Вариантное проектирование оснований фундаментов сооружения

курсовик по фундаментам.doc

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Череповецкий Государственный университет»
Кафедра строительных конструкций и архитектуры
Пояснительная записка
«Вариантное проектирование оснований фундаментов сооружения»
Принял преподаватель:
Анализ конструктивного решения сооружения и определение расчетных нагрузок на фундаменты .. 7
1. Изучение особенностей объемно-планировочного решения и технологического процесса в здании . ..7
2. Определение степени ответственности здания .. . 7
3. Оценка жесткости здания и его чувствительности к неравномерным осадкам 8
4. Определение характера нагрузок на фундаменты .9
Оценка инженерно-геологических условий и свойств грунтов строительной площадки .12
1. Дополнительные физические характеристики грунтов ..12
2. Механические характеристики грунтов . ..13
3. Условное расчётное сопротивление грунта R0 13
4. Непосредственная оценка слоев грунта .15
5. Общая оценка строительной площадки 15
Вариантное проектирование. Выбор возможных вариантов устройства фундамента . 16
Фундамент мелкого заложения на естественном основании 16
1. Определение рациональной глубины заложения фундамента ..16
1.1. Влияние инженерно-геологических и гидрогеологических условий 17
1.2. Учет климатических условий района строительства .. . 17
1.3. Конструктивные особенности здания .. . 18
2. Предварительное определение размеров подошвы фундамента 20
2.1. Определение размеров подошвы фундамента ..20
2.2. Конструирование фундамента .. 21
2.3. Проверка давлений по подошве фундамента . 21
3. Расчет оснований фундамента по предельным состояниям 27
3.1. Расчёт основания по деформациям 28
3.1.1. Расчет абсолютной осадки фундамента S .. 28
3.2. Расчёт оснований по несущей способности . 32
Свайный фундамент на висячих забивных сваях .. . .. .37
1. Определение глубины заложения подошвы ростверка ..38
2. Выбор вида и размеров свай . ..38
3. Определение расчетной нагрузки допускаемой на сваю ..40
3.1. Определение расчетной нагрузки допускаемой на сваю по грунту .40
3.2. Определение расчетной нагрузки допускаемой на сваю по материалу 41
4. Определение количества свай в фундаменте и их размещение 42
5. Определение размеров ростверка .43
6. Проверка свай по несущей способности .43
7. Расчет свайного фундамента по деформациям .45
7.1. Определение границ условного фундамента 45
7.2. Определение интенсивности давления по подошве условного фундамента47
7.3. Определение осадки условного свайного фундамента .48
Свайный фундамент на буронабивных сваях ..51
1. Определение глубины заложения подошвы ростверка . .53
2. Выбор вида и размеров свай .53
3. Определение расчетной нагрузки допускаемой на сваю ..55
3.1. Определение расчетной нагрузки допускаемой на сваю по грунту .55
3.2. Определение расчетной нагрузки допускаемой на сваю по сопротивлению материала 57
4. Определение количества свай в фундаменте и их размещение 58
5. Определение размеров ростверка . ..58
6. Проверка свай по несущей способности .59
7. Расчет свайного фундамента по деформациям 61
7.1. Определение границ условного фундамента . . .61
7.2. Определение интенсивности давления по подошве условного фундамента62
7.3. Определение осадки условного свайного фундамента .64
Защита фундаментов и подземных частей здания от грунтовых вод .66
1. Защита надземных помещений .66
2. Защита подвальных помещений и приямков .. . . .66
3. Антикоррозионная защита . 68
Мероприятия против деформации зданий и сооружений при промерзании и пучении грунтов ..69
Технико-экономическое сравнение и выбор оптимального варианта фундамента .71
1. Стоимость работ по устройству фундамента мелкого заложения . ..71
2. Стоимость работ по устройству свайного фундамента на висячих забивных сваях .72
3. Стоимость работ по устройству свайного фундамента на буронабивных сваях .. 73
Расчет свайного фундамента по сечению 2-2 74
Расчет свайного фундамента по сечению 3-3 .79
Расчет свайного фундамента по сечению 4-4 85
Расчет свайного фундамента по сечению 5-5 91
Список литературы 97
Целью курсового проекта по дисциплине «Основания и фундаменты» является ознакомление с принципами проектирования оснований и фундаментов и закрепление теоретических знаний. Тематика проектирования отвечает учебным задачам подготовки инженеров и увязана с решением практических вопросов – выполнением проектов фундаментов сооружений.
В ходе разработки курсового проекта необходимо рассчитать три типа фундаментов: мелкого заложения свайный и на улучшенном основании.
Для фундаментов мелкого заложения проводятся следующие расчеты: определение физико-механических свойств грунтов оценка грунтовых условий строительной площадки расчет размеров фундаментов и выбор фундаментов отвечающих экономическим требованиям расчет оснований по первой и второй группам предельных состояний.
Для разработки свайных фундаментов - расчет глубины заложения и размеров ростверков выбор и расчёт свай определение осадки свайных фундаментов подбор оборудования для погружения свай.
На основании результатов расчёта подбирается наиболее экономичный вариант фундамента и рассчитывается для остальных сечений здания.
Анализ конструктивного решения сооружения и определение расчетных нагрузок на фундаменты
1. Изучение особенностей объемно-планировочного решения и технологического процесса в здании
В соответствии с заданием необходимо запроектировать фундаменты под одноэтажным промышленным зданием с железобетонным каркасом в городе Воронеж.
- габариты здания - 24 х 48 х 142 м размеры пролетов – 12 м;
- тип каркаса здания - жб колонны сечением 1000
- наружные стены – навесные жб панели толщиной 250 мм;
- материалы конструкций:
колонны – железобетонные
стропильные фермы – металлические
наружные стены - керамзитобетонные;
- наличие подвалов подземных коммуникаций - отсутствуют;
- грузоподъемность кранов – Q=10т;
2 Определение степени ответственности здания (сооружения) [1]
Для учета ответственности зданий и сооружений характеризуемой экономическими социальными и экологическими последствиями их отказов устанавливаются три уровня: I - повышенный II - нормальный III - пониженный.
Повышенный уровень ответственности следует принимать для зданий и сооружений отказы которых могут привести к тяжелым экономическим социальным и экологическим последствиям.
Нормальный уровень ответственности следует принимать для зданий и сооружений массового строительства (жилые общественные производственные).
Пониженный уровень ответственности следует принимать для сооружений сезонного или вспомогательного назначения (парники теплицы летние павильоны небольшие склады и подобные сооружения).
Данное производственное здание относится ко II классу ответственности. [1 п. 5.1]
3 Оценка жесткости здания чувствительности его к неравномерным осадкам
Здания сооружения и их отдельные элементы в зависимости от чувствительности к осадкам подразделяются на жесткие относительно жесткие и нежесткие.
Жесткие сооружения обладают большой вертикальной жесткостью. Они не изгибаются а дают осадку как единый массив при этом поверхность основания остается плоской.
Относительно жесткие сооружения (конечной жесткости) деформируясь вместе с основаниями оказывают влияние на величину осадок и частично их выравнивают. В конструкциях происходит перераспределение напряжений и изменение усилий действующих на основание.
Нежесткие — гибкие сооружения передавая нагрузку на грунты следуют за осадкой основания при этом дополнительных напряжений в них не возникает. [3]
В соответствии с [3 прил.4] значение предельных относительных деформаций:
-максимальная осадка Smax = 8 см.
-относительная разность осадок (DsL)u =0002
Проектируемое здание относится к практически гибким а потому малочувствительно к неравномерным осадкам. К практически гибким относят здания с цельнометаллическим каркасом; гибкие днища резервуаров; сооружения со статически определимой схемой несущей конструкции (эстакады галереи с разрезными пролетными строениями).
4 Определение характера нагрузок на фундаменты [5]
Исходя из п. 2.5 в [5] нагрузки и воздействия на основания передаваемые фундаментами сооружений устанавливаются расчетом как правило при рассмотрении совместной работы сооружений и основания. Учитываемые при этом нагрузки и воздействия на сооружение или его отдельные элементы коэффициенты надежности по нагрузке а также возможные сочетания нагрузок должны приниматься согласно требованиям СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия» по [5].
В курсовом проекте нагрузки принимаются без учета перераспределения за счет деформируемости основания и жесткости верхнего строения. При этом сбор нагрузок на фундамент осуществляется по грузовым площадкам в предположении статической определимости надземных конструкций. Согласно п. 2.6 в [5] расчет оснований по деформациям должен производиться на основное сочетание постоянных длительных и кратковременных нагрузок; по несущей способности – на основное сочетание а при наличии особых нагрузок и воздействий – на основное и особое сочетание состоящее из постоянных длительных возможных кратковременных и одной из особых нагрузок.
