Расчет и проектирование оснований и фундаментов промышленных зданий

ПЗ.DOC

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации
ГОУ ВПО «Уральский Федеральный университет» (УГТУ-УПИ)
Кафедра Основания и фундаменты
Пояснительная записка и графическая часть
«Расчет и проектирование оснований и фундаментов промышленных зданий»
Преподаватель: Л.Н. Аверьянова
Канд.тех.наук доцент
СтудентА.А. Мельников
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Исходные данные по проекту 3
Определение нагрузок действующих на фундаменты . . 5
Оценка инженерно-геологических и гидрологических условий площадки строительства 6
Расчет и проектирование варианта фундамента на естественном основании .. .. 9
Расчет и проектирование варианта фундамента на искусственном основании в виде
песчаной распределительной подушки . 12
Расчет и проектирование свайного варианта фундамента .. 16
Учет влияния примыкающих и заглубленных подземных конструкций .. 27
Определение степени агрессивного воздействия подземных вод и разработка
рекомендаций по антикоррозионной защите подземных конструкций 30
Определение технико-экономических показателей сравнение и выбор основного
варианта системы «основание - фундамент» 32
Список литературы .. 35
* Рисунок 1 – «Габаритная схема плана и поперечного разреза здания»;
* Рисунок 2 – «Узлы сопряжения колонн основного (несущего) каркаса с фундаментами»
* Рисунок 3 – «Схема планово-высотной привязки здания на площадке строительства»;
* Рисунок 4 – «Инженерно-геологический разрез I-I (по скважинам 1 и 2) с посадкой здания и фундаментов на естественном и искусственном основании»;
* Рисунок 5 – «Инженерно-геологический разрез II-II (по скважинам 3 и 4) с посадкой здания и фундаментов на естественном и искусственном основании а также технологического приямка»
* Рисунок 6 – «Чертеж фундамента на естественном основании и эпюра контактных давлений по его подошве»;
* Рисунок 7 – «Расчетная схема распределения напряжений в основании фундамента на естественном основании»
* Рисунок 8 – «Чертеж фундамента на искусственном основании и эпюра контактных давлений по его подошве»;
* Рисунок 9 – «Расчетная схема распределения напряжений в основании фундамента на искусственном основании»
* Рисунок 10 – «Схема размещения свай в плане и эскиз ростверка»;
* Рисунок 11 – «Расчетная схема к определению несущей способности сваи по грунту»;
* Рисунок 12 – «Чертеж свайного фундамента и эпюра контактных давлений по его подошве»;
* Рисунок 13 – «Схема к расчету ростверка на продавливание колонной каркаса»;
* Рисунок 14 – «Схема к расчету осадки свайного фундамента»
* Рисунок 15 – «Расчетная схема конструкции технологического приямка и примыкающих к нему фундаментов на естественном основании»
Исходные данные по проекту
Рассчитываем и проектируем основание и фундаменты (отдельностоящие столбовые армобетонные монолитные) однопролетного одноэтажного промышленного здания с металлическим каркасом с подвесным крановым оборудованием (1 кран-балка) и приямком.
Вариант задания №4. Грунтовые условия для задания №14.
Габаритные параметры и характеристика условий строительства приводятся в табл.1.
Таблица 1 - Параметры здания:
Габаритная схема плана и поперечного разреза здания показаны на рис.1 (Прил.А).
Длина промышленного сооружения = 60п.м.
Колонны основного каркаса (стальные двухветвевые) имеют шарнирное сопряжение со стальными фермами; осевой шаг по колоннам каркаса = 12м. Шаг стоек торцевого фахверка (стальной прокатный профиль) = 6м.
Узлы сопряжения колонн основного каркаса с фундаментами показаны рис.2 (Приложение А).
Инженерно-геологические условия площадки строительства установлены бурением 4-х скважин на глубину 20м.(табл.2).
Подземные (грунтовые) воды во всех скважинах распложены на глубине dw = 100м. от планировочной отметки земли (DL) т.е. на геодезической отметке +4720м.
Исходные показатели физико-механических состава и свойств грунтового массива приведены в табл.3.
Таблица 2 - Инженерно-геологические условия площадки:
Почвенно-растительный слой
Толщина слоя бурением до глубины 20м. не установлена
Таблица 3 - Исходные показатели физико-механических свойств грунтов:
* n = Естественная плотность;
* W = Естественная влажность;
* s = Плотность твердых частиц;
* Wp = Влажность на пределе раскатывания;
* WL = Влажность на пределе текучести;
* kf = Коэффициент фильтрации воды в грунте;
* E = Модуль деформации грунта (деформационная характеристика);
* c = Удельное сцепление грунта (прочностная характеристика);
* j0 = Угол внутреннего трения грунта (прочностная характеристика).
Данные химического анализа подземных вод по агрессивности представлены в табл.4.
Таблица 4 – Состав подземных вод по данным химического анализа:
Показатель агрессивности воды-среды
Бикарбонатная щелочность ионов HCO3 мг-эквл
Водородный показатель pH
* Агрессивной углекислоты CO2
* Аммонийных солей ионов NH4+
* Магнезиальных солей ионов Mg2+
* Едких щелочей ионов Na+ и K+
* Сульфатов ионов SO42–
* Хлоридов ионов Cl –
Определение нагрузок действующих на фундаменты
Расчет нормативных значений усилий на уровне обреза фундаментов от нагрузок воспринимаемых рамой каркаса: постоянной снеговой ветровой и крановой выполнен на ЭВМ. Наиболее нагруженными являются фундаменты на продольной оси «И» нормативные значения усилий для них приведены в табл.5.
Таблица 5 - Значения нормативных усилий на уровне обреза фундаментов по оси «И»:
Значения расчетных усилий на уровне обреза фундаментов по оси «И»:
Индексы нагрузок по табл.5 и правило подсчета
(1) + 09[(2) + (3) + (4)]
* Для продольной силы (Nn ) наиболее неблагоприятным является сочетание из постоянной (1) + всех кратковременных 09[(2) + (3) + (4)] нагрузок;
* Для изгибающего момента (Mn) и поперечной силы (Qn) наиболее неблагоприятным является сочетание из постоянной (1) + ветровой (3) нагрузок.
Для расчетов по деформациям (γf = 1) принимаем:
Qcol II = Qn × γf = 691 х 1 = 691кН.
Для расчетов по несущей способности (γf = 12) принимаем:
Ncol I = Nn × γf = 137106 х 12 = 16453кН
Mcol I = Mn × γf = 6037 х 12 = 7244кН*м
Qcol I = Qn × γf = 691 х 12 = 829кН
Таблица 6 – Данные для расчетов по первой и вторым группам предельных состояний:
По 1-ой группе предельных сост-й gf = 12
По 2-ой группе предельных сост-й gf = 1
Оценка инженерно-геологических и гидрологических условий
площадки строительства
Планово-высотная привязка здания на площадке строительства приведена на рис.3 (Приложение Б).
Инженерно-геологические разрезы построенные по заданным скважинам показаны на рис.4 и 5 (Приложение Б).
Вычисляем необходимые показатели свойств и состояния грунтов по приведенным в таблице 3 исходными данными. Результаты приведены в табл.7.
Таблица 7 - Показатели свойств и состояния грунтов (вычисляемые):
* Плотность сухого образца (грунтового скелета): d =n (1 + 001×W);
* Пористость грунта: n = (1 – d s)×100%;
* Коэффициент пористости: e = n(100 – n);
* Степень влажности (степень заполнения пор водой): Sr = W×s (e×100%);
* Число пластичности: Ip = WL – Wр;
* Показатель консистенции (индекс текучести): IL = (W – Wр)(WL – Wр) = (W – Wр)
* Расчетные значения удельного веса и удельного веса частиц: I = I×g II = II×g s = s×g
где g = 981мс2 – ускорение свободного падения в поле тяготения планеты «Земля» (вблизи поверхности);
* Удельный вес грунта расположенный ниже УПВ (с учетом взвешивающего действия воды) находится по формуле:
sb =s -w) (1 + e) = s - w) х (1 - n) где w = 10кНм3 – удельный вес воды.
Определение условного расчетного сопротивления слоев грунта.
Для определения условного расчетного сопротивления грунта (Rусл) по формуле (7) СНиП 2.02.01-83* - «Основания зданий и сооружений» принимаем условные размеры ширины подошвы фундамента bусл = 1м и глубины d для верхнего слоя принимается d1 = dусл = 2м.
В зависимости от заданных геологических условий и конструктивных особенностей здания установим искомые коэффициенты:
(1)Слой №2 - Супесь:
Средняя толщина 2-го слоя h1 = (53+56+55+57)4 = 2214 = 55м.; Средняя толщина относительно планировочной отметки (DL) = (35+554+60+84)4 = 23444 = 586м.
По табл.3 СНиП 2.02.01-83* - «Основания зданий и сооружений» принимаем: gc1 = 10 для супеси мягко-пластичной консистенции (IL = 056 > 5); gc2 = 10 для зданий с гибкой конструктивной схемой (отдельностоящие фундаменты столбчатого типа). Коэффициент k = 1 принимаем по указаниям П.2.41 СНиП 2.02.01-83*(т.к. прочностные характеристики грунта (j и c) определены на основе испытаний).
При jII = 210 по табл.4 СНиП 2.02.01-83* имеем Mg = 056; Mq = 324; Mc = 584.
Удельный вес грунта выше подошвы условного фундамента до глубины dw = 10м. принимаем без учета взвешивающего действия воды gII = 1785 кНм3 а ниже УПВ т.е. в пределах глубины d удельное сцепление cII = 40кПа. Т.к. ширина подошвы фундамента b10м. => коэффициент kz = 1 (по указаниям П.2.41 СНиП 2.02.01-83*).
Вычисляем условное расчетное сопротивление:
= (10*10)1х(056*1*1*895 + 324(10*1785 + (2-10)*895) + 584*40) = 11520кПа.
Полное наименование грунтового слоя № 2 (по ГОСТ 25100-95 – «Грунты. Классификация») – «Супесь средне-сжимаемая мягко-пластичная». Этот грунт может быть использован как естественное основание поскольку имеет достаточную прочность (Е = 80мПа > 5мПа).
(2) Слой №3 – Глина туго-пластичная:
Средняя толщина 3-го слоя h2 = (15+17+17+13)4 = 624 = 155м.;
По табл. 3 СНиП 2.02.01-83* принимаем: gc1 = 12 для глины туго-пластичной консистенции (025 IL = 030 05); gc2 = 10 для зданий с гибкой конструктивной схемой; k = 1.
При jII = 130 по табл.4 СНиП 2.02.01-83* имеем Mg = 026; Mq = 205; Mc = 455.
Удельный вес грунта выше подошвы условного фундамента до глубины dw = 10м. принимаем без учета взвешивающего действия воды gII = 1785 кНм3 а ниже УПВ т.е. в пределах глубины d2 = h1 - dw = 55-10 = 45м. и ниже подошвы фундамента принимаем gsb(1) = 895кНм3; удельное сцепление cII = 35кПа; gsb(2) = 882кНм3. Т.к. b10м. => kz = 1.
