня пола подвала и влага может проникать по каппилярам в подвальные подвальный помещения ограничиваются устройством простейшей гидроизоляции. В этом случае наружную поверхность стен подвалов соприкусающуюся с грунтом обмазывают за 1-2 слоя битумом или гидроизоляционной мастикой. Для предохранения подвальных помещений от поступления в них влаги снизу прокладывают рулонную изоляцию в стене на уровне пола подвала а пол выполняют из плитки виде цементного слоя с железнением.
Грунтовые воды являются слабыми растворами химических веществ. Некоторые из них при определённой концентрации образуют агрессивную по отношению к бетону среду. Под действием агрессивных грунтовых вод.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Методические указания «Проектирование оснований и фундаментов зданий и сооружений» сост: Мазаник В.Н. – Ив. 2005.
Берлинов М.В. Основания и фундаменты М.: Высшая школа 1988.
Веселов В.А. Проектирование оснований и фундаментов. м.:
Мазаник В.Н. Симхаев В.3. Алексеев Г.В. Определений размеров центрально нагруженных фундаментов мелкого заложения с применением ЭВМ. Иваново 1994.
Механика грунтов основания и фундаменты С.Б. Ухов и др. М. 1994.
Рускевич Н.Л. Ткач Д.И. Ткач М.Н. Справочник по инженерно-строительному черчению. Киев: Будiвельник 1967.
ГОСТ 25100-82. Грунты. Классификация М. 1985.
ГОСТ 19804-1-79. Сваи забивные железобетонные. Цельные сплошного квадратного сечения с ненапрягаемой арматурой. Конструкции и размеры. М. 1980.
СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений. М. 1985.
СНиП 23 – 01 – 99 Строительная климатология и геофизика Госстрой России - М.; ГУП ЦПП 2000. – 57с.
СНиП 2.02.03-85. Свайные основания. М. 1986.
Пособие по составлению и оформлению документов инженерных изысканий для строительства. М.: Стройиздат 1986.
Руководство по проектированию свайных фундаментов.НИИОСП
им. Н.М. Герсеванова Госстроя СССР.-М.: Стройиздат 1980.
Основания фундаменты и подземные сооружения: Справочник проектировщика Горбунов-Посадов М.И Ильичев В.А. Кругов В.И. и др. - М.: Стройиздат 1985.
Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП 2.02-01-83) НИИОСП им. Герсеванова - М.: Стройиздат 1986.
Серия 1.4.II.1 – 291. Свайные фундаменты под железобетонные колонны многоэтажных зданий.ЦИТП ГОССТРОЯ СССР М.:1985. – 11с.