Для облегчения работы над курсовым проектом в задании приведены нормативные нагрузки в основном сочетании действующие на фундамент на уровне его обреза. Расчетные нагрузки определяются по формуле:
где Nн – сумма постоянных и временных нормативных нагрузок на уровне обреза фундамента (по заданию); γf - коэффициент надежности по нагрузке γf = 12.
Нормативные нагрузки на обрез фундамента
Расчетные нагрузки на обрез фундамента
При проектировании оснований фундаментов используют комбинации усилий (см. рис. 1) обеспечивающие:
- наибольший изгибающий момент (Мma
- наибольшую продольную силу (Fv) и соответствующие ей изгибающий момент (М) и поперечную силу (Fh) .
Рис. 1. Схема силовых факторов на уровне обреза фундамента
Оценка инженерно-геологических условий и свойств грунтов строительной площадки
Классификация и оценка состояния грунтов производится в результате сопоставления их физических и механических характеристик с классификационными приведенными в нормативных документах. Такое сопоставление позволяет оценить свойства грунтов и выявить возможность их использования в основании сооружения. [2] В задании на курсовой проект имеется паспорт грунтов строительной площадки в котором указаны нормативные значения основных показателей физических свойств грунтов определённых в лабораторных условиях. [2] Данные геологических изысканий по исходным физическим характеристикам грунтов приведены в задании.
1.Дополнительные физические характеристики грунтов [3]
Число пластичности: . Используется для классификации пылевато-глинистых грунтов по [3 табл. 1 прил. 1].
Показатель текучести (консистенции): . Оценивает глинистые грунты в соответствии с [3 табл. 2 прил. 1].
Коэффициент пористости: . Используется для оценки плотности сложения песков по [3 табл. 3 прил. 1]. Подразделяет илистые грунты по [3 табл. 4 прил. 1].
Степень влажности определяется по формуле: где - удельный вес воды (10 кНм3). По этому показателю классифицируются крупнообломочные и песчаные грунты [2 табл. 7 прил. 1] а также некоторые пылевато-глинистые грунты.
Найденные физические характеристики грунтов записываются в таблицу 4 графы 2 3 4 5.
2. Механические характеристики грунтов [3]
Согласно указаниям СНиП 2.02.01-83 [4 п. 2.11 2.16] характеристики грунтов должны определяться как правило на основе их непосредственных испытаний в полевых или лабораторных условиях с учетом возможного изменения влажности грунтов в процессе строительства и эксплуатации сооружений.
Для предварительных расчетов оснований а также для окончательных расчетов оснований зданий и сооружений II и III классов допускается определять значения прочностных и деформационных характеристик грунтов по их физическим характеристикам.
По прил. 1 в [3] определяют:
- - угол внутреннего трения грунта;
- С - удельное сцепление грунта;
- Е - модуль деформации грунта.
Для песчаных грунтов С Е определяют по [4 табл. 1 прил. 1] в зависимости от е. Для пылевато-глинистых грунтов определяют:
- С по [4 табл. 2 прил. 1] в зависимости от IL и е;
- Е по [4 табл. 3 прил. 1] в зависимости от IL и е а также от происхождения и возраста грунтов.
В [4 табл. 6 прил. 1] приведено подразделение грунтов по Е.
Расчетные значения характеристик грунтов принимаются согласно [4 п. 2.13 2.16]. Найденные физические характеристики грунтов записываются в таблицу 4 графы 6 7 8 9.
3. Условное расчетное сопротивление грунта R0 [3]
Важным дополнительным показателем строительных свойств грунтов является условное расчетное сопротивление грунта R0.
Для предварительных расчетов R0 находится с учетом физических характеристик грунтов по таблицам [4 прил. 3].
Промежуточные значения R0 для пылевато-глинистых грунтов находятся путем двойной интерполяции по формуле:
где e IL – характеристики грунта для которого определяется значение е1 е2 - соседние значения коэффициента пористости в интервале между которыми находится значение е для рассматриваемого грунта; - табличные значения R0 для е1 соот-но при и ; - то же для е2.
Вычисленные физико-механические характеристики грунтов строительной площадки
Физические характеристики
Механические характеристики
Пригодность грунта в
качестве естественного основания
Показатель текучести
Угол внутреннего трения
Удельное сцепление С кПа
Условное расчетное сопротивление
Слабосжимаемый. Пригоден в
качестве естеств. основания
Рыхлый влажный среднесжимаемый. Не пригоден в качестве естеств. основания
Пластич. слабосжимаема. Пригодна в качестве естеств.основания
Песок средней крупности
Плотный маловлажный слабосжимаемый. Пригоден в качестве естественного основания
4. Непосредственная оценка слоев грунта
В курсовой работе непригодными в качестве естественных оснований считаются грунты:
- почвенные илы торфы заторфованные грунты рыхлые пески; - пылевато-глинистые грунты в текучей и текучепластичной консистенции и с коэффициентом пористости у супесей е > 07; суглинков е > 1; глин е > 11;
- сильносжимаемые грунты;
- грунты с R0 ≤ 100 кПа.
Возможность использования слабых грунтов в качестве оснований выясняется только по результатам дополнительных исследований и применения мероприятий по искусственному улучшению грунтов строительной площадки.
В курсовой работе непригодными в качестве естественного основания является ил. По результатам расчетов для каждого слоя грунта делается вывод и записывается в 10 столбец таблицы 4.
5. Общая оценка строительной площадки
Строительная площадка характеризуется горизонтальным залеганием пластов грунта. Имеется один выдержанный уровень грунтовых вод на глубине 47 м.
В качестве несущего пласта нужно использовать супесь проходя верхний пригодный слой суглинка и слабый непригодный слой песка мелкого.
Вариантное проектирование. Выбор возможных вариантов устройства фундамента
Выбор вариантов фундаментов и их оснований рассмотрим для сечения I-I являющее наиболее нагруженным (см. задание).
Для данных инженерно-геологических условий и конструкций здания рассмотрим следующие варианты фундаментов и оснований:
Фундамент мелкого заложения на естественном основании (несущий слой пластичная слабосжимаемая супесь).
Фундамент из забивных висячих свай опирающихся на песок средней крупности.
Фундамент из буронабивных свай.
Вариант № 1. Фундамент мелкого заложения на естественном основании
В зависимости от типа здания его конструктивной схемы величины нагрузок и свойств грунтов могут быть применены фундаменты мелкого заложения на естественном основании следующих видов: массивные одиночные (столбчатые) ленточные плитные. Наиболее часто в практике строительства используют сборные ленточные и столбчатые фундаменты. При больших нагрузках которые обычно встречаются в промышленных зданиях фундаменты выполняются монолитными. Конструктивное решение фундамента зависит от глубины заложения и размеров подошвы. [3]
1. Определение рациональной глубины заложения фундамента [3]
На выбор глубины заложения подошвы фундамента влияют следующие факторы:
-инженерно-геологические и гидрогеологические условия стройплощадки;
- климатические условия района строительства;
- конструктивные особенности проектируемого здания.
В каждом из упомянутых случаев глубина заложения определяется по особым правилам (см. п. 4.1.1 – 4.1.3) однако нужно помнить что технология производства работ требует минимальной глубины заложения при которой сводится к минимуму объем земляных работ упрощается водоотлив снижается опасность расструктуривания грунтов ниже дна котлована облегчается крепление откосов и т. д. С точки зрения экономики оптимальное решение может быть найдено только после проработки нескольких вариантов с разной глубиной заложения.
1.1. Влияние инженерно-геологических и гидрогеологических условий
Пластичная слабосжимаемая супесь может служить надежным естественным основанием. Поэтому фундамент прорезая непригодные слои будет заглубляться в пригодный слой на 10 см. Кроме того необходимо стремиться заложить фундамент выше уровня подземных вод WL. Заложение ниже отметки WL требует дополнительных водозащитных мероприятий во время строительства и эксплуатации здания. В данном случае водозащитные мероприятия нужны поскольку конструкция фундамента находится в слое где содержатся грунтовые воды
м – высота слоя суглинка
м – высота слоя песка мелкого
м – величина заглубления в несущий слой (супесь).
1.2. Учет климатических условий района строительства
Нормативную dfn и расчетную df глубину сезонного промерзания грунта определяют в соответствии с [4 п. 2.26 – 2.28].
Нормативная глубина сезонного промерзания грунта [4 п.2.27 формула 2].
где Mt - безразмерный коэффициент численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе принимаемых по СНиП «Строительная климатология» а при отсутствии в них данных для конкретного пункта или района строительства - по результатам наблюдений гидрометеорологической станции находящейся в аналогичных условиях с районом строительства;
d0 - величина принимаемая равной 023 м для суглинков [4 п. 2.27].
Расчётная глубина сезонного промерзания [4 п. 2.28 формула 3].