= (12*10)1х(026*1*1*882 + 205(10*1785 + (55-10)*895) + 455*35) = 33684кПа.
Полное наименование грунтового слоя №3 (по ГОСТ 25100-95) – «Глина туго-пластичная мало-сжимаемая».
(3) Слой №4 - Глина полутвердая:
Нижняя граница 4-го слоя в ходе бурения до глубины 20п.м. не установлена.
По табл.3 СНиП 2.02.01-83* принимаем: gc1 = 125 для глины полутвердой консистенции (IL = 01 ≤ 025); gc2 = 10 для зданий с гибкой конструктивной схемой; коэффициент k = 1.
При jII = 170 по табл.4 СНиП 2.02.01-83* имеем Mg = 039; Mq = 257; Mc = 515.
Удельный вес грунта выше подошвы условного фундамента до глубины dw = 10м. принимаем без учета взвешивающего действия воды gII = 1785 кНм3 а ниже УПВ т.е. в пределах глубины d3 = h1 + h2 - dw = 55 + 155 – 10 = 705-10 = 605м. и ниже подошвы фундамента принимаем gsb(1) = 895кНм3; gsb(2) = 882кНм3; удельное сцепление cII = 43кПа; gsb(3) = 874кНм. Т.к. b10м. => коэффициент kz = 1.
= (125*10)1х(039*1*1*874 + 257(10*1785 + (55-10)*895 + 155*882) + 515*43) = 51172кПа.
Полное наименование грунтового слоя №4 (по ГОСТ 25100-95) – «Глина полутвердая мало-сжимаемая».
В целом предложенный под застройку участок пригоден для возведения планируемого здания. Рельеф площадки холмистый с выраженным диагональным уклоном (высотным перепадом) от 4-й к 1-й скважине; в результате планировка территории будет сопряжена с большим объемом земляных работ. Грунты имеют слоистое напластование с выдержанным залеганием пластов; крутопадающие или вклинивающиеся слои не выявлены. Все грунты имеют достаточную прочность невысокую сжимаемость и могут быть использованы в качестве оснований в своем природном состоянии. Подземные (грунтовые) воды расположены на небольшой глубине что значительно ухудшает условия устройства фундаментов: при заглублении фундаментов более 10м.(геодезическая отметка +4720м) от планировочной отметки (DL) необходимо организовать водопонижение; возможность открытого водоотлива из котлованов разработанных в суглинке должна быть обоснована проверкой устойчивости дна котлована (прорыв грунтовых вод со стороны слоя глины). Супесь залегающая в зоне промерзания в соответствии с табл.2 СНиП 2.02.01-83* - «Основания зданий и сооружений» является пучинистым грунтом поэтому глубина заложения фундаментов колонн каркаса здания должна быть принята более (не менее) расчетной глубины промерзания данного грунтового слоя. При производстве работ в зимнее время необходимо предохранение основания от промерзания.
Целесообразно рассмотреть следующие возможные варианты фундаментов и оснований:
) Фундамент мелкого заложения на естественном основании – супеси (слой №2);
) Фундамент на распределительной песчаной подушке (следствием данного решения является уменьшение размеров подошвы фундаментов и расчетных осадок основания);
) Свайный фундамент из забивных висячих свай (железобетонные призматические полнотелого квадратного сечения). Несущим слоем для свай может служить глина (слой №4 – «Глина полутвердая мало-сжимаемая»).
Следует предусмотреть срезку и использование почвенно-растительного слоя (приблизительный объем = 03м*60м*42м = 03м*2520м2 = 756м3) при благоустройстве и озеленении застраиваемого участка (П.1.5 СНиП 2.02.01-83*).
Примечание. По проекту производства строительных работ (ППР) планировка территории будет производится до начала раскопок котлованов под фундаменты. В низменных частях рельефа строительной площадки (вблизи скважины №4 т.е. на осях «А-5» и «А-6») подошва фундаментов возводимых на естественном основании будет опираться на насыпной слой грунта. Для планировки поверхности будут использованы излишки слоя №2 т.е. супесь срезанная с участков расположенных на возвышенности (относительно DL) что не позволяет обеспечить выполнение требования о минимальном заглублении фундамента (≥ 05м) в несущий слой исключающее вероятность развития горизонтальных подвижек. Дабы устранить фактор снижения плотности насыпного грунта (возникает за счет образования дополнительной пустотности) т.е. прировнять его свойства к исходному «материнскому» слою в этих местах будет применена механизированная вибротрамбовка с послойным уплотнением.
Расчет и проектирование варианта фундамента на
естественном основании
Проектируется монолитный армобетонный фундамент мелкого заложения на естественном основании под стальную двухветвевую колонну расположенную по осям «И-5» для исходных данных приведенных выше.
Для заглубления базы колонны обрез фундамента принимается на отметке -07м.
1. Определение глубины заложения фундамента.
Первый фактор - учет глубины сезонного промерзания грунта. Грунты основания пучинистые поэтому глубина заложения фундамента (d) от отметки планировки (DL) должна быть не менее расчетной глубины промерзания. Для tвн = +50 и грунта основания представленного супесью с показателем консистенции (текучести) IL=056 ≥ 0 согласно П.2.27 и 2.28 СНиП 2.02.01-83* - «Основания зданий и сооружений»:
d ³ df = Kh×dfn = Kh×d0 = (08+01) х 028 = 208м. + рекомендуемый запас в 01-03м. для фактического заглубления.
* Коэффициент Kh = 08 + 01 = 09 принят как уточненный при последующем расчете в соответствии с указаниями прим.1 к табл.1 СНиП 2.02.01-83* (расстояние от внешней грани стены до края фундамента af > 15м).
Второй фактор - учет конструктивных особенностей здания.
Высота фундамента под стальную колонну должна быть не менее расчетной длины анкера + 100мм. + запас на заглубление базы колонны. Таким образом по второму фактору требуется d = (lан + 01м) + (07-015м) = 12 + 01 + 055 = 13 + 055 = 185м.
Третий фактор - инженерно-геологические и гидрогеологические условия площадки. С поверхности на большую глубину залегает слой №2 представленный достаточно прочной средне-сжимаемой супесью с мякго-пластичной консистенцией (текучестью). Ее условно-расчетное сопротивление (Rусл) = 11520кПа. Подстилающие слои №3 и 4№ по сжимаемости и прочности ей не уступают. В этих условиях учитывая высокий УПВ глубину заложения подошвы фундамента целесообразно принять минимальную однако достаточную из условий промерзания и конструктивных требований.
С учетом всех трех факторов окончательно принимаем высоту фундамента (кратно стандартному строительному модулю в 015м) Нф = 18м. Тогда глубина заложения подошвы фундамента от поверхности планировки (DL на геодезической отметке +4820м) d = Нф + (07-015) = 18 + 055 = 235м.
Абсолютная отметка подошвы фундамента (FL) составляет +4585м.(-2500) что при соблюдении проектно-технических решений (изложены в примечании к заключению П.3 данной пояснительной записки) обеспечивает выполнение требования о минимальном заглублении (≥ 05м) в несущий слой №2.
2. Определение площади подошвы фундамента.
Площадь Атр подошвы фундамента определяем по формуле:
Атр = Ncol II (Rусл - gmt*d) = 137106 (1152 - 20*235) = 2010м2 где
* gmt = 20кНм3 - средний удельный вес материала фундамента (бетона) и грунта на его уступах;
* d = 235м – глубина заложения фундамента от уровня планировки (DL).
3. Выбор фундамента и определение нагрузки на грунт.
Принимаем фундамент подобный типу «ФВ16-2» (серия монолитных железобетонных фундаментов 1.412-277) с 3-ступенчатой плитной частью. Размер подошвы: b = 42м. тогда
Площадь опорной поверхности А =
Объём бетона Vfun = 03(54х42 + 42х30 + 30х18) + 15х12(18 - 3х03) =12204 + 162 = 138м3.
Вычисляем расчетные значения веса фундамента и грунта на его уступах:
Gfun II = Vfun ×gb × gf = 138 × 25 × 10 = 345кН где
* gb = 25кНм3 – значение удельного веса для бетона фундамента;
* gf = 1 – коэффициент надежности по нагрузке при расчете оснований по деформациям (по II-й группе предельных состояний).
Gg II = Vg × kpз × gII × gf = 395 × 095 × 1785 × 10 = 66982кН где
* kpз = 095 – коэффициент разрыхления грунта.
Все нагрузки действующие на фундамент приводим к центру тяжести подошвы:
Qtot II = Qcol II = 691кН
4. Расчетное сопротивление грунта.
Уточняем расчетное сопротивление грунта (R) для принятых размеров фундамента ( b = 4200мм.; d = 2350мм.):
= (10*10)1х(056*1*42*895 + 324(10*1785 + (235-10)*895) + 584*40) = 1414кПа
5. Давление на грунт под подошвой фундамента.
Определяем среднее PII максимальное PII max и минимальное PII min давления на грунт под подошвой фундамента:
= 1052 + 3567 = 14087кПа 12R = 12х1414 = 16968кПа => норма;
= 1052 – 3567 = 6953кПа > 0 => норма;
Т.к. опорный тип грунта относится к категории слабых (R = 1414мПа 150мПа) то выполняем проверку на исключение прогрессирующего крена:
PII max PII min = 14097 6963 = 2 4 => норма
= 1052кПа R = 1414кПа => норма.
Все условия ограничения давлений выполнены.
Чертеж фундамента на естественном основании и эпюра контактных давлений по его подошве приведены на рис.6 (Приложение В).
6. Расчет осадки методом послойного суммирования.
Для расчета осадки фундамента методом послойного суммирования составляем расчетную схему совмещенную с геологической колонкой по оси фундамента «И-5».
Напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента (при планировке срезкой) в соответствии с П.1 прил.2 СНиП 2.02.01-83*:
szg 0 = gII × dw + gsb II×(d - dw) = 1785 х 10 + 895(235 – 10) = 2993кПа.
Дополнительное вертикальное давление на основание от внешней нагрузки на уровне подошвы фундамента:
szp 0 = P0 = PII mt - szg 0 = 1052 – 2993 = 7537кПа
Соотношение сторон подошвы фундамента: = l b = 54 42 = 13
Значения коэффициента a устанавливаем по табл.1 прил.2 СНиП 2.02.01-83*
Для удобства пользования указанной таблицей (из условия = 2zi b = 04) принимаем толщину элемента слоя грунта zi = 02b = 02 х 42 = 084м.
Дальнейшие вычисления сводим в таблицу 8.
Таблица 8 - Определение осадки фундамента на естественном основании:
Граница слоя супеси и глины туго-пластичной условно смещена до глубины z Граница туго-пластичной и полутвердой глины до глубины zi = 42м. от подошвы (фактическое положение на глубине z = 442м).
На уловной глубине Hc = 672м.(фактическая сжимаемая толщина основания = 626м) от подошвы фундамента выполняется условие СНиП 2.02.01-83* (прил.2 П.6) ограничения глубины сжимаемой толщи (ГСТ) основания: szp= 1500кПа » 02szg = 02 х 887 = 177кПа.
Поэтому послойное суммирование деформаций основания производим в пределах от подошвы фундамента до ГСТ.