- табличный коэффициент учитывающий влияние теплового режима сооружения принимаемый для наружных и внутренних фундаментов неотапливаемых сооружений kh = 11 кроме районов с отрицательной среднегодовой температурой; для отапливаемых от 04-1 в зависимости от температуры в помещении наличии подвала и конструкции пола.
Глубина заложения наружных и внутренних фундаментов неотапливаемых сооружений назначается по [4 п. 2.31 табл. 2] и должна быть не менее df т.к. несущий слой супесь с показателем текучести IL ≥ 025 и глубиной грунтовых вод dw ≤ df+2. При этом глубина исчисляется от уровня планировки т.к. отсутствует подвал и технического подполье.
1.3. Конструктивные особенности здания
Глубина заложения фундамента под колонны назначается с учетом его высоты которая должна быть достаточной из условия прочности и заанкерирования колонн.
Глубину заделки типовых колонн и размеры фундаментов под них принимают по соответствующим типовым сериям [8 п. III.6.3] [1 прил. 2].
Примем унифицированные размеры подколонников для фундамента серии 1.412-177. Сечение колонны прямоугольное 1000x400 мм. Исходя из этого принимаем подколонник рядового фундамента типа Г с размерами сечения 1800x1200 мм.
Унифицированные размеры подколонников для фундамента по серии 1.412-177.
Принимаем высоту фундамента d=36 м > dmin= 33м [8 табл. III.11] соответствующую типоразмеру №4. Исходя из этого выбираем размеры подошвы фундамента 2100x1800 мм по [8 табл. III.10].
Рис. 2. Конструктивная схема фундамента
2. Предварительное определение размеров подошвы фундамента
2.1. Определение размеров подошвы фундамента
Выбираем наиболее нагруженное сечение. Это сечение I – I. На обрез фундамента в этом сечении действует вертикальная нагрузка горизонтальная нагрузка момент .
Площадь фундамента первоначально определяется по приближенной формуле (с учетом действия только вертикальных сил на обрез фундамента):
где – расчетная нагрузка на фундамент в уровне его обреза (при расчете по деформациям) = 600 кН;
– условное расчетное сопротивление грунта под подошвой фундамента (под подошвой фундамента находится пластичная слабосжимаемая супесь для которой [табл. 3]);
- глубина заложения фундамента = 365 м;
– средний удельный вес материала фундамента и грунта расположенного на его обрезах .
Увеличиваем площадь на 20% т.к. внецентренное нагружение. Атр = 3514 м2.
Проверка выполнения условий
Для прямоугольного фундамента: предварительно задаются соотношением сторон k = l b (k зависит от эксцентриситета приложения нагрузки и принимается в пределах от 12 до 18). Тогда и l = b*k.
Подошва фундамента принимается вытянутой в сторону действия М и Fh.
k = 12; =~18 (м); l = 17112= 2054(м)~21(м)
2.2. Конструирование фундамента
Принимаем размеры подошвы фундамента 2100x1800x300 мм по [3 табл. III.10] соответствующие типоразмеру №4 Аf= 378 м2 > Аf= 2929 м2.
Подошва фундамента принимается вытянутой в сторону действия М и Fh..
Плитная часть фундамента образуется ступенью высотой 300 мм. Количество ступеней 1.
Принимаем толщину дна стакана 300 мм.
Шаг колонн 12м. Толщина наружных стеновых панелей 250мм.
2.3. Проверка давлений по подошве фундамента
При расчете центрально-нагруженных фундаментов давление на грунт под подошвой фундамента если исходить из принципа линейной деформируемости основания не должно превышать расчетное сопротивление грунта основания R т.е.
Так как на обрез фундамента действуют три усилия то должно выполнятся условие:
где Р – среднее давление под подошвой фундамента от нагрузок для расчета оснований по деформациям; Рma R – расчетное сопротивление грунта оснований вычисляемое по [4 формула 7] для выбранной ширины bf и глубины df заложения фундамента. ;
где gс1 и gс2 - коэффициенты условий работы принимаемые по [4 табл. 3]; (для супеси с показателем текучести IL = 05); определяем соотношение между длиной и высотой здания-;
- коэффициент принимаемый равным: если прочностные характеристики грунта (j и с) определены непосредственными испытаниями и если они приняты по таблицам 1 - 3 рекомендуемого приложения 1 [4]; ;
- коэффициенты принимаемые по [4 табл. 4] для величин не указанных в таблице вычисляются путем интерполирования;
М = 08292 Мq= 43232 Мс = 68586
kz - коэффициент принимаемый равным: при b 10 м: kz = 1;
b - ширина подошвы фундамента = 18 м;
gII - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов залегающих ниже подошвы фундамента (взвешивающее действие воды в данном случае не учитывается т.к. грунтовые воды проходят ниже несущего слоя) кНм3
- то же выше подошвы
сII - расчетное значение удельного сцепления грунта залегающего непосредственно под подошвой фундамента кПа ;
d1 =365 м- глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки;
db - расстояние от уровня планировки до пола подвала; db =0м т.к. подвал отсутствует;
Произведем проверку для этого необходимо определить и проверить выполнение следующих условий:
Сначала уточняем величины нагрузок на основание. Тогда вес фундамента:
где - объём фундамента;
- удельный вес материала фундамента (для железобетона ).
Вес грунта на обрезах фундамента:
где - объёмы грунта соответственно слева и справа фундамента;
- осреднённое расчётное значение удельного веса грунтов залегающих выше подошвы фундамента; 095 - коэффициент разрыхления.
Вычислим максимальное и минимальное краевое давление под подошвой фундамента:
где W – момент сопротивления площади подошвы фундамента относительно оси перпендикулярной плоскости действия момента:
M – момент от активного давления грунта:
Условия должны удовлетворяться с требуемой экономичностью. Так при устройстве монолитного фундамента допускается недогрузка 5 - 10%.
(486464 – 225753)486464*100% = 5359%
(583757 – 358784)583757*100% = 3854%
Все условия выполняются но запас самого невыгодного условия – второго > 10%. Необходимо уменьшить размер подошвы и произвести вычисления с новой величиной (II приближение).
Пусть размеры стороны подошвы фундамента будут 1800x2400x300 по [3 табл. III.10].
Определяем расчётное сопротивление грунта по [4 формуле 7]:
(486464 – 203497)486464*100% = 5817%
(583757 – 305349)583757*100% = 4769%
Все условия выполняются но запас самого невыгодного условия – второго > 10%. Необходимо уменьшить размер подошвы и произвести вычисления с новой величиной (III приближение).
Пусть размеры стороны подошвы фундамента будут 1800x1800x300 по [3 табл. III.10]. Определяем расчётное сопротивление грунта по [4 формуле 7]:
(486464 – 26218) 486464*100% = 4611%
(583757 – 44325) 583757*100% = 2407% > 10%
Все условия выполняются но запас самого невыгодного условия – второго > 10%. Необходимо уменьшить размер подошвы и произвести вычисления с новой величиной (IV приближение).
Пусть размеры стороны подошвы фундамента будут 1800x1500x300 по [3 табл. III.10].
(481018 – 309123) 481018*100% = 3574%
(577222 – 526407) 577222*100% = 88% 10%
Все условия выполняются и запас самого невыгодного условия – второго 10%. Выбранный размер подошвы подходит. Принимаем b=15 м l=18 м.
Рис.3 Конструктивная схема фундамента
3 Расчет оснований фундамента по предельным состояниям [3]
Фундаменты рассчитываются по двум группам предельных состояний: по первой – по несущей способности и по второй – по деформациям.
Расчет строительных конструкций и оснований в нашей стране ведут методом предельных состояний.
Если нормальная эксплуатация сооружения невозможна при исчерпывании грунтом прочности то достигается предельное состояние основания по несущей способности (первое предельное состояние). Если деформации основания оказываются чрезмерными для надземных конструкций (при напряжениях меньше предела прочности грунта) то достигается предельное состояние основания по деформациям (второе предельное состояние).
Целью расчета оснований по предельным состояниям является уточнение предварительно принятых размеров фундамента такими пределами при которых гарантируется прочность устойчивость и трещиностойкость конструкций включая общую устойчивость сооружения а также нормальная эксплуатация подземных конструкций при любых возможных нагрузках и воздействиях.
Основания рассчитываются по деформациям во всех случаях и по несущей способности (в случаях указанных в [1 п. 2.3]).
3.1. Расчёт основания по деформациям (II группа предельных состояний)
Расчеты оснований по деформациям производят исходя из теории линейно-деформируемой среды (теории упругости).
Целью расчета оснований по II группе предельных состояний (по деформациям) является ограничение абсолютных перемещений фундаментов и подземных конструкций такими пределами при которых гарантировалась бы нормальная эксплуатация сооружения и не снижалась бы его долговечность.