Осадку основания определяем по формуле:
здесь согласно П.1 прил.2 СНиП 2.02.01-83* безразмерный коэффициент () = 08
Условие S = 24см. Su = 120см. выполняется (предельное значение совместной деформации основания и сооружения Su = 120см. принято по ПП.1 таблицы прил.4 СНиП 2.02.01-83*).
Расчетная схема распределения напряжений в основании фундамента на естественном основании (по оси «И-5») приведена на рис.7 (Приложение В).
Расчет и проектирование варианта фундамента на искусственном
основании в виде песчаной распределительной подушки
1. Глубина заложения фундамента.
Аналогично принципу проектирования фундамента на естественном основании назначаем глубину заложения подошвы d = 235м. Принимаем для устройства подушки песок крупно- или среднезернистый плотный имеющий проектные характеристики:
+ Модуль деформации - E = 45мПа;
+ Коэффициент пористости - е = 050;
+ Расчетное значение удельного веса сухого грунта - gп II = 202кНм3;
+ Удельный вес частиц - gп s = 26-27кНм3;
+ Удельный вес грунта расположенный ниже УПВ - gп sb = n s - w) (1 + e) = 107кНм3
2. Определение требуемой площади подошвы фундамента.
Для определения площади подошвы фундамента (Атр) принимаем расчетное сопротивление материала песчаной подушки из среднезернистого песка (согласно табл.2 прил.3 СНиП 2.02.01-83* - «Основания зданий и сооружений) R0 = 500кПа.
Тогда Атр = Ncol II (Rусл - gmt×d) = 137106 (500 - 20*235) = 303м2
В соответствии с требуемой величиной площади подошвы Атр = 303м2 и высотой фундамента Нф = d - (07-015) = 235 - 055 = 18м. подбираем размеры проектируемой конструкции.
Принимаем фундамент с минимально допускаемой площадью подошвы подобный типу «ФВ4-2» (серия монолитных железобетонных фундаментов 1.412-277) с 1-ступенчатой плитной частью. Размер подошвы: b = 18м. тогда
Объём бетона Vfun = 21х18х03 + 15х12х(18 - 03) = 1134 + 27 = 383м3.
Вычисляем расчетное значение веса фундамента и грунта на его уступах:
Gfun II = Vfun × gb × gf = 383 × 25 × 10 = 9575кН;
Gg II = Vg × Kрз × gII × gf = 505 × 095 × 1785 × 1 = 8564кН.
Уточняем расчетное сопротивление (R) песка подушки для принятых размеров фундамента ( b = 1800мм.; d = 2350мм.) по формуле 2 прил.3 СНиП 2.02.01-83*:
R = R0[1 + k1(b - b0) b0] + k2 × g`II(d - d0) = 500[1 + 0125(18 - 10) 10] + 025 × 107(235 - 20) = 55094кПа здесь
* b0 = 10м. – Условная ширина фундамента согласно П.3 прил.3 СНиП 2.02.01-83*;
* d0 = 20м. – Условная глубина заложения фундамента согласно П.3 прил.3 СНиП 2.02.01-83*;
* k1 = 0125 – Коэффициент принимаемый для оснований сложенных крупнообломочными и песчаными грунтами кроме пылеватых песков;
* k2 = 025 – Коэффициент принимаемый для оснований сложенных крупнообломочными и песчаными грунтами кроме пылеватых песков;
* g`II = gn sb = 107 кНм3 - Расчетное значение удельного веса грунта расположенного выше подошвы фундамента.
5. Давление на подушку под подошвой фундамента.
Определяем максимальное PII max давление на распределительную песчаную подушку фундамента:
= 4107 + 55034 = 96104кПа > 12R = 12х55094 = 66113кПа => Краевое давления при действии изгибающего момента вдоль поперечной оси фундамента превышает допускаемое значение (П.2.49 СНиП 2.02.01-83*) т.е. проверочное условие не выполняется.
В результате принимаем фундамент с большей площадью подошвы подобный типу «ФВ7-2» (серия монолитных железобетонных фундаментов 1.412-277) с 2-ступенчатой плитной частью. Размер подошвы: b = 21м. тогда
Объём бетона Vfun = 03(27х21 + 21х12) + 15х12х(18 - 2х03) = 2457 + 216 = 462м3.
Корректируем расчетные значения веса фундамента и грунта на его уступах:
Gfun II = Vfun × gb × gf = 462 × 25 × 10 = 1155кН;
Gg II = Vg × Kрз × gII × gf = 87 × 095 × 1785 × 1 = 14753кН.
Уточняем значения нормальных (продольных) усилий действующие на фундамент которые приводим к центру тяжести подошвы:
Ntot II = Ncol II + Gg II + Gfun II = 137106 + 14753 + 1155 = 16341кН.
Уточняем расчетное сопротивление (R) песка подушки:
R = R0[1 + k1(b - b0) b0] + k2 × g`II(d - d0) = 500[1 + 0125(21 - 10) 10] + 025 × 107(235 - 20) = 57236кПа.
Определяем максимальное PII минимальное PII min и среднее PII mt давления на распределительную песчаную подушку фундамента:
= 2882 + 28536 = 57356кПа > 12R = 12х57236 = 68683кПа => норма;
= 2882 – 28536 = 284кПа > 0 => норма;
= 2882 R = 57236кПа => норма.
Все требования по ограничению давлений выполнены.
6. Определение толщины распределительной подушки.
Требуемую толщину подушки находят методом последовательных попыток исходя из необходимости ограничения давления по подошве подушки величиной Rz кПа расчетным сопротивлением грунта подстилающего слабого слоя в соответствии с условием проверки (П.2.48 СНиП 2.02.01-83*) szp + szg Rz где
* szp и szg – вертикальные напряжения в грунте на глубине z = hп от подошвы фундамента соответственно от собственного веса грунта и дополнительное от нагрузки на фундамент кПа.
* Rz – Расчетное сопротивление грунта пониженной прочности на глубине z кПа для условного фундамента шириной
Назначаем в первом приближении толщину песчаной подушки hп = 09м. Проверяем выполнение условия szp + szg Rz:
а) szg = gII × dw + gsb II(d – dw) + gsb п × z = 1785 × 10 + 895(235 – 10) + 107 × 09 = 3956кПа;
б) szp = a(PII mt – szg 0) = 081(2882 – 2993) = 2092кПа где
* szg 0 = gII × dw + gsb II(d - dw) = 1785 × 10 + 895(235 – 10) = 2993кПа;
* a = 081 для = 2z b = 2х09 21 = 086 и = l b = 27 21 = 13
Коэффициент a определен интерполяцией по табл.1 прил.2 к СНиП 2.02.01-83*;
в) Аz = Ntot II szp = 155245 2092 = 742м2;
= (10*10)1х(056*1*244*895 + 324(10*1785 + (235-10)*895 + 09*107) + 584*40) = 16377кПа
szp + szg = 2092 + 3956 = 24876 > Rz = 16377кПа
Условие П.2.48 СНиП 2.02.01-83* не выполняется.
Увеличиваем толщину песчаной подушки hп = 16м. тогда:
szg = 1785 × 10 + 895(235 – 10) + 107 × 16 = 4705кПа;
szg 0 = 2993кПа; a = 0545 при = 2х16 21 = 152 и = 13;
szp = 0545(2882 – 2993) = 14076кПа;
Аz = 155245 14076 = 1103м2;
Rz = (10*10)1х(056*1*30*895 + 324(10*1785 + (235-10)*895 + 16*107) + 584*40) = 19085кПа
szp + szg = 14076 + 4705 = 18781 Rz = 19085кПа
Условие проверки выполняется
Чертеж фундамента на искусственном основании в виде песчаной распределительной подушки и эпюра контактных давлений по его подошве приведены на рис.8 (Приложение Г).
7. Расчет осадки методом послойного суммирования.
Напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента при планировке срезкой в соответствии с П.1 прил.2 СНиП 2.02.01-83*:
szg 0 = gII × dw + gsb II × (d - dw) = [1785 х 10 + 895(235 – 10)] = 2993кПа.
szp 0 = P0 = PII mt - szg 0 = 2882 – 2993 = 25827кПа
Соотношение сторон подошвы фундамента: = l b = 27 21 = 13
Для удобства пользования указанной таблицей (из условия = 2zi b = 04) принимаем толщину элемента слоя грунта zi = 02b = 02 х 21 = 042м.
Примечание. Песчаная подушка учитывается при расчете осадки в виде слоя песчаного грунта с модулем деформации E = 45мПа (45000кПа) gп sb = 107кНм3
Дальнейшие вычисления сводим в таблицу 9.
Таблица 9 - Определение осадки фундамента на искусственном основании:
Граница распределительной песчаной подушки и слоя супеси условно смещена до глубины z Граница слоя супеси и слоя глины туго-пластичной до глубины z Граница туго-пластичной и полутвердой глины до глубины zi = 42м. от подошвы (фактическое положение на глубине z = 442).
На условной глубине Hc = 630м.(фактическая сжимаемая толщина основания = 627м) от подошвы фундамента выполняется условие СНиП 2.02.01-83*(прил.2 П.6) ограничения глубины сжимаемой толщи (ГСТ) основания: szp= 168кПа » 02szg = 02 х 850 = 170кПа. Поэтому послойное суммирование деформаций основания производим в пределах от подошвы фундамента до ГСТ.
Условие расчета по второй группе предельных состояний выполняется: S = 24см. Su = 120см.(максимальная осадка основания Su = 120см. принято по ПП.1 таблицы прил.4 СНиП 2.02.01-83*).
Расчетная схема распределения напряжений в основании фундамента на искусственном основании (по оси «И-5») приведена на рис.9 (Приложение Г).
Расчет и проектирование свайного варианта фундамента
Рассмотрим вариант свайного фундамента из забивных висячих свай (свай трения) сечением 300x300мм. погружаемых дизельным или гидравлическим молотом без предварительной выемки грунта.
1. Глубина заложения подошвы ростверка.
Глубина заложения подошвы ростверка назначается из условия обеспечения конструктивных требований и исключения влияния сил морозного пучения.
Расчетная глубина промерзания грунта от поверхности планировки DL равна df = 208м. + рекомендуемый запас в 01-03м. для фактического заглубления.
По конструктивным требованиям также как и для фундамента на естественном основании верх ростверка должен быть на отметке – 0700. Стандартные размеры подколонника в плане: lcf x bcf = 1500 x 1200мм.
Учитывая конструктивных особенностей здания высота ростверка под стальную колонну должна быть не менее расчетной длины анкера + 100мм. + запас на заглубление базы колонны. Таким образом требуется глубина заложения d = (lан + 01м) + (07-015м) = 12 + 01 + 055 = 13 + 055 = 185м.
Для дальнейших расчетов принимаем высоту ростверка (кратно стандартному строительному модулю в 015м) hr = 165м. Тогда глубина заложения подошвы ростверка от поверхности планировки (DL на геодезической отметке +4820м) d = hr + (07-015) = 165 + 055 = 22м. Абсолютная отметка подошвы ростверка (FL) составляет +4570м.(-2350).
2. Необходимая длина свай.
В качестве несущего слоя забивной сваи трения принимаем слой №4 - «Глина полутвердая мало-сжимаемая». Способ сопряжения свай с ростверком – шарнирный.
Согласно П.7.10 СНиП 2.02.03-85* нижний конец свай следует заглублять в прочные грунты прорезая более слабые напластования грунтов. При этом заглубление забивных свай в грунты принятые за основание под их нижние концы должно быть: в крупнообломочные гравелистые крупные и средней крупности песчаные пылевато-глинистые грунты с показателем текучести IL 01 - не менее 05м. а в прочие нескальные грунты - не менее 10м.
Тогда необходимая длина сваи должна быть не менее: lсв = h1 + h2 + h3 = 015 + 457 + (min.05) = 522м. здесь
* h1 – Размер заделки сваи в ростверк (при шарнирном сопряжении ростверка и свай рекомендуется предварительно принять = 15см.);
* h2 – Толщина прорезаемых сваей слабых слоев грунта;
* h3 – Требуемое заглубление нижних концов свай в несущий слой грунта (толщина несущего слоя под нижними концами свай с целью исключения возможности продавливания этого слоя сваями должна быть не менее 5dсв т.е. ≥ 5х03 = 15м)
Изначально (в первом приближении) принимаем типовую железобетонную сваю С100.30-6 (ГОСТ 19804.1-79 или Серии 1.011.1-10 вып.1) сплошного квадратного сечения длиной L = 10м.(10250*300*300мм) со стальной ненапрягаемой арматурой класса А-III 412. Класс бетона сваи по прочности на сжатие В20 (марка М250) объем бетона = 091м3.сваи = 2275т. Толщина защитного слоя бетона аb = 20мм.
3. Несущая способность одиночной сваи.
Определяем несущую способность одиночной сваи из условия сопротивления грунта основания по формуле (8) СНиП 2.02.03-85* - «Свайные фундаменты»:
Fd = gC × (gCR × R × A + × gcf × fi × hi) где
* gc - Коэффициент условий работы сваи в грунте принимаемый для забивных свай трения = 1;
* R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи кПа (тсм2);
* A - площадь опирания на грунт сваи м2;
* - наружный периметр поперечного сечения сваи м.;
* gcR и gcf - коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи учитывающие влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления грунта.
В соответствии с расчетной схемой сваи из табл.1 СНиП 2.02.03-85* устанавливаем (посредством интерполяции) для глины полутвердой консистенции (показатель текучести IL = 01(≤02)) при глубине погружения нижнего конца z = 1278м. расчетное сопротивление R = 7411кПа.
Для определения fi расчленяем каждый однородный пласт грунта (инженерно-геологический элемент) на слои Li 2м. и устанавливаем среднюю глубину расположения zi каждого слоя считая от уровня природного рельефа (отн.отм.+058). Затем по табл.2 СНиП 2.02.03-85* используя в необходимых случаях интерполяцию устанавливаем:
для супеси при IL = 056 и z1 = 393м. f1 = 1826кПа;
для супеси при IL = 056 и z2 = 539м. f2 = 2119кПа;
для глины туго-пластичной при IL = 03 и z3 = 667м. f3 = 4267кПа;
для глины полутвердой при IL = 01 и z4 = 850м. f4 = 6275кПа;
для глины полутвердой при IL = 01 и z5 = 1050м. f5 = 6570кПа;
для глины полутвердой при IL = 01 и z6 = 1214м. f6 = 680кПа
Площадь опирания сваи на грунт А = 03 х 03 = 009м2 периметр = 03 х 4 = 12м. Для сваи сплошного сечения погружаемой забивкой дизельным или гидравлическим молотом (без бурения лидерных скважин) по П.1 табл.3 СНиП 2.02.03-85* gCR = gCf = 1
Тогда Fd =1×[1х7411х009 + 12х1×(1826х20 + 2119х091 + 4267х166 + 6275х20 + 6570х20 + 680х128)] = 6670 + 12х4706 = 667 + 5647 = 12317кН
4. Требуемое число свай.
Определяем требуемое число свай в фундаменте в первом приближении (при Ncol I = 16453кН) по формуле: где
* gk - Коэффициент надежности принимаемый по П.3.10 СНиП 2.02.03-85* = 14;
* gmt – Среднее значение удельного веса материала ростверка и грунта на его уступах = 20кНм3;
* d - Глубина заложения подошвы ростверка от поверхности планировки (DL) = 220м.;
* (3dсв)2 – Площадь подошвы ростверка приходящаяся на одну сваю при минимальном расстоянии между сваями 3dсв;
* gg - Коэффициент надежности по грунту = 14;
* k – Коэффициент увеличения числа свай косвенно учитывающий влияние момента и поперечной силы (рекомендуется принимать = 12-13);
* gn - Коэффициент надежности по назначению здания или сооружения равный 10; 095 и 09 соответственно для зданий и сооружений I II и III классов принимаемый = 095 в соответствии со СНиП 2.01.07-85* - «Нагрузки и воздействия».
В результате n = [(16453 х 14) (11376 – 20 х 22(3х03)2 х 14)] х 13 х 095 = 241
Принимаем количество свай n = 3
5. Размещение свай в кусте.
Размещаем сваи в кусте по типовой схеме. Окончательно размеры подошвы ростверка назначаем придерживаясь унифицированных размеров в плане кратных строительному модулю 03м. и по высоте кратных 015м.
6. Вес ростверка и грунта на его уступах.
Определим вес ростверка и грунта на его уступах:
Объем ростверка: Vr = 15х15х06 + 15х12х105 = 135 + 189 = 324м3;
Объем грунта: Vgr = l × b × d – Vr = 15х15х22 - 324 = 495-324 = 171м3.
Вес ростверка и грунта: Gr + Ggr = (Vr × gb + Vgr × kрз × gII)×gf = (324х25 + 171х095х1785)х12 = (810 + 290)х12 = 110х12 = 1320кН здесь
* gf = 12 – коэффициент надежности по нагрузке при расчете оснований по несущей способности (по I-й группе предельных состояний).
7. Определение окончательных нагрузок.
Все действующие нагрузки приводим к центру тяжести подошвы ростверка:
Mtot I = Mcol I + Qtot I × hr = 7244 + 829х165 = 8612кН*м.
8. Проверка нагрузок на крайние сваи.
Определяем расчетные нагрузки передаваемые на крайние сваи в плоскости подошвы ростверка по формуле (3) СНиП 2.02.03-85*:
= (59243 ± 57413)кН где
* yi - расстояния от главной поперечной оси (Y) до оси каждой сваи для которой вычисляется расчетная нагрузка м.
Проверяем выполнение условий:
NI max = 59243 + 57413 = 116656кН > 12Fd gk × gn = 12х12317 14х095 = 111131кН => Расчетная нагрузка передаваемая на крайние сваи превышает допустимое значение т.е. проверочное условие не выполняется.
В результате следует увеличить длину или количество свай. Экономически более выгоден 1-й вариант решения поэтому примем типовую железобетонную сваю С110.30-6 (ГОСТ 19804.1-79 или Серии 1.011.1-10 вып.1) сплошного квадратного сечения длиной L = 11м.(11250*300*300мм) со стальной ненапрягаемой арматурой класса А-III 412. Класс бетона сваи по прочности на сжатие В20 (марка М250) объем бетона = 10м3.сваи = 25т. Толщина защитного слоя бетона аb = 20мм.
По аналогии с П.6.3 вначале корректируем расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи (R): Для пылевато-глинистых грунтов с показателем текучести IL = 01 и глубине погружения нижнего конца z = 1378м. R = 74512кПа.
Также по аналогии с П.6.3 находим сопротивления дополнительных слоев грунта по увеличившейся боковой поверхности сваи трения:
для глины полутвердой при IL = 01 и z6’ = 1250м. f6’ = 685кПа;
для глины полутвердой при IL = 01 и z7 = 1364м. f7 = 701кПа
Тогда несущая способность одиночной сваи из условия сопротивления грунта основания:
Fd = 1×[1х74512х009 + 12х1×(1826х20 + 2119х091 + 4267х166 + 6275х20 + 6570х20 + 685х2 + 701х028)] = 6706 + 12х54016 = 6706 + 6482 = 13188кН.
Определяем максимальное NI минимальное NI min и среднее NI mt давления передаваемые на крайние сваи в плоскости подошвы ростверка:
NI mt = 59243кН Fd gk × gn = 13188 14х095 = 9916кН => норма.
9. Предварительная проверка свай по прочности материала.
Выполним предварительную проверку сваи по прочности материала по графикам и указаниям учебно-методического пособия.
Приближенность этой проверки состоит в том что продольный изгиб сваи не учитывается а сама она рассматривается как стержень жестко защемленный в грунте в сечении расположенном от подошвы ростверка на расстоянии l1 = 2 a e где a e - коэффициент деформации 1м определяемый по формуле (11) прил.1 к СНиП 2.02.03-85*:
* Начальный модуль упругости бетона класса В20 подвергнутого автоклавной обработке (пропарка при повышенном давлении и температуре) по табл.18 СНиП 2.03.01-84* - «Бетонные и железобетонные конструкции» Еb = 20х103мПа (20х106кПа);
* Момент инерции поперечного сечения сваи = 034 12 = 0675х10-3м4;
* Условная ширина сечения сваи bp = 15dсв + 05 = 15х03 + 05 = 095м.;
* Коэффициент пропорциональности К по табл.1 прил.1 к СНиП 2.02.03-85* для супеси мягко-пластичной консистенции (IL = 056) принимаем по интерполяции К = 1073мНм4 (10730кНм4);
* Коэффициент условий работы gс = 1
В результате a e = [(1073 х 095) (1 х 20×103 х 0675×10-3)]15 = (102 135)15 = 0945м-1.
Глубина расположения условной заделки сваи от подошвы ростверка (согласно П.3.7 СНиП 2.02.03-85*) l1 = 2 a e = 2 0945 = 212м.
В заделке (сечении сваи на расстоянии l1 от подошвы ростверка) действуют два усилия:
а) Продольная сила NI ma
б) Изгибающий момент = 586кН*м.
Точка соответствующая значениям указанных усилий лежит на графике выше кривой для принятой сваи (сплошное сечение 300х300мм. бетон класса В20 стержневая ненапряженная стальная арматура класса А-III 4шт.12) следовательно предварительная проверка показывает что прочность сваи по материалу не обеспечена. Сложившаяся ситуация имеет как минимум четыре варианта решения либо их различные сочетания:
Увеличить количество свай в кусте. Расчет показывает что увеличение количества свай (n) до 4-х в качестве отдельной меры не обеспечивает необходимого запаса прочности по материалу.
Дальнейший рост числа свай автору проекта представляется экономически нерентабельным а также потребует перерасчетов с П.6.3 по П.6.8 и изменений размеров ростверка;
Увеличить поперечное сечение свай иили марку бетона например С110.35-8 (ГОСТ 19804.1-79 или Серии 1.011.1-10 вып.1) на бетоне класса В25 = свая 11250*350*350мм. со стальной ненапрягаемой арматурой 414 класса А-III.