3.1.1. Расчет абсолютной осадки фундамента S
Расчет сводится к удовлетворению основного условия
где S – совместная деформация основания и сооружения определяемая расчетом; SU – предельное значение совместной деформации основания и сооружения устанавливаемого [4 прил. 4].
Расчёт осадки основания производим методом послойного суммирования в соответствии с приложением 2[4] т.к. м и в основании нет грунтов с МПа.
Сущность метода состоит в следующем: основание разбивается на элементарные слои; в пределах сжимаемой толщи определяется осадка каждого слоя от дополнительных вертикальных напряжений; затем осадки всех слоев суммируются. Результаты расчёта представлены в таблице 4.
) Для построения эпюр zр и zg грунт на разрезе строительной площадки расположенный ниже подошвы фундамента разбивается на элементарные слои высотой hi так чтобы выполнялось условие:
толщина элементарного слоя принимается из условия при
) Определяют вертикальные напряжения от собственного веса грунта zgi на границе i – го слоя залегающего на глубине zi по формуле (на уровне подошвы фундамента) т.к. супесь располагается выше УГВ то вес части слоя супеси будет без учёта взвешивающего действия воды.
Далее идет песок средней крупности.
Результаты расчета заносим в графу 4 таблицы 4.
) Находят дополнительные вертикальные напряжения от внешней нагрузки на глубине zi под подошвой фундамента (по вертикали проходящей через центр подошвы фундамента): где
коэффициент определяемый по [4 табл.1 прил. 2] в зависимости от . ; ;
Значения α zpi заносим в таблицу 2 в графы 6 7 и 8 соответственно.
) Нижняя граница сжимаемой толщи основания условно находится на глубине Z = Hс там где zр = 02 zg если модуль деформации этого слоя или непосредственно залегающего под этой границей больше или равен 5 МПа.
Z = м что соответствует точке пересечения.
Hс можно определить графически как точку пересечения эпюр zр и 02 zg построенных в масштабе.
) среднее значение вертикального напряжения от внешней нагрузки в каждом i – том слое грунта:
) Полная осадка основания определяется как сумма осадок отдельных слоёв в пределах сжимаемой толщи по формуле:
где – безразмерный коэффициент учитывающий условность расчетной схемы принимаемый равным 08.
Полученные значения записываются в графе 10 таблицы 2.
) Предельно допустимая осадка для данного здания определяется по [2 прил.4]: см.
Таким образом основное условие расчета основания фундамента по деформациям удовлетворено:
Определение осадки методом послойного суммирования
Толщина элемент. слоя hi м
Глубина расположения точки zi м
Рис. 4. Расчетная схема к определению осадки методом послойного суммирования
3.2. Расчёт оснований по несущей способности (I группа предельных состояний)
Целью расчета оснований по несущей способности является обеспечение прочности и устойчивости оснований а также недопущение сдвига фундамента по подошве и его опрокидывания.
Расчет оснований по несущей способности производится лишь при определенных условиях нагружения а также при неблагоприятных инженерно-геологических условиях площадки строительства [4 п. 2.3].
В курсовой работе такой расчет выполняется в обязательном порядке (в учебных целях) для одного из фундаментов на естественном основании.
Несущая способность основания считается обеспеченной при выполнении одного из условий в зависимости от способа расчета:
а) при использовании аналитических методов расчета:
б) при расчете на сдвиг по подошве фундамента:
в) при расчете графоаналитическим методом круглоцилиндрических поверхностей:
где F – расчетная нагрузка на основание
γc – коэффициент условий работы зависящий от вида грунта основания
γn – коэффициент надежности по назначению сооружения
FSA – сдвигающие силы
FSR – удерживающие силы
k – коэффициент устойчивости представляющий собой соотношение суммарного момента сдвигающих сил к суммарному моменту удерживающих сил для выбранной круглоцилиндрической поверхности скольжения.
Потеря устойчивости основания происходит в тех случаях когда напряжения в грунтах превысят их сопротивления сдвигу. При этом считается что нормальные и касательные напряжения и по всей поверхности скольжения достигают значения соответствующего предельному равновесию вычисленному по формуле Кулона — Мора:
где и — соответственно расчетные значения угла внутреннего трения и удельного сцепления грунта.
Возможны различные схемы потери устойчивости (разрушения) основания:
а) Плоский сдвиг по подошве фундамента или слабому прослойку.
б) Глубокий сдвиг с образованием поверхностей скольжения охватывающих фундамент и примыкающий к нему массив грунта.
При выборе схемы потери устойчивости (а значит и метода расчета) следует учитывать характер нагрузок и их равнодействующей (вертикаль наклон эксцентриситет); форму фундамента (ленточный прямоугольный и пр.); характер подошвы фундамента (горизонтальность наклон); наличие связей фундамента с другими элементами здания или сооружения ограничивающих возможность потери устойчивости; характеристику основания — вид и свойства грунтов (их стабилизированное или нестабилизированное состояние) однородность геологического строения и пр.
Основания ленточного фундамента следует проверять на устойчивость только в направлении короткой стороны (ширины) фундамента а прямоугольного квадратного и круглого — в направлении действия момента либо наклона равнодействующей (направления ее горизонтальной составляющей).
) Определяем состояние несущего слоя грунта согласно [4 п. 2.61].
В нестабилизированном состоянии находятся медленно уплотняющиеся пылевато–глинистые и биогенные грунты со степенью влажности SR>085 и коэффициентом консолидации . Сила предельного сопротивления основания для данных грунтов должна определяться с учетом избыточного давления в паровой воде U вычисленного методами фильтрационной консолидации грунтов.
Для водонасыщенных грунтов имеющих показатель консистенции IL05 допускается не определять коэффициент консолидации и не учитывать возможность возникновения нестабилизированного состояния грунтов (т. е. считать их стабилизированными).
Остальные виды грунтов считаем в стабилизированном состоянии.
Так как несущий слой – супесь с показателем текучести IL =05 следовательно грунт находится в стабилизированном состоянии.
) Оцениваем нагрузки:
) Определяем несущую способность основания состояние грунта стабилизированное.
Nγ Nq Nc - безразмерные коэффициенты несущей способности определяемые по [2 табл.7] в зависимости от расчетного значения угла внутреннего трения грунта цI и угла наклона к вертикали д равнодействующей внешней нагрузки на основание F в уровне подошвы фундамента;
с1 - расчетное значение удельного сцепления грунта кПа;
j1 – расчетное значение угла внутреннего трения грунта;
φI = 2582115 = 22452; с1 = 146415 = 976
Nγ =37505; Nq =78179; Nc =161357;
где и - соответственно приведённые ширина и длинна фундамента м вычисляемые по формулам:
коэффициенты формы фундамента ;
и - расчетные значения удельного веса грунтов кНм3 находящихся в пределах возможной призмы выпирания соответственно ниже и выше подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяются с учетом взвешивающего действия воды);
d = 36 5м - глубина заложения фундамента;
Далее проверяем выполнение условия [4 формула 11]:
где F - расчетная нагрузка на основание
Fu - сила предельного сопротивления основания
gс - коэффициент условий работы принимаемый для пылевато-глинистых грунтов в стабилизированном состоянии gс = 09
gn - коэффициент надежности по назначению сооружения принимаемый равным 12; 115 и 110 соответственно для зданий и сооружений I II и III классов.
Проверим выполняется ли условие:
Условие выполняется следовательно несущая способность основания обеспечена.
Принимаем фундамент мелкого заложения со следующими размерами:
d=365 м – глубина заложения фундамента;
b=15 м – ширина подушки фундамента;
l=18 м – длина подушки фундамента.
Вариант № 2. Свайный фундамент на висячих забивных сваях
В России известно более 150 видов свай которые классифицируются по материалу конструкции виду армирования способу изготовления и погружения по характеру работы в грунте.
В настоящее время в строительстве наибольшее применение нашли следующие виды свай:
Сваи забивные жб погружаемые в грунт в готовом виде с помощью молотов вибропогружателей и вибровдавливающих агрегатов;
Сваи буронабивные устраиваемые заполнением пробуренных скважин бетонной смесью или жб элементами.
Сваи набивные устраиваемые в скважинах образованных уплотнением грунта;
Рациональная область применения различных видов свай определяется в первую очередь инженерно-геологическими условиями строительной площадки и характером нагрузок передаваемых от сооружения на фундамент.
Свайные фундаменты рационально применять при большой толщине слабых грунтов залегающих сверху (текучепластичных и текучих глинистых грунтов заторфованных насыпных) а также при высоком горизонте грунтовых вод и при глубоком промерзании грунтов для понижения трудоемкости увеличения степени механизации работ нулевого цикла и экономической их целесообразности.