Данный пункт также потребует перерасчета предыдущих вычислений а также вынуждает применять копровую установку с более мощным дизельным или гидравлическим молотом;
Увеличить поперечное сечение продольной арматуры. В данном случаи потребуется использовать стержни из стали класса А-III диаметром ≥ 22мм. что увеличивает себестоимость свай. Кроме того сваи с таким армированием не входят в перечень серийно выпускаемой продукции заводов ЖБИ т.е. помимо повышенной материалоемкости будет иметь место дополнительная наценка за нетиповое исполнение заказа;
Использовать сваи с предварительно напряженными продольными прутками арматурного каркаса например СН11-30-АтIVС (ГОСТ 19804.2-79 или Серии 3.500.1-1).
Судя по графикам для проверки прочности сечения от эксцентриситета нагрузок (прил.2 ГОСТ 19804.2-79 - «Сваи забивные железобетонные цельные сплошного квадратного сечения с поперечным армированием ствола с напрягаемой арматурой») здесь также необходимо увеличить сечение арматуры иили самой сваи.
Наиболее простым (в силу ограниченности времени на выполнения курсового проекта) представляется комплексный вариант сочетающий увеличение количества свай до 4-х с одновременным принятием продольной арматуры большего диаметра. Вместе с тем в целях экономии представляется возможным уменьшить длину свай до 8м. т.е. менее первоначально рассматриваемого варианта.
Схема размещения свай в плане и эскиз ростверка приведены на ис.10 (Приложение Д).
Для дальнейших расчетов принимаем железобетонную сваю С80.30-9 (ГОСТ 19804.1-79 или Серии 1.011.1-10 вып.1) сплошного квадратного сечения длиной L = 8м.(8250*300*300мм) со стальной ненапрягаемой арматурой класса А-III 416. Класс бетона сваи по прочности на сжатие В25 (марка М300) объем бетона = 073м3.сваи = 1825т. Толщина защитного слоя бетона аb = 20мм.
Вновь по аналогии с П.6.3 вначале корректируем расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи (R): Для пылевато-глинистых грунтов с показателем текучести IL = 01 и глубине погружения нижнего конца z = 1078м. R = 73312кПа.
Также в соответствии с П.6.3 находим новое значение сопротивления слоя грунта по боковой поверхности сваи трения:
для глины полутвердой при IL = 01 и z5” = 1014м. f5” = 652кПа
Тогда несущая способность одиночной сваи:
Fd = 1×[1х73312х009 + 12х1×(1826х20 + 2119х091 + 4267х166 + 6275х20 + 652х128 )] = 6598 + 12х33559 = 6598 + 40271 = 10625кН.
Расчетная схема к определению несущей способности сваи по грунту приведена на рис.11 (Приложение Д).
Давления передаваемые на крайние сваи в плоскости подошвы ростверка:
Среднее NI mt = 4443кН 10625 14х095 = 79887кН => норма.
Все требования по ограничению давлений вновь выполнены.
Чертеж свайно-ростверкового фундамента и эпюра контактных давлений по его подошве приведен на рис.12 (Приложение Д).
Также (в связи с увеличением количества свай в кусте) уменьшится изгибающий момент в условной заделки сваи расположенной на глубине l1 = 212м. от подошвы ростверка:
М1 = H1 х l1 = (Qtot I n)×l1 = (829 4)×212 = 4394кН*м
Точка соответствующая значениям указанных усилий лежит на графике ниже кривой для принятой сваи (сплошное сечение 300х300мм. бетон класса В25 стержневая ненапряженная арматура А-III 416) следовательно данная предварительная проверка показывает что прочность сваи по материалу обеспечена.
10. Расчет ростверка на продавливание колонной.
Для изготовления монолитного ростверка принимаем тяжелый бетон класса В20 (марка М250) тогда сопротивление осевому растяжению Rbt = 09мПа (табл.13 СНиП 2.03.01-84*). Рабочую высоту сечения принимаем h0 = 1650 – 150 = 1500мм.
Расчетное условие имеет следующий вид:
Выраженной плитной части данный ростверк он не имеет ограничиваясь небольшими уширениями ((1500-1200)2 = 3002 = 150мм) пеньковой части с 2-х сторон от оси «5» на расстоянии 1050мм. от обреза фундамента.
Схема к расчету ростверка на продавливание колонной каркаса приведена на рис.13 (Приложение Д).
* С1 = 0; С2 = 100мм. – Расстояние от края опорной стальной плиты до наружной грани свайных рядов.
Коэффициент надежности по назначению сооружения gn = 095.
Значения реакций свай от нагрузок на ростверк по верхней горизонтальной грани:
= 4113 + 3622 = 7735кН
Величина продавливающей силы определяется по формуле:
= 2х2F = 2х2х7735 = 30940кН
Предельная величина продавливающей силы которую может воспринять ростверк с принятой высотой:
= 29160кН >> gn × Fper = 095х3094 = 29393кН
Таким образом прочность ростверка на продавливание колонной каркаса обеспечена с многократным запасом
11. Расчет свайного фундамента по деформациям.
Выполним расчет свайного фундамента по деформациям на совместное действие вертикальной и горизонтальной нагрузок + момента по формуле 14 прил.1 к СНиП 2.02.03-85*:
Проверяем выполнение условия: gn × HI ≤ Hel
Горизонтальная нагрузка на голову сваи равна: HI = Qtot I n = 829 4 = 20725кН
* Коэффициент деформации ae = 0945м-1 (П.6.9 настоящего расчета);
* Условная ширина сечения сваи bp = 095м. (П.6.9 настоящего расчета);
* Прочностной коэффициент пропорциональности для супеси мягко-пластичной консистенции (IL = 056) посредством интерполяции данных табл.1 прил.1 СНиП 2.02.03-85* равен: a = 5595кНм3.
* Приведенное значение продольной силы для приведенной глубины погружения сваи в грунт = lсв × ae = (80-015)×0945 = 785х0945 = 742 > 4 следовательно определяем по табл.2 прил.1 к СНиП 2.02.03-85* (шарнирное сопряжение сваи с ростверком) для приведенной длины участка сваи = 4 и = 0 (уровень подошвы): = 0409
Тогда Hel = (0409х5595х095) 09452 = 2434кН
Так как сила Hel = 2434кН > gn × HI = 095 × 20725 = 197кН то расчет ведем по первой (упругой) стадии напряженно-деформированного состояния системы свая-грунт (т.е. считаем что свая и грунт работают как упругие тела).
При шарнирном опирании низкого ростверка на сваи М0 = 0; H0 = Qtot II n; l0= 0 следовательно формулы (30) и (31) по П.12 прил.1 к СНиП 2.02.03-85* примут вид:
Определяем перемещение в уровне подошвы ростверка от единичной горизонтальной силы НII = 1:
= 1 (09453 х 20×106 х 0675х10-3)×2441 = 0000214мкН;
= 1 (09452 х 20×106 х 0675х10-3)×1621 = 0000134 1кН где
безразмерные коэффициенты А0 и В0 приняты по табл.5 прил.1 к СНиП 2.02.03-85* для приведенной глубины погружения сваи = 4м.
u0 = up = (691 4)×0000214 = 00037м.;
= p = (691 4)×0000134 = 00023рад.
Так как предельные значения угла поворота головы сваи не установлены в задании на проектирование то из расчета up = 037см. uu = 1см. можно констатировать что условие ограничения горизонтального перемещения головы сваи выполнено.
12. Расчет устойчивости основания.
Выполним расчет устойчивости основания окружающего сваю по условию (35) прил.1 к СНиП 2.02.03-85* ограничивающему расчетное давление z передаваемое на грунт боковыми поверхностями сваи:
z ≤ (z)u = (1 × 2 × 4cosφI)×(gI × Z × tgφI + × cI) где
* Расчетный удельный (объемный) вес грунта не нарушенной структуры определяемый с учетом взвешивания в воде (для слоя №2 - «Супесь средне-сжимаемая мягко-пластичная») gI = gsb I = 895кНм3;
* Угол внутреннего трения грунта φI = 190;
* Удельное сцепление грунта cI = 20кПа;
* Коэффициент 1 = 1 кроме случаев расчетов фундаментов распорных сооружений (например распорных пролетных строений) в которых он принимается равным 07;
* Коэффициента 2 (учитывает долю постоянной нагрузки в суммарной нагрузке) устанавливаем по формуле (26) прил.1 к СНиП 2.02.03-85*. Для этого воспользуемся данными табл.5 (П.2 настоящего расчета) из которой следует что момент от внешних постоянных нагрузок в сечении на уровне нижних концов свай составит для оси «И»:
● Мс = Мп(1) + Qп(1)×(lсв + hr) = 2247 + 101×(8-015 + 165) = 2247 + 101(785 + 165) = 2247 + 101х95 = 32065кН*м
Момент от временных нагрузок в том же сечении составит:
● Мt = Мв(2) + Mв(3) + Mв(4) + (Qв(2) + Qв(3) + Qв(4))×(l + hr) = 0 + 3790 + 103 + (0 + 590 + 08)×(785 + 165) = 3893 + 598х95 = 9574кН*м
В результате = (32065 + 9574) (25х32065 + 9574) = 073
Расчетное давление на грунт (z) кПа боковой поверхности сваи определяем по формуле (36) и указаниям П.13 прил.1 к СНиП 2.02.03-85*:
- При низком ростверке с учетом того что = 742 > 25 расчетное давление на грунт (z) определяем на глубине Z = 085 ae = 085 0945 = 09м. отсчитываемой от его подошвы;
- Приведенная глубина () определяется по формуле (5) прил.1 к СНиП 2.02.03-85* в зависимости от значения действительной глубины Z для которой определяются значения давления z: = Z × ae = 09х0945 = 085;
- Для этой приведенной глубины () по табл.4 прил.1 СНиП 2.02.03-85* имеем:
А1 = 0996; В1 = 0849; С1 = 0363; D1 = 0103;
- Расчетное значение изгибающего момента в рассматриваемом сечении сваи М0 = 0 т.к. имеется шарнирное сопряжение свай с низким ростверком;
- Расчетное значение поперечной силы в рассматриваемом сечении сваи при шарнирном сопряжении свай с низким ростверком: H0 = Qtot II n = 691 4 = 1728
В результате = 9651323×(0003685 – 0002066 + 0000156) = 9651323х 0001775 = 1713кПа.
Как видно z = 1737кПа > (z)u = (10 х 073 х 4cos190)×(895 х 09 х tg190 + 06 х 20) = 1227кПа т. е. устойчивость грунта окружающего сваю не обеспечена.
Как следует из примечания к П.13 прил.1 СНиП 2.02.03-85* если расчетное горизонтальные давления на грунт z не удовлетворяют условию (35) но при этом несущая способность свай по материалу недоиспользована и их перемещения меньше предельно допускаемых значений то при приведенной глубине свай > 25м. расчет следует повторить приняв уменьшенное значение коэф-та пропорциональности К
По табл.1 прил.1 к СНиП 2.02.03-85* для супеси пластичной принимаем новое (минимальное) значение коэффициента пропорциональности К = 70мНм4 (7000кНм4).
Корректируем значение расчетного горизонтального давления на грунт:
z = (7000 0945)×085 х 0001775 = 62963 х 0001775 = 112кПа
В итоге z = 112кПа (z)u = 1227кПа т.е. в подобном случаи устойчивость окружающего сваю грунта обеспечена.