В нашем случае свайный фундамент принимаем в виде кустов свай объединенных общим железобетонным ростверком квадратной формы в плане. Количество свай в кусте определяет величиной и видом нагрузки и несущей способностью свай. Принимаем жесткое сопряжение свайного ростверка со сваями.
1. Определение глубины заложения подошвы ростверка
Ростверк пытаются заложить как можно выше так как это обеспечивает более экономичное решение. При установлении глубины заложения подошвы ростверка руководствуются теми же соображениями что и при определении глубины заложения подошвы фундаментов возводимых на естественном основании [п. 4.1].
Расчетная глубина промерзания грунтов определенная в [п. 4.1.2]-
Ориентировочно минимальная высота ростверка под колонну может быть определена по формуле м:
Размеры подколонника выбираются аналогично фундаментам мелкого заложения на естественном основании и равны 1800х1200мм. Принимаем глубину заложения ростверка 195м и его высоту 07м.
2. Выбор вида и размеров свай
Согласно [3 п. 2.2.] сваи по характеру работы в грунте разделяют на сваи-стойки и сваи трения (висячие). К сваям-стойкам относят сваи всех видов опирающиеся на скальные грунты а кроме того забивные сваи на малосжимаемые грунты. К малосжимаемым грунтам относятся крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем средней плотности и плотным а также твердые глины с модулем деформации Е > 50 МПа.
Сваи передающие нагрузку острием и боковой поверхностью на сжимаемые грунты называются сваями трения (висячими).
Длина сваи определяется глубиной залегания слоя хорошего грунта в который заглубляется свая отметкой заложения подошвы ростверка и
величиной заделки сваи в ростверк. При назначении длины сваи слабые грунты (насыпные торф грунты в текучем и рыхлом состоянии) необходимо прорезать и острие сваи заглублять в плотные грунты. При очень мощной толще слабых грунтов нижние концы свай оставляют в них.
Обычно заглубление сваи в крупнообломочные гравелистые крупные и средней крупности песчаные грунты а также глинистые грунты с показателем консистенции IL ≤ 01 должно быть не менее 05 м а прочие нескальные грунты – не менее 1 м.
Выбираем висячую забивную сваю с заглублением в песок средней крупности (IL = 0) на 1 м:
Определив тип и требуемую длину сваи выбираем по сортаменту рациональное сечение и марку сваи [1 табл.2]. Выбираем сваю С5 – 30 длинной 5 м с размером поперечного сечения b=30х30 см.
Рис. 5. Схема определения глубины заложения ростверка и свай
3. Определение расчетной нагрузки допускаемой на сваю
Допускаемая нагрузка на сваю определяется из условий работы сваи по грунту и по материалу. В расчетах используется меньшее значение расчетной нагрузки допускаемой на сваю полученное по двум указанным условиям.
3.1. Определение расчетной нагрузки допускаемой на сваю по грунту
Расчётная нагрузка Fd кН допускаемая на висячую забивную сваю определяется по формуле
где γc - коэффициент условий работы сваи в грунте принимается γc =1;
R - расчётное сопротивление грунта под нижним концом сваи определяемое по [7 табл. 1] с помощью интерполирования в зависимости от вида грунта его состояния и глубины заложения несущего слоя кПа.
A - площадь опирания сваи на грунт м2 (А = 03 03 = 009 м2);
U - наружный периметр поперечного сечения сваи м (U = 03 4 = 12 м);
Разделим слои которые проходит свая на слои толщиной 2м и обозначим их. Получаем следующие слои: 1–ый слой – суглинок h1 = 045 м 2–ой слой – песок мелкий h2 = 08 м 3 – ий слой – супесь h3 = 2 м 4 – й слой – песок средней крупности h4 = 135 м.
- коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи учитывающие влияние способа погружения свай на расчётные сопротивления грунта определяемые по [7 табл. 3] в зависимости от вида и состояния грунта
3.2. Определение расчетной нагрузки допускаемой на сваю по сопротивлению материала (сваи)
Расчетная нагрузка Рс допускаемая на сваю по сопротивлению материала для железобетонной сваи определяется в соответствии со СНиП [8]. В курсовой работе применены сваи из бетона марки В 15 со стержневой арматурой (4 стержня А-I диаметром 10 мм). Расчетная нагрузка Рс (кПа) допускаемая на сваю (железобетонную центрально-сжатую прямоугольного и квадратного сечения с симметричным армированием) по сопротивлению материала определяется по формуле:
где γ с – коэффициент условий работы сваи (γс = 1 при d > 200 мм);
φ – коэффициент продольного изгиба (для низкого ростверка принимается φ = 1);
γb – коэффициент условий работы бетона (для забивных свай γсd = 1);
Rb – расчетное сопротивление бетона сжатию определяемое по [8 табл. 13] (Rb = 85 МПа);
А – площадь поперечного сечения сваи м2 (А = 0303 = 009м2);
Rs – расчетное сопротивление арматуры сжатию определяемое по [8 табл. 22*] (Rs = 225 МПа) ;
As – площадь поперечного сечения рабочей арматуры м2 ()
Несущая способность висячей сваи по грунту меньше чем по материалу (482735 кПа 83565 кПа) следовательно в дальнейших расчетах используется наименьшее из этих значений т. е. N = 482735 кПа.
4. Определение количества свай в фундаменте и их размещение
Необходимое количество свай в фундаменте рассчитывают приближенным способом предполагая равномерное размещение и передачу нагрузки на все сваи в ростверке из выражения:
где – расчетная нагрузка действующая по обрезу фундамента кН();
где k - коэффициент учитывающий действие момента М0I (при M0I 0 k = 12).
P = N = 482735 кН– расчетная нагрузка допускаемая на сваю;
где =14 - коэффициент надежности определяемый по [7 п. 3.10];
а – шаг сваи принимаемый ориентировочно а = 3b (b – большая сторона или диаметр сваи) а = 3b = 3 02= 06м;
- коэффициент надежности равный 11;
dр – глубина заложения подошвы ростверка м (dp = 195 м);
- усредненный удельный вес материала фундамента и грунта принимаемый = 20 кНм3.
Полученное количество округляется до целого числа свай nф. Следовательно nф = 4.
Расстояние между осями забивных висячих свай без уширений в плоскости их нижних концов должно быть не менее 3d (где d — или диаметр круглого или сторона квадратного или большая сторона прямоугольного поперечного сечения ствола сваи) 3d = 09 м.
5. Определение размеров ростверка
Определение ширины ростверка
Ширина ростверка зависит от схемы размещения свай и возможного отклонения свай при забивке. Расстояние от края ростверка до внешней стороны сваи при трехрядном их размещении
где b – ширина сваи равная 25 см.
с = 03b + 5 = 03 30 + 5 = 14 см 15 см (т.к. должно быть кратно 5).
Ширина ростверка bр равна:
bр =h +2с + b = 09 + 2 015 + 03 = 15 м.
Принимаем ширину ростверка конструктивно т.е. bр= 15 м lр =18 м.
Рис. 6 Расположение свай в кусте
6 Проверка свай по несущей способности
После размещения сваи и получения размеров ростверка определяют фактическую расчетную нагрузку на сваю N рассматривая фундамент как рамную конструкцию воспринимающую вертикальные и горизонтальные нагрузки и изгибающие моменты.
Для фундаментов промышленных и гражданских сооружений с вертикальными сваями расчетную нагрузку на сваю в плоскости подошвы ростверка допускается определять по формуле:
где – нагрузка приходящаяся на одну сваю в плоскости подошвы ростверка .
n – число свай в фундаменте;
В курсовой работе поэтому формула имеет вид:
При этом должно выполняться условие: где γk - коэффициент надёжности определяемый [4 п.3.10] γk =14. Условие выполняется так как 344811 кН 83565 кН
Сваи по несущей способности необходимо проверять из условия:
(344811-265014)344811*100% = 23% >10 %.
7. Расчет свайного фундамента по деформациям
Расчет фундамента из висячих забивных свай и его основания по деформациям (по второй группе предельных состояний) следует производить как для условного фундамента на естественном основании в соответствии с требованиями СНиП [7]. Расчет сводится к определению размеров условного фундамента проверке напряжений возникающих по его подошве и вычислению осадки.
7.1. Определение границ условного фундамента
Границы условного фундамента определяются следующим образом. Первоначально определяют средневзвешенное расчетное значение угла внутреннего трения грунтов находящихся в пределах длины сваи:
где – расчетные значения углов внутреннего трения для отдельных пройденных сваями слоев грунта толщиной hi.
Затем проводим наклонные плоскости под углом от точек пересечения наружных граней свай с подошвой ростверка до плоскости DC проходящей через нижние концы свай. Путем построения боковых вертикальных плоскостей проходящих через точки D и C до пересечения с поверхностью планировки грунта находят очертания условного фундамента ABCD который включает в себя грунт сваи и ростверк.