13. Несущая способность сваи по прочности материала.
Определим несущую способность сваи по прочности материала.
Характеристики сваи:
* Расчетное сопротивление бетона для предельных состояний 1-й группы (так называемая «призменная прочность») при классе бетона по прочности на сжатие В25 согласно табл.13 СНиП 2.03.01-84* Rb и Rbt = 145мПа (145×103кПа);
* Расчетное сопротивление (растяжению и сжатию) стержневой арматуры для предельных состояний 1-й группы (при расчете по несущей способности) согласно табл.22 СНиП 2.03.01-84* для стали класса А-III 10-40мм. Rs = Rsc = 365мПа (365×103кПа);
* Сторона сечения сваи b = dсв = 30см.;
* Расстояние от осей растянутых и сжатых стержней арматуры до ближайшей грани сечения сваи а = а’ = 3см.;
* Рабочая высота поперечного сечения сваи h0 = dсв – а` = 30 – 3 = 27см.;
* Половина площади сечения всех продольных арматурных стержней (в данном случаи 4шт.16мм) в поперечном сечении сваи Аs = Аs’ = (4×(314х082)) 2 = (4х2) 2 = 8 2 = 40см2 (40х10-4м2).
Из формулы (37) прил.1 к СНиП 2.02.03-85* для указанных характеристик сваи получаем следующее выражение для определения моментов (Мz) в сечениях сваи на разных глубинах (Z) от подошвы ростверка:
= 535A3 – 3521B3 + 0 + 2196D3
Результаты дальнейших вычислений имеющих целью определение максимального изгибающего момента (Мz max I) сводим в табл.10 причем при назначении фактической глубины расположения сечения сваи в грунте (Z) используем соотношение = Z × a e (Z = a e) в котором значения приведенной глубины () принимаем по табл.4. прил.1 к СНиП 2.02.03-85*.
Таблица 10 - Результаты вычислений изгибающих моментов:
Как видно из таблицы Мz max I = 1848кН*м действует на глубине Z = 212м.
Эксцентриситеты продольной силы для наиболее и наименее нагруженных свай составляют соответственно:
e02 = Мz max I Nmin I = 1848 137 = 135м.(135см).
Определим значения случайных эксцентриситетов по П.1.21. СНиП 2.03-01-84* для расчетной длины l1 = 2 a e = 2 0945 = 212м.(212см) и поперечного размера сваи dсв = 30см:
) ea2 = dсв 30 = 30 30 = 10см.;
Так как полученные значения эксцентриситетов е01 и е02 больше еai оставляем эти значения для дальнейшего расчета свай по П.3.20 СНиП 2.03.01-84*.
Находим расстояния от точек приложения продольных сил Nmax I и Nmin I до равнодействующей усилий в арматуре (S):
e1 = e01 + (h0 - a’) 2 = 21 + (27 - 3) 2 = 141см.(0141м);
e2 = e02 + (h0 - a’) 2 = 135 + (27 - 3) 2 = 147см.(147м).
Определим высоту сжатой зоны бетона по формуле (37) СНиП 2.03.01-84*:
Граничное значение относительной высоты сжатой зоны по таблице примечания 8 П.2.3.12 учебного пособия составляет для растянутой стальной арматуры А-III и бетона класса В25: xR = 0563.
x1 = x1 h0 = 201 27 = 0744 > xR = 0563 поэтому уточняем значения x1 в соответствии с указаниями примечания 8 к П.2.3.12 учебного пособия:
откуда x1 = х h0 = 068 х 27 = 1836см.(0184м).
Проверяем прочность сечения сваи по формуле (36) СНиП 2.03.01-84*:
Несущая способность свай по прочности материала в наиболее нагруженных сечениях обеспечена.
14. Расчет осадки основания свайного фундамента.
Определяем размеры и вес условного фундамента (по указаниям П.6.1 СНиП 2.02.03-85*):
Размеры свайного поля по наружному обводу: l х b = 15х15м.
Размеры площади подошвы условного массива:
= 15 + 2 × 785 × tg 4410 = 271м.;
= 15 + 2 × 785 × tg 4410 = 271м.
Глубина заложения условного массива от планировочной отметки (DL): dусл = lсв + d = (80-015) + 22 = 785 + 22 = 1005м.
Площадь подошвы условного массива: Аусл = lусл х bусл = 271 х 271 = 7344м2
Объём условного массива: Vусл = Aусл х hусл – Vr = 7344×(785+165) – 324 = 6653м3
Вычислим средневзвешенное значение удельного веса грунта выше подошвы условного фундамента: = (1785х045 + 895х411 + 882х166 + 874х328) (045 + 411 + 166 + 328) = 8813 95 = 93кНм3
Вес грунта в объёме условного фундамента: Ggr = Vусл × gII mt = 6653 х 93 = 61873кН
Вес ростверка: Gr II = Vr × gb × gf = 324 х 25 х 1 = 810кН
Вес свай: Gсв = 183 х 981 х 1 х 4шт. = 1795 х 4шт. = 718кН
Расчетная нагрузка по подошве условного фундамента от веса грунта ростверка и свай:
GII = Ggr + Gr II + Gсв = 61873 + 810 + 718 = 77153кН
Проверяем напряжения в плоскости подошвы условного фундамента:
Mtot II = Mcol II + Qcol II × hr = 6037 + 691 х 165 = 71772кН*м
Расчетное сопротивление грунта основания условного фундамента в уровне его подошвы определим по формуле (7) СНиП 2.02.01-83* - «Основания зданий и сооружений»:
gc1 = 12; gc2 = 10; k = 10; gII mt = 93кНм3; bусл = 271м.; hусл = lсв + hr = 785 + 165 = 95м.
Для глины полутвердой мало-сжимаемой (несущий слой №4): jII 4 = 170; сII 4 = 43кПа; Mg 4 = 039; Mq 4 = 257; Mc 4 = 515; gsb 4 = 874кНм3
В результате Rусл = (12*10)10×(039*271*874 + 257*95*93 + 515*43) = 45775кПа
Давления по подошве условного фундамента:
Среднее давление: PII mt = Ntot II Aусл = 21426 7344 = 29175кПа Rусл = 45775кПа;
Максимальное краевое давление: = 29175 + 21637 = 50812кПа 12R = 12х45775 = 5493кПа;
Минимальное краевое давление: = 29175 – 21637 = 7538кПа > 0
Все требования по ограничению давлений по подошве условного фундамента выполнены.
Для расчета осадки методом послойного суммирования вычислим напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы условного фундамента:
= 1785х045 + 895х411 + 882х166 + 874х328 = 8813кПа
Дополнительное вертикальное давление на основание от внешней нагрузки на уровне подошвы условного фундамента: szp 0 = P0 = PII mt - szg 0 = 45775 – 8813 = 3696кПа.
Соотношение сторон подошвы условного фундамента: = lусл bусл = 271 271 = 10
Для удобства пользования указанной таблицей (из условия = 2zi bусл = 04) принимаем толщину элемента слоя грунта zi = 02bусл = 02 х 271 = 054м.
Дальнейшие вычисления сводим в таблицу 11.
Таблица 11 - Определение осадки свайного фундамента:
На условной глубине Hc = 648м.(фактическая сжимаемая толщина основания = 643м) от подошвы условного фундамента (отметки глубины забивки свай) выполняется условие СНиП 2.02.01-83*(прил.2 П.6) ограничения глубины сжимаемой толщи (ГСТ) основания: szp= 285кПа » 02szg = 02 х 1448 = 290кПа. Поэтому послойное суммирование деформаций основания производим в пределах от подошвы фундамента до ГСТ.
Условие расчета S = 463см Su = 120см. выполняется (значение максимальной осадки основания Su = 120см. принято по ПП.1 таблицы прил.4 СНиП 2.02.01-83*).
Схема к расчету осадки свайного фундамента (на оси «И-5») приведена на рис.14 (Приложение Д).
Учет влияния примыкающих и заглубленных подземных конструкций
1. Расчет технологического приямка.
Определение активного бокового давления в пределах глубины технологического приямка:
Проектная глубина - Hпр = 48м.; Длина - Ширина - bn = 4м.;
Величина равномерно распределенной нагрузки по полу (для настоящем расчете принято произвольным образом) - qп = 10кНм2 (10кПа).
Характеристика грунта нарушенной структуры естественного сложения:
- Удельный вес γ`I = 095 × γI = 095 х 1766 = 1778кНм3;
- Угол внутреннего трения φ`I = 09 × φI = 09 х 190 = 1710;
- Удельный вес с учетом взвешивающего действия воды (ниже УПВ) γ`sb I = γsb I = 895кНм3
Горизонтальные составляющие активного давления (на 1 п.м. длины стены):
* γI mt - Средневзвешенное значение удельного веса грунта в пределах глубины приямка =
= = [1778х10 + 895(48-10)] 48 = 5179 48 = 108 кНм3;
* γfa = 11 – Коэффициент надежности по нагрузке для бокового давления грунта.
● От полезной нагрузки:
* qn = 10кПа - Принятая в проекте полезная нагрузка;
* γfg = 12 - Коэффициент надежности по нагрузке от qn
* γfw = 11 – Коэффициент надежности по нагрузке для давления воды (учет возможности местного повышения УПВ);
* w = 10кНм3 – Удельный вес воды.
Толщина стен приямка должна определяться по изгибающему моменту всех горизонтальных сил относительно оси проходящей через центр тяжести сечения «1-1»:
M1-1 = = = 29546кН*м;
и поперечной силе равной сумме всех горизонтальных сил выше сечения «1-1»:
Q1-1 = Eah + Eqh + Ew = 7466 + 3142 + 7942 = 1855кН
Глубина заложения приямка: dn = Hпр + 04 = 48 + 04 = 52м. где
м. - толщина днища приямка.
Расчет прочности днища (полоса шириной 1м. рассматривается как внецентренно сжатый элемент) производится по усилиям N2-2 и M2-2 в расчетном сечении «2-2»:
N2-2 = E`ah + E`qh + E`w = 8762 + 3404 + 9702 = 21868кН
Момент всех сил (E’ah E’qh E’w) относ-но оси проходящей через центр тяжести сечения «2-2»:
Площадь основания приямка:
Aw = (bn + 2bст)×(lп + 2bст) = (4 + 2х03)×(24 + 2х03) = 46х246 = 11316м2 где
* bcт = 03м – толщина стеновых ограждений приямка
Собственный вес приямка:
GI = [(Aw × dп) – (ln × bn × Hпр)] × gb × γfb = [(11316х52) - (24х4х48)] х 25 х 09 = (58812-4608) х 225 = 12732м3 х 225кНм3 = 28647кН (GI g = 28647 981 = 292т.) где
* γfb = 09 – коэффициент надежности по нагрузке;
* g = 981мс2 – ускорение свободного падения в поле тяготения планеты «Земля» (вблизи поверхности).
Сила всплытия приямка:
Fw = Aw × γw × (dn – dw) × γfw = 11316х10×(52 – 10) х 11 = 52280кН
Так как GI = 28647кН Fw = 5228кН то равномерно распределенная нагрузка (q) принимается равной гидростатическому давлению подземных вод (pw):
q = pw = γw×(dn – dw) = 10×(52 – 10) = 42кНм2
В результате M2-2 = = 34478 + (420х42) 12 = 40078кН*м
2. Расчет приямка на всплытие.
Условие недопущения всплытия: GI Fw ≥ γem где
* γem = 12 – коэффициент надежности от всплытия
GI Fw = 28647 5228 = 055 12
Проверочное условие по ограничению всплытия приямка не выполняется.
Одно из решений - увеличение толщины стеновых ограждающих конструкций а также днища приямка. Однако целесообразность данного мероприятия вызывает сомнения поскольку потребует значительного увеличения количества материалов и объемов работ а также увеличит силу всплытия приямка (в результате увеличения площади основания). Кроме этого в результате увеличения веса сооружения возрастает нагрузка на грунтовое основание (возможно развитие дополнительных грунтовых напряжений что может оказать неблагоприятное влияние на близлежащие отдельностоящие фундаменты под колонны каркаса данного пром.здания расположенные на осях «А-2» «А-3» и «А-4»).
Автором данной работы предлагаются следующие варианты исполнения:
В случаи строительства приямка традиционным способом (посредством рытья котлована): Предусмотреть консольные выступы днища вовлекающие в работу по сопротивлению лежащий на них грунт.
В случаи производства тех.приямка способом «стена в грунте» (т.е. предварительным изготовлением стеновых армобетонных ограждений «щелевым» методом с последующим извлечением внутреннего грунтового ядра и изготовлением днища из армированного бетона): Использовать в качестве якорного крепления винтовые сваи анкерного типа (1÷15 оборотистая лопасть (винтовой наконечник типа «башмак») на конце ствола с диаметром более чем в 2 раза превосходящим стволовую часть) жестко заделанные в тело днища приямка.
3. Расчет подбетонки под примыкающие к приямку фундаменты.
По условиям задания на проектирование технологический приямок близко расположен относительно 3-х отдельностоящих фундаментов несущего каркаса пром.здания (на осях «А-2» «А-3» и «А-4»). В результате имеется вероятность образования деформаций примыкающего грунта вследствие его уплотнения под воздействием нагрузки от будущего сооружения.
С целью недопущения развития негативных последствий данного явления в случаи применения фундаментов на естественном основании (вариант №1 настоящего проекта) необходимо минимизировать разность отметок заложения этих фундаментов относительно дна приямка. Это решается посредством увеличения глубины фундаментов либо проведением геотехнических мероприятий аналогичной направленности (например буро-инъецирующим укреплением грунтового основания различными химическими веществами).
Поскольку первый вариант исполнения приводит к неизбежному значительному росту затрат материалов и трудовых ресурсов (необходимость извлечения большого объема грунта иили организация шпунтовых ограждений котлована) проектом предусматривается слой подбетонки организуемый под подошвой обозначенных фундаментов (алгоритм их расчета идентичен рассматриваемому в П.4 настоящего задания). Для организации данного опорного слоя будет использован грунтобетон организуемый при помощи поля из буроинъекционных (струйно-цементных) свай с малой сеткой шагов. Подобный геомассив выполняется путем равномерного армирования природного грунта жесткими грунтоцементными элементами (ГЦЭ). Грунтоцементные элементы работают в едином массиве с окружающим грунтом под всей подошвойи не рассматриваются как свайный элемент передающий острием нагрузку на нижележащие слои. Приведенный модуль деформаций искусственного основания («геомассива») в таком случае определяется по «методу смеси» на основе теории композитных материалов (их расчет не входит в задачи настоящей курсовой работы).
Установим величину слоя подбетонки.
Разность отметок уровня подбетонки и глубины заложения приямка должна удовлетворять условию:h ≤ a × tg = a×(tgφI + CI PI) где
* h – Превышение отметки подошвы фундамента или низа подбетонки над отметкой дна котлована под приямок;
* a = 20м. – Расстояние в свету между краем фундамента и наружной гранью стены приямка;
* φI = 190 – Угол внутреннего трения подстилающего слоя грунта («Супесь средне-сжимаемая мягко-пластичная»);
* CI = 20кПа – Удельное сцепление подстилающего слоя грунта;
* PI = 12 Pmt II = 12х1052 = 12624кПа – Среднее давление под подошвой фундамента от расчетных нагрузок (для расчета основания по несущей способности т.е. по 1-й группе предельных состояний).
В результате h ≤ 20×(tg190 + 20 12624) = 20 х 036 = 072м.
Принимаем округленное в меньшую строну значение h = 07м.
Разность отметок днища тех.приямка и подошвы фундамента на естественном основании = dп – (d + 015) = 52 – (235 + 015) = 52 – 25 = 27м.
Тогда необходимая по проекту величина слоя подбетонки ≥ 27 - h = 27 – 07 = 20м.
Расчетная схема конструкции технологического приямка и примыкающих к нему фундаментов на естественном основании приведена на рис.15 (Приложение Е).
Определение степени агрессивного воздействия подземных вод и разработка рекомендаций по антикоррозионной защите подземных конструкций
Для монолитных железобетонных фундаментов на естественном основании выполненных по подобию серии 1.412-277 ростверка свайного варианта исполнения фундамента и технологического приямка установим наличие и степень агрессивного воздействия подземных вод по данным химического анализа (для соответственных грунтовых условий).
Первоначально для фундаментов ростверка и приямка предусматриваем бетон с нормальной маркой по водопроницаемости (W4) на портландцементе по ГОСТ 10178-76 а также стальную стержневую арматуру класса А-III. Фундаменты стального каркаса пром.здания и приямок расположены ниже УПВ лишь частично (отметка -1150). Однако за счет возможного повышения уровня грунтовой воды и ее капиллярного поднятия (для супеси до 06-12м) все поверхности фундаментов и технологического приямка могут эксплуатироваться под водой либо в зоне периодического смачивания. Степень агрессивного воздействия вода на подземные конструкции оцениваем в соответствии с табл. 5 6 7 СНиП 2.03.11-85.
Коэффициент фильтрации грунтового слоя №2 (супеси) в котором расположены подземные конструкции равен:
Kf = 20 ×10-5смс х 864×103ссут = 1728смсут = 1728×10–2мсут 01мсут т.е. грунт относится к категории слабофильтрующих поэтому к показателям агрессивности приведенным в табл.5 6 7 СНиП 2.02.11-85 необходимо вводить поправки в соответствии с примечаниями к указанным таблицам.
Определяем суммарное содержание хлоридов в пересчете на ионы Cl – мгл в соответствии с Прим.2 к табл. 7 СНиП 2.03.11-85:
00 + 1000х025 = 2200 + 250 = 2450мгл.
Дальнейшую оценку ведем в табличной форме (табл. 12).
Таблица 12 - Анализ агрессивности воды для бетона на портландцементе:
Показатель агрессивности
Номер табл.СНиП 2.03.11-85
Степень агрессивности среды по отношению к бетону марки W4 (по ГОСТ 10178-76)
Бикарбонатная щелочность HCO3
Не агрессивна т.к. Kf 01мсут
х13 75 6х13 - слабоагрессивная
Содержание агрессивной углекислоты CO2
х13 21 40х13 - слабоагрессивная
Содержание аммонийных солей ионов NH4+
100х13 - неагрессивная
Содержание магнезиальных солей ионов Mg2+
отсутствуют - неагрессивная
Содержание едких щелочей ионов Na+ и K+
00 50 000х13 – неагрессивная
Содержание сульфатов ионов SO42–
0х13 1000 1000х13 - слабоагрессивная 2450
Содержание хлоридов ионов Cl –
0х13 2450 5000х13 - cреднеагрессивная (в зоне капиллярного подсоса и переменного УПВ)
При бетоне (Н) - нормальной водопроницаемости (марка W4 по табл.1 СНиП 2.03.11-85) в конструкциях фундаментов и приямка вода среднеагрессивная по содержанию хлоридов слабоагрессивная по водородному показателю содержанию агрессивной углекислоты и сульфатов неагрессивная по остальным показателям.
Рассмотрим возможность обеспечения стойкости конструкций фундаментов и приямка в агрессивной среде за счет назначения проектных требований к материалам (первичная защита). Как следует из табл.11 СНиП 2.03.11-85 при среднеагрессивной среде и примененной стальной арматуре классов А-II и А-III (группа 1 по табл. 9 СНиП 2.03.11-85) требуется применение бетона пониженной проницаемости (марки ≥ W6) иили дорогой + дефицитной оцинкованной арматуры (см.П.2.21 СНиП 2.03.11-85).
Для гидроизоляции дна и стен приямка а также защиты фундаментов и ограждений приямка от агрессивной жидкой среды предусматриваем использование бетона (О) - особо низкой водопроницаемости (гидротехническая марка ≥ W8 по табл.1 СНиП 2.03.11-85); водопоглощение до 42% по массе водоцементное отношение не более 045.
В качестве дополнительной защитной меры применим стержневую стеклопластиковую арматуру периодического профиля (АСП) с механическими характеристиками эквивалентными стальной класса A-VI и диаметром (площадью поперечного сечения) равным расчетному для стальной A-III. Поскольку данный материал инертен (нейтрален) к большинству химических веществ требование по величине защитного слоя бетона здесь теряет свою актуальность. Примем стандартный минимальный размер в 30мм. устанавливаемый для сборных фундаментов согласно П.5.5 СНиП 2.03.01.84* – «Бетонные и железобетонные конструкции».
В случаи производства тех.приямка способом «стена в грунте» (т.е. предварительным изготовлением стеновых армобетонных ограждений «щелевым» методом с последующим извлечением внутреннего грунтового ядра и заливкой бетона днища) ограничиваемся использованием гидротехнического бетона (марка W8-12) без применения дополнительных мероприятий по гидроизоляционной защите конструкции.
В случаи строительства приямка традиционным способом (посредством рытья котлована с неизбежным при таком варианте водопонижением) в качестве основного конструкционного материала также используем гидротехнический бетон (марка W8-12). Дополнительно предусматриваем предварительную гидроизоляцию днища покрытием III-й группы (2 слоя наплавляемых рулонных битумно-полимерных материалов по бетонной подготовке) а также – организацию покрытия II-й группы по боковым поверхностям (обмазка или напыление битумно-полимерной мастикой на 2-3 слоя с последующем устройством ее механической защиты из профилированной полиэтиленовой геомембраны).
Как было указано выше все поверхности фундаментов могут эксплуатироваться под водой либо в зоне периодического смачивания. Уровень подземной (грунтовой) воды расположен выше отметки нормативного сезонного промерзания грунта для данного региона строительства. С целью увеличения прогнозируемого безаварийного срока эксплуатации рассматриваемых подземных конструкций предусмотрены мероприятия по повышению морозостойкости бетона а также исключению вероятности смерзания грунта с наружным боковым поверхностям (уменьшения трения от касательной составляющей сил морозного пучения). В соответствии с указаниями П.2.34 а также руководствуясь прил.5 к СНиП 2.03.11-85 рекомендуется выполнить покрытие II группы – обмазочную гидроизоляцию поверхности фундаментов 2-3 слоями битумно-полимерной (резино-битумной) мастики.