Размеры подошвы условного фундамента (соответственно ширину и длину его) определяют по выражениям:
Площадь условного фундамента:
где и – размеры в пределах внешних граней крайних свай м;
h – глубина погружения свай в грунт считая от подошвы ростверка.
Рис.7 Схема к расчету основания по деформациям
7.2. Определение интенсивности давления по подошве условного фундамента
Определив площадь условного фундамента и глубину его заложения определяют интенсивность давления по его подошве и сравнивают ее с расчетным сопротивлением грунта установленным на этой глубине аналогично фундаментам мелкого заложения [1 п. 4.2.4]. Тогда:
где – расчетная вертикальная нагрузка по обрезу фундамента ;
– вес свай ростверка и грунта в пределах условного фундамента ABCD кН с площадью Аy м2;
R – расчетное сопротивление грунта на уровне подошвы условного фундамента кПа [3 ф. (7)].
Расчетное сопротивление грунта основания:
где gс1 и gс2 - коэффициенты условий работы принимаемые по табл. 3 [2]; ; ;
- коэффициенты вычисляются путем интерполирования:
7.3. Определение осадки условного свайного фундамента
Определяют по формулам приведенным в [3 п. 5.1.2].
) hi ≤ 04b т. е. hi = 04b = 04 2226 = 08904 м где b – ширина условного фундамента. Принимаем . hi = 09 м
) Полная осадка основания определяется как сумма осадок отдельных слоев в пределах сжимаемой толщи по формуле:
- условие выполняется так как .
Результаты расчета сведены в таблицу 5.
Рис. 8. Расчетная схема к определению осадки методом послойного суммирования
Вариант № 3. Свайный фундамент на буронабивных сваях
Буронабивные сваи по способу устройства подразделяются на:
а) буронабивные сплошного сечения с уширениями и без них бетонируемые в скважинах пробуренных в пылевато-глинистых грунтах выше уровня грунтовых вод без крепления стенок скважин а в любых грунтах ниже уровня грунтовых вод - с закреплением стенок скважин глинистым раствором или инвентарными извлекаемыми обсадными трубами;
б) буронабивные полые круглого сечения устраиваемые с применением многосекционного вибросердечника;
в) буронабивные с уплотненным забоем устраиваемые путем втрамбовывания в забой скважины щебня;
г) буронабивные с камуфлетной пятой устраиваемые путем бурения скважин с последующим образованием уширения взрывом и заполнения скважин бетонной смесью;
д) буроинъекционные диаметром 015-025 м устраиваемые путем нагнетания (инъекции) мелкозернистой бетонной смеси или цементно-песчаного раствора в пробуренные скважины;
е) сваи-столбы устраиваемые путем бурения скважин с уширением или без него укладки в них омоноличивающего цементно-песчаного раствора и опускания в скважины цилиндрических или призматических элементов сплошного сечения со сторонами или диаметром 08 м и более;
ж) буроопускные сваи с камуфлетной пятой отличающиеся от буронабивных свай с камуфлетной пятой тем что после образования камуфлетного уширения в скважину опускают железобетонную сваю .
В зависимости от грунта основания буронабивные сваи могут изготавливаться с применением извлекаемых инвентарных обсадных труб или без них.
В маловлажных структурно устойчивых глинистых грунтах бурение скважин можно производить без устройства обсадных труб так как вследствие структурной прочности грунта стенки скважины определенное время могут находиться в устойчивом состоянии. В водонасыщенных глинистых грунтах бурение скважин осуществляется под защитой глинистого раствора как с использованием обсадных труб так и без них (рис.9).
Рис.9. Последовательность изготовления буронабивных свай без оболочек: а - бурение скважины; б - устройство уширения механическим способом; в - установка арматурного каркаса; г - опускание в скважину бетонолитной трубы; д - заполнение скважины бетонной смесью; е - извлечение бетонолитной трубы с вибрацией; ж - формирование головы сваи в инвентарном кондукторе.
Буронабивные сваи без применения обсадных труб изготавливаются так: в грунте пробуривают скважину с использованием установки ударного или вращательного способов бурения. Грунт в забое скважины при ударном способе бурения разрушается ударами долота присоединенного к бурильным трубам и канатам.
При бурении вращательным способом оно выполняется специальной насадкой со сплошным или кольцевым забоем. В процессе бурения применяется глинистый раствор который оказывает гидростатическое давление на стенки скважины предохраняя от обвала и восходящим потоком глинистого раствора частицы разбуренного грунта выносятся на его поверхность.
После изготовления скважины в нее опускается арматурный каркас который
в зависимости от вида внешней нагрузки может устанавливаться по всей длине сваи на части ее длины или только у верха для связи с ростверком. Затем скважина бетонируется методом вертикально перемещающейся трубы. При подъеме бетонолитной трубы в процессе бетонирования нижний конец ее должен быть всегда заглублен в бетонную смесь не менее чем на 1 м. Поданная бетонная смесь уплотняется с помощью вибратора закрепленного на бетонолитной трубе.
Размеры подколонника выбираются аналогично фундаментам мелкого заложения на естественном основании и равны 1800х1200мм. Принимаем глубину заложения ростверка 125м и его высоту 07м.
Длина сваи определяется глубиной залегания слоя хорошего грунта в который заглубляется свая отметкой заложения подошвы ростверка и величиной заделки сваи в ростверк. При назначении длины сваи слабые грунты (насыпные торф грунты в текучем и рыхлом состоянии) необходимо прорезать и острие сваи заглублять в плотные грунты. При очень мощной толще слабых грунтов нижние концы свай оставляют в них.
Определив тип и требуемую длину сваи выбираем по сортаменту рациональное сечение и марку сваи. Выбираем сваю БСИ (буронабивная свая в неустойчивых грунтах с закреплением стенок скважин извлекаемыми трубами) длинной 5 м с диаметром d=90 см.
Рис. 10. Схема определения глубины заложения ростверка и свай
Расчётная нагрузка Fd кН допускаемая на висячую забивную сваю определяется по формуле
R - расчётное сопротивление грунта под нижним концом сваи определяемое по п. 4.7 [СНиП сваи] кПа. Для крупнообломочных грунтов с песчаным заполнителем и песчаных грунтов в основании набивной и буровой свай с уширением и без уширения сваи – оболочки погружаемой с полным удалением грунтового ядра – по формуле 12 [СНиП сваи]:
где a1=68803 a2=122666 a3=07705 a4 =02395 - безразмерные коэффициенты принимаемые по табл.6 в зависимости от расчетного значения угла внутреннего трения jI грунта основания определенного в соответствии с указаниями п.3.5 интерполяцией [СНиП сваи];
(кНм3) - расчетное значение удельного веса грунта в основании сваи (при водонасыщенных грунтах с учетом взвешивающего действия воды);
(кНм3) - усредненное (по слоям) расчетное значение удельного веса грунтов расположенных выше нижнего конца сваи с учетом взвешивающего действия воды;
d=09 м – диаметр буронабивной сваи;
h=625 м - глубина заложения нижнего конца сваи;
A - площадь опирания сваи на грунт м2
U - наружный периметр поперечного сечения сваи м
Разделим слои которые проходит свая на слои толщиной 2м и обозначим их. hi - толщина i - го слоя грунта м. Получаем следующие слои: 1–ый слой – суглинок h1 = 045 м 2–ой слой – песок мелкий h2 = 08 м 3 – ий слой – супесь h3 = 2 м 4 – й слой – песок средней крупности h4 = 2 м 5 – й слой – песок средней крупности h5 = 2 м 6 – й слой – песок средней крупности h6 = 2 м 7 – й слой – песок средней крупности h7 = 035 м.
Расчетная нагрузка Рс допускаемая на сваю по сопротивлению материала для железобетонной сваи определяется в соответствии со СНиП [8]. В курсовой работе применены сваи из бетона марки В 15 со стержневой арматурой (4 стержня А-I диаметром 10 мм). Расчетная нагрузка Рс (кПа) допускаемая на сваю (железобетонную центрально-сжатую прямоугольного и квадратного сечения с симметричным армированием) по сопротивлению материала определяется по формуле:
– коэффициент продольного изгиба (для низкого ростверка );
γb – коэффициент условий работы бетона (для забивных свай γсd = 08 – в грунтах бурение скважин и бетонирование в которых осуществляется при наличии в них воды с применением извлекаемых обсадных труб);
А – площадь поперечного сечения сваи м2 (А = 0636 м2);
Rs – расчетное сопротивление арматуры сжатию определяемое по [8 табл. 22*] (Rs = 280 МПа) ;
Несущая способность висячей сваи по грунту меньше чем по материалу (1958696 кПа 4549875 кПа) следовательно в дальнейших расчетах используется наименьшее из этих значений т. е. N = 1958696 кПа.