Определение технико-экономических показателей сравнение и выбор
основного варианта системы «основание – фундамент»
1. Подсчет объемов работ.
Уровень подземной воды (УПВ) относительно планировочной отметки (DL): dw = 10м.;
Грунт основания – слой №2 («супесь средне-сжимаемая мягко-пластичная) предельная крутизна откосов котлована 1:067;
Формула для определения объёмов грунта:
(1) Объем грунта разрабатываемого под фундамент на естественном основании:
Размеры подошвы монолитного фундамента типа «ФВ16-2»: Длина = 54м. Ширина = 42м.;
Объём бетона фундамента: Vfun = 138м3;
Глубина котлована = Высота фундамента: h1 = d = 235м.;
* Размеры котлована понизу: b = 42 + 06 = 48м.;
* Площадь нижней поверхности котлована: S =
* Размеры котлована по верхнему обводу: bv2 = 48 + 315 = 795м.;
* Площадь верхней части котлована: Sv1 =
* Объём извлекаемого грунта: Vэк = 2353×[288 + (288х7274)12 + 7274] = 1154м3;
* Объём грунта в отвал (для последующей обратной засыпки) с учетом остаточного разрыхления 5%: (Vэк – Vfun)105 = (1154-138)105 = 1016 105 = 9676м3;
* Размеры котлована по границе раздела УПВ: bv2 = 48 + 181 = 661м.;
* Площадь поверхности котлована на границе УПВ: Sv2 =
* Объем грунта располож-й выше УПВ: Vсух = 103×[5162 + (5162х7274)12 + 7174] = 6155м3;
* Объем работ по водоотливу: Vэк - Vсух = 1154 – 6155 = 5385м3
(2) Объем грунта разрабатываемого под фундамент на искусственном основании в виде песчаной разделительной подушки:
Размеры подошвы монолитного фундамента типа «ФВ7-2» и нижней части (подошвы) песчаной распределительной подушки: Длина = 27м. Ширина = 21м.;
Объём бетона фундамента: Vfun = 462м3;
Высота фундамента: d = 235м.;
* Площадь подошвы песчаной подушки: S = 27 х 21 = 567м2;
Высота песчаной подушки: hп = 16м.;
Размеры верхней части подушки (подошвы фундамента): Длина = 912м. Ширина = 852м.;
* Площадь верхней части песчаной подушки (подошвы фунд-та): S =912 х 852 = 777м2;
* Объём песчаной подушки: Vп = 163×[567 + (567х777)12 + 777] = 5566м3;
* Глубина котлована: hп + d = 16 + 235 = 395м.;
* Размеры котлована по верхнему обводу: bv2 = 852 + 315 = 1167м.;
* Площадь верха котлована: Sv1 =
* Объём грунта расположенного над песчаной подушкой: Vвп = 2353×[777 + (777х1432)12 + 1432] = 2557м3;
* Объём извлекаемого грунта: Vэк = Vп + Vвп = 5566 + 2557 = 31136м3;
* Объём грунта в отвал (для последующей обратной засыпки) с учетом остаточного разрыхления 5%: (Vэк – Vfun)105 = (31136-462)105 = 30674 105 = 2921м3;
* Размеры котлована по границе УПВ: bv2 = 852 + 181 = 1033м.;
* Объем грунта располож-й выше УПВ: Vсух = 103×[1129 + (1129х1432)12 + 1432] = 1278м3;
* Объем работ по водоотливу: Vэк - Vсух = 31136 – 1278 = 1836м3
(3) Объем грунта разрабатываемого под фундамент на сваях:
Размеры подошвы монолитного ростверка: Длина = 15м. Ширина = 15м.;
Объём бетона ростверка: Vr = 324м3;
Глубина котлована = Высота фундамента: h1 = d = 22м.;
* Размеры котлована понизу: b = 15 + 06 = 21м.;
* Размеры котлована по верхнему обводу: bv2 = 21 + 295 = 505м.;
* Объём экскаватором грунта: Vэк = 223×[441 + (441х255)12 + 255] = 3055м3;
* Объём грунта в отвал (для последующей обратной засыпки) с учетом остаточного разрыхления 5%: (Vэк – Vr)105 = (3055-324)105 = 2731 105 = 260м3;
* Размеры котлована по границе раздела УПВ: bv2 = 21 + 148 = 358м.;
* Объем грунта расположенный выше УПВ: Vсух = 103×[441 + (441х1282)12 + 1282] = 825м3;
* Объем работ по водоотливу: Vэк - Vсух = 3055 – 825 = 223м3.
* Объем погружаемых (забиваемых) железобетонных свай: 073 х 4шт. = 292м3
Таблица 13 - Объемы работ при возведении фундаментов:
I. Фундамент на естественном основании (грунт I-й группы).
по расчету принят фундамент ФВ16-2
Разработка грунта экскаватором - обратная лопата с ковшом вместимостью 05м3 в отвал
Водопонижение с помощью иглофильтров
Установка монолитного фундамента
Засыпка траншей и котлованов с перемещением грунта до 10м. бульдозером
II. Фундамент на искусственном основании (грунт I-й группы).
По расчету принят монолитный фундамент типа «ФВ7-2»
Разработка грунта экскаватором – обратная лопата с ковшом вместимостью 05м3 в отвал
Установка песчаной подушки под фундамент
III.Свайно-ростверковый фундамент (грунт I-й группы)
По расчету принят монолитный ростверк 15x15м. + 4 забивные ЖБ сваи С80.30-9
Погружение дизель–молотом на базе трактора железобетонных свай длиной 8м. в грунт I+II-й (смешанной) группы
Установка монолитного ростверка
2. Сметная себестоимость трудозатраты и капитальные вложения сравниваемых вариантов фундаментов.
Таблица 14 - Фундамент на естественном основании (грунт I-й группы):
Накладные расходы (15% от сметы) равны: 10029руб. Сметная стоимость Сс = 76890руб.
Таблица 15 - Фундамент на искусственном основании (грунт I-й группы):
Накладные расходы (15% от сметы) равны: 15168руб. Сметная стоимость Сс = 116290руб.
Таблица 16 - Свайно-ростверковый фундамент (грунт I-й группы):
Накладные расходы (15% от сметы) равны: 6940руб. Сметная стоимость Сс = 53206руб.
Таблица 17 - Технико-экономические показатели сравниваемых вариантов фундаментов (в перерасчете на один фундамент):
ВЫВОД: Сопоставление технико-экономическим показателей показывает что наиболее выгодным является свайно-ростверковый тип фундамента (вариант №3).
ГОСТ 19804-91 – «Сваи железобетонные. Технические условия». Сборник. М.: Изд-во стандартов 1992;
ГОСТ 25100-95 – «Грунты. Классификация». М.: Изд-во стандартов 1995;
Механика грунтов основания и фундаменты: Исходные данные к курсовому проекту Л.Н.Аверьянова Б.Л.Тарасов. Екатеринбург УГТУ-УПИ 2005 16с.;
Пособие по проектированию железобетонных ростверков свайных фундаментов под колонны задний и сооружений (к СНиП 2.03.01-84) ЦНИИпромзданий НИИЖБ Госстроя СССР. М.: Стройиздат 1985;
Пособие по проектированию фундаментов на естественном основании под колонны зданий и сооружений (к СНиП 2.03.01-84 и СНиП 2.02.01-83) Ленинградский промстройпроект Госстроя СССР. М.: ЦИТП Госстроя СССР 1989;
Расчет и проектирование оснований и фундаментов промышленных зданий: Методические указания по курсу «Механика грунтов оснований и фундаменты» для студентов по специальности 29.03 – Промышленное и гражданское строительство Л.Н.Аверьянова В.В.Павлов Б.Г.Алексеев Д.Е.Лесин. Екатеринбург: УГТУ-УПИ 2008 71с.;
Руководство по проектированию свайных фундаментов НИИОСП Госстроя СССР. М.: Стройиздат 1980;
СНиП 2.01.01-82 – «Строительная климатология и геофизика» Госстрой СССР. М.: Стройиздат 1983;
СНиП 2.01.07-85* - «Нагрузки и воздействия» Госстрой СССР. М.: Стройиздат 1996;
СНиП 2.02.01-83* - «Основания зданий и сооружений» Госстрой СССР. М.: стройиздат 1995;
СНиП 2.02.03-85* - «Свайные фундаменты» Госстрой СССР. М.:стройиздат 1985;
СНиП 2.03.01-84 – «Бетонные и железобетонные конструкции» Госстрой СССР. М.: ЦИТП Госстроя СССР 1995;
СНиП 2.03.11-85 – «Защита строительных конструкций от коррозии» Госстрой СССР. М.: ЦИТП Госстроя СССР 1986;
СНиП 3.02.01-87 – «Земляные сооружения основания и фундаменты» Госстрой СССР. М.: Стройиздат 1986;
Шерешевский И.А. Конструирование промышленных зданий и сооружений. Учеб. пособие для студентов строительных специальностей. М.: «Архитектура-С». 2005. 168с.;

ГЧ - Прил.к ПЗ.dwg

Рисунок 1 - Габаритная схема плана и поперечного
разреза здания.1:500
ЗФ.С.270102.490203Д.09.КП.8.2013-ПЗ
Рисунок 3 - Схема планово-высотной привязки здания
на площадке строительства.1:500
Рисунок 2 - Узлы сопряжения колонн основного
(несущего) каркаса с фундаментами.1:30
Рисунок 6 - Чертеж фундамента на естественном
основании и эпюра контактных давлений по его
Рисунок 7 - Расчетная схема распределения напряжений
в основании фундамента на естественном основании.
Масштаб вертикальный - 1:100
Рисунок 4 - Инженерно-геологический разрез I-I
(по скважинам 1 и 2)
с посадкой здания и фундаментов
Ось фундамента (И-5)
на естественном и искусственном основании.
Масштаб: горизонтальный - 1:500; вертикальный - 1:100
Рисунок 5 - Инженерно-геологический разрез II-II
(по скважинам 3 и 4)
на естественном и скусственном основании
технологического приямка.
Рисунок 11 - Расчетная схема к определению несущей
способности сваи по грунту.
Рисунок 10 - Схема размещения свай в плане и эскиз
Рисунок 12 - Чертеж свайного фундамента и эпюра
контактных давлений по его подошве.1:50
Рисунок 13 - Схема к расчету ростверка на продавливание
колонной каркаса.1:30
Рисунок 14 - Схема к расчету осадки свайного
фундамента.вертикальный - 1:100
Глубина заложения приямка
Рисунок 9 - Расчетная схема распределения напряжений в основании фундамента
на искусственном основании.вертикальный - 1:100
Рисунок 8 - Чертеж фундамента на искусственном
Рисунок 15 - Расчетная схема конструкции технологического приямка и примыкающих
к нему фундаментов на естественном основании.1:100
Рулонная наплавляемая битум-полимерная
гидроизоляция (2 слоя) = 5-7мм.;
Днище из армированного бетона = 300мм.
Бетонная подготовка - 100мм.;
Обмазка или напыление битумно-полимерной
мастикой (2-3 слоя) = 1-1
Стеновое ограждение армир.бетона = 300мм.
Профилированная геомембрана = 30мм.;