N = 1958696 кН Р = кН – расчетная нагрузка допускаемая на сваю; где =14 - коэффициент надежности определяемый по [7 п. 3.10];
а – шаг сваи принимаемый ориентировочно 1 м;
dр – глубина заложения подошвы ростверка м (dp = 125 м);
Полученное количество округляется до целого числа свай nф -> nф = 1.
Расстояние в свету между стволами буровых набивных свай и свай – оболочек а также скважинами свай – столбов должно быть не менее 1 м. [п. 7.9 СНиП сваи]
Ширина ростверка зависит от схемы размещения свай и возможного отклонения свай при забивке. Расстояние от края ростверка до внешней стороны сваи при однорядном их размещении с = 02d + 5см
где d – диаметр сваи равный 90 см.
с = 02d + 5 = 02 90 + 5 = 23 см 25 см (т.к. должно быть кратно 5).
bр =h +2с + d = 2 025 + 09 = 14 м.
Принимаем ширину ростверка конструктивно т.е. bр= 14м lр =18 м.
Рис. 11. Расположение свай в кусте
6. Проверка свай по несущей способности
Для фундаментов промышленных и гражданских сооружений с вертикальными сваями расчетную нагрузку на сваю в плоскости подошвы ростверка допускается определять по формуле:
где – нагрузка приходящаяся на одну сваю в плоскости подошвы ростверка
При этом должно выполняться условие: где γk - коэффициент надёжности определяемый [4 п.3.10] γk =14. Условие выполняется так как 1399069 кН 4549875 кН
(1399069-782016)1399069*100% = 44% >10 %.
Расчет фундамента из буронабивных свай и его основания по деформациям (по второй группе предельных состояний) следует производить как для условного фундамента на естественном основании в соответствии с требованиями СНиП [7]. Расчет сводится к определению размеров условного фундамента проверке напряжений возникающих по его подошве и вычислению осадки.
Рис.12. Схема к расчету основания по деформациям
где – расчетная вертикальная нагрузка по обрезу фундамента
) hi ≤ 04b т. е. hi = 04b = 04 2178 = 087 м где b – ширина условного фундамента. Принимаем . hi = 09 м
Рис. 13. Расчетная схема к определению осадки методом послойного суммирования
Защита фундаментов и подземных частей здания от грунтовых вод
Защитные мероприятия бывают направлены на:
- предохранение надземных помещений и фундаментов от грунтовой сырости;
- защиту от затопления и всплытия подземных помещений;
- защиту от коррозии и разрушения материалов подземных конструкций.
1. Защита надземных помещений
Защита надземных помещений от грунтовой сырости ограничивается устройством по выровненной поверхности всех стен непрерывной водонепроницаемой прослойки из жирного цементного раствора или из одного – двух слоев рулонного материала на битуме.
Этот слой составляет с бетонной подготовкой пола одно целое. В местах понижения пола устраивают дополнительную изоляцию.
2. Защита подвальных помещений и приямков
Защита подвальных помещений и приямков от затопления подземной водой необходима когда уровень воды может подниматься выше пола этих помещений или других подземных устройств. Кроме того изолируют фундаменты и пол для исключения капиллярного подсоса влаги из грунта.
Водонепроницаемость стен и пола сооружения можно обеспечить применением плотного монолитного бетона специального состава с пластифицирующими водоотталкивающими добавками. При недостаточной плотности бетона и при сборных фундаментах основными направлениями защиты подвальных помещений от подземных вод являются: устройство гидроизоляции; перехват их дренажами.
Дренажные системы должны устранять воздействие напорных вод на заглубленные сооружения что позволяет упростить выполнение работ по устройству фундаментов. Дренирование является целесообразным в грунтах
имеющих достаточно высокие коэффициенты фильтрации ( мсут).
В городском и промышленном строительстве применяют горизонтальные трубчатые дренажи совершенного типа полностью прорезающие водоносный слой и доходящие до водоупора и несовершенного типа прорезающие слой частично.
Наиболее экономично устраивать дренаж не для одного здания а для комплекса зданий в период инженерной подготовки сооружения что сокращает протяженность дренажной сети.
Для отдельных зданий и сооружений применяют два типа дренажа: пристенный и пластовый. Пристенный (сопутствующий) дренаж применяют при неглубоком залегании водоупора и слоистом основании. Пластовый дренаж применяют в слабопроницаемых грунтах где линейные дренажи часто не дают положительного результата и при наличии в этих грунтах маломощных хорошо проницаемых прослоек и линз. Соединение подпольного пластового дренажа с пристенным дренажом в зданиях с ленточными фундаментами осуществляется с помощью труб а в зданиях с отдельными фундаментами - через дренажные прослойки.
Устройство дренажей особенно индивидуальных лимитируется возможностью отвода из них воды. Например следует учесть что при устройстве дренажей требуются дополнительные расходы связанные с их эксплуатацией и ремонтом.
Проектирование гидроизоляции ведется с учетом возможного подъема капиллярных вод на высоту до 05 м в песках мелких и средней крупности до 15 м – в пылеватых песках и до 2 м – в глинистых грунтах.
Обычно гидроизоляцию делают следующих типов: окрасочную оклеенную штукатурную. В редких случаях ее выполняют в виде конструкций из металла или плотного бетона при непрерывном его бетонировании.
От капиллярной влаги подземные конструкции в местах соприкосновения с грунтом чаще всего изолируют окрасочной гидроизоляцией на битумной битумно-полимерной и полимерной основах которая наносится в 2 - 4 слоя.
Во влажных грунтах обмазку делают по оштукатуренной цементным раствором поверхности стены. В сильновлажных грунтах к цементному раствору добавляют церезит уплотняющий бетон и растворы. Изоляцией полов подвала при низком уровне подземных вод служит сам бетонный пол. В сильновлажных грунтах пол выполняется из плотного бетона с добавлением церезита и покрывается слоем битума. При положении грунтовых вод выше пола подвалов приямков подземных этажей обычно применяют для полов и стен штукатурную или оклеечную гидроизоляцию.
Наружная гидроизоляция выполняется в трех конструктивных вариантах в зависимости от напора воды. Во всех трех вариантах боковое гидростатическое давление воспринимается стенами подвала а вертикальная оклеечная гидроизоляция защищается от механических повреждений кирпичной стенкой.
3. Антикоррозионная защита
Антикоррозионная защита от разрушения бетона агрессивными водами может быть выполнена за счет применения плотных бетонов полимербетонов бетонов на сульфатостойком портландцементе (при наличии сульфатной агрессии). Надежным способом изоляции фундамента от агрессивных вод является обмазка его полимерной смолой или битумной мастикой с последующим устройством по боковым граням глиняного замка. Антикоррозионная гидроизоляция служит для защиты материалов сооружений от химически агрессивных жидкостей и вод а также от агрессивного атмосферного воздействия электрокоррозии.
Качественную гидроизоляцию можно сделать лишь в сухом котловане поэтому до устройства гидроизоляции производят временное понижение УПВ дренажем или применением водоотлива.
Для предохранения подвала от замачивания поверхностными водами устраивается отмастка шириной 05 - 07 м.
Мероприятия против деформации зданий и сооружений при промерзании и пучении грунтов
Фундаменты зданий и сооружений закладываемые в пучинистые грунты испытывают при промораживании воздействие нормальных и касательных сил морозного пучения.
Для исключения деформаций конструкций от этих воздействий нужно запроектировать особые мероприятия: инженерно-мелиоративные строительно-конструктивные химические тепловые и теплоизоляционные. Выбор тех или иных мер зависит от степени морозной пучинистости грунтов оснований и обратной засыпки.
Основные рекомендации:
а) Исключить избыточное увлажнение грунтов вблизи фундаментов. Не допускать застаивания воды в котлованах. Дренажи выполнять в первую очередь.
б) Обратную засыпку пазух (особенно глинистыми грунтами) выполнять в строгом соответствии со СНиПом. Обязательно устраивать водонепроницаемые отмостки.
в) Детально обосновать глубину заложения фундаментов по условиям недопущения образования сил морозного пучения грунтов под подошвой фундаментов.
г) Принимать простейшие формы фундаментов с малой площадью поперечного сечения. Отдавать предпочтение столбчатым и свайным фундаментам с фундаментными балками.
д) Уменьшать площадь смерзания грунта с поверхностью фундамента.
е) Снижать глубину промерзания грунта возле фундаментов теплоизоляционными мероприятиями (например устройством под отмостками подушек из шлака керамзита шлаковаты и т.д.).
ж) Уменьшать значения касательных сил морозного пучения за счет устройства на вертикальных плоскостях фундаментов покрытий из смазочных материалов.
з) Повышать нагрузки на фундаменты для уравновешивания касательных сил выпучивания; заанкерировать фундаменты в слое грунта ниже сезонного промерзания.
и) Применять полную или частичную замену пучинистого грунта непучинистым грунтом (например под фундаментными балками).
к) Применять в строительный период временное отопление подвалов и подполий устраивать временные теплоизоляционные покрытия из опилок шлака керамзита и т.п. (в отдельных случаях допускается применение электропрогрева грунтов).
В КП необходимо выбрать меры по исключению выпучивания заглубленных конструкций под которыми возможно промораживание грунта в строительный или эксплуатационный период. Особое внимание нужно обратить на фундаментные балки и фундаменты в подвалах.
Технико-экономическое сравнение и выбор оптимального
Технико-экономическая оценка выполняется для каждого из разработанных вариантов фундамента и включает в себя определение объёмов основных работ для одного фундамента и подсчёт их стоимости.
Стоимость каждого варианта фундамента определяется по единым районным единичным расценкам (ЕРЕР).
1. Стоимость работ по устройству фундамента мелкого заложения
Вид работ или элемент конструкции
Объем работ или конструкции
Единич. стоимость работ руб
Общая стоимость работ руб.
Разработка грунта при глубине выработки более 18м
0 + 15% с каждых 01 м ниже 18 м
Устройство фундамента
Крепление стенок котлована деревянным шпунтом
- поправочный коэффициент на глубину
2. Стоимость работ по устройству свайного фундамента на висячих забивных сваях
Забивные сваи до 12 м
3. Стоимость работ по устройству свайного фундамента на буронабивных сваях
Разработка грунта при глубине выработки менее 18 м
Набивные сваи до 12 м
Забивка трубчатых оболочек
Заполнение трубчатых оболочек бетоном
По результатам расчёта наиболее дешевым является вариант свайного фундамента. Его и принимаем для окончательного проектирования фундаментов по другим сечениям намеченным в задании.
Расчёт свайного фундамента по сечению 2-2
Для сечения 2-2 принимаем глубину заложения ростверка 195м и его высоту 07м как и для сечения 1-1. Принимаем сваи С5-20 длиной 5 м с размером поперечного сечения b=20х20 см.
Рис.14. Схема определения глубины заложения ростверка и свай
1. Определение расчетной нагрузки допускаемой на сваю
1.1. Определение расчетной нагрузки допускаемой на сваю по грунту
A - площадь опирания сваи на грунт м2 (А = 02 02 = 004 м2);
U - наружный периметр поперечного сечения сваи м (U = 02 4 = 08 м);
1.2. Определение расчетной нагрузки допускаемой на сваю по сопротивлению материала (сваи)
φ – коэффициент продольного изгиба (для низкого ростверка φ = 1);
А – площадь поперечного сечения сваи м2 (А = 0202 = 004м2);
Несущая способность висячей сваи по грунту меньше чем по материалу (271628 кПа 41065 кПа) следовательно в дальнейших расчетах используется наименьшее из этих значений т. е. N = 271628 кПа.
2. Определение количества свай в фундаменте и их размещение
P = N = 271628 кН– расчетная нагрузка допускаемая на сваю;
а – шаг сваи принимаемый ориентировочно а = 3b (b – большая сторона или диаметр сваи) а = 3b = 3 02 = 06м;
Расстояние между осями забивных висячих свай без уширений в плоскости их нижних концов должно быть не менее 3d (где d — или диаметр круглого или сторона квадратного или большая сторона прямоугольного поперечного сечения ствола сваи) 3d = 06 м.
3. Определение размеров ростверка
с = 03b + 5 = 03 20 + 5 = 11 см 15 см (т.к. должно быть кратно 5).
bр = h +2с + b = 06 + 2 015 + 02 = 11 м.
Принимаем ширину ростверка конструктивно т.е. bр= 24 м lр = 18 м.
Рис. 15. Расположение свай в кусте
4. Проверка свай по несущей способности
При этом должно выполняться условие: где γk - коэффициент надёжности определяемый [4 п.3.10] γk =14. Условие выполняется так как 19402 кН 41065 кН
(18297-15638)18297*100% = 145% >10 %.
5. Расчет свайного фундамента по деформациям
5.1. Определение границ условного фундамента
5.2. Определение интенсивности давления по подошве условного фундамента
Расчёт свайного фундамента по сечению 3-3
Для сечения 3-3 принимаем глубину заложения ростверка 195м и его высоту 07м как и для сечения 1-1. Принимаем сваи С5-25 длиной 5 м с размером поперечного сечения b=25х25 см.
Рис.16. Схема определения глубины заложения ростверка и свай
R - расчётное сопротивление грунта под нижним концом сваи определяемое по [7 табл. 1] с помощью интерполирования в зависимости от вида грунта его состояния и глубины заложения несущего слоя кПа. R=3580 кПа;
A - площадь опирания сваи на грунт м2 (А = 025 025 = 00625 м2);
U - наружный периметр поперечного сечения сваи м (U = 025 4 = 1 м);
А – площадь поперечного сечения сваи м2 (А = 025025 = 00625м2);
Несущая способность висячей сваи по грунту меньше чем по материалу (338613 кПа 6019 кПа) следовательно в дальнейших расчетах используется наименьшее из этих значений т. е. N = 338613 кПа.
P = N = 338613 кН– расчетная нагрузка допускаемая на сваю;
а – шаг сваи принимаемый ориентировочно а = 3b (b – большая сторона или диаметр сваи) а = 3b = 3 025 = 075 м;
Полученное количество округляется до целого числа свай nф. nф = 4.
Расстояние между осями забивных висячих свай без уширений в плоскости их нижних концов должно быть не менее 3d (где d — или диаметр круглого или сторона квадратного или большая сторона прямоугольного поперечного сечения ствола сваи) 3d = 075 м.
с = 03b + 5 = 03 25 + 5 = 13 см 15 см (т.к. должно быть кратно 5).
bр = h +2с + b = 075 + 2 015 + 025 = 13 м.
Принимаем ширину ростверка конструктивно т.е. bр= 24 м lр =18 м.
При этом должно выполняться условие: где γk - коэффициент надёжности определяемый [4 п.3.10] γk =14. Условие выполняется так как 241866 кН 6019 кН
(260677-21055)260677*100% = 19% > 10 %.
1.5. Расчет свайного фундамента по деформациям
Затем проводим наклонные плоскости под углом от точек пересечения наружных граней свай с подошвой ростверка до плоскости DC проходящей через нижние концы свай. Путем построения боковых вертикальных
плоскостей проходящих через точки D и C до пересечения с поверхностью планировки грунта находят очертания условного фундамента ABCD который включает в себя грунт сваи и ростверк.
R – расчетное сопротивление грунта на уровне подошвы условного фундамента кПа [3 ф. (7)]. Расчетное сопротивление грунта основания:
Расчёт свайного фундамента по сечению 4-4
Для сечения 4-4 принимаем глубину заложения ростверка 195 м и его высоту 07 м как и для сечения 1-1. Принимаем сваи С5-25 длиной 5 м с размером поперечного сечения b=25х25 см.
Рис.17. Схема определения глубины заложения ростверка и свай
Расчетная нагрузка Рс допускаемая на сваю по сопротивлению материала для железобетонной сваи определяется в соответствии со СНиП [8]. В курсовой работе применены сваи из бетона марки В 15 со стержневой арматурой
(4 стержня А-I диаметром 10 мм). Расчетная нагрузка Рс (кПа) допускаемая на
сваю (железобетонную центрально-сжатую прямоугольного и квадратного сечения с симметричным армированием) по сопротивлению материала определяется по формуле:
Несущая способность висячей сваи по грунту меньше чем по материалу (338613кПа 6019 кПа) следовательно в дальнейших расчетах используется наименьшее из этих значений т. е. N = 338613кПа.
а – шаг сваи принимаемый ориентировочно а = 3b (b – большая сторона или
диаметр сваи) а = 3b = 3 02 = 06м;
Принимаем ширину ростверка конструктивно т.е. bр= 24м lр =18 м.
При этом должно выполняться условие: где γk - коэффициент надёжности определяемый [4 п.3.10] γk =14. Условие выполняется так как 241566 кН 6019 кН
(241866-217255)241866*100% = 102% > 10 %.
Расчёт свайного фундамента по сечению 5-5
Для сечения 5-5 принимаем глубину заложения ростверка 195 м и его высоту 07 м как и для сечения 1-1. Принимаем сваи С5-20 длиной 5 м с размером поперечного сечения b=20х20 см.
Расчетная нагрузка Рс допускаемая на сваю по сопротивлению материала для железобетонной сваи определяется в соответствии со СНиП [8]. В курсовой работе применены сваи из бетона марки В 15 со стержневой арматурой (4 стержня А-I диаметром 10 мм). Расчетная нагрузка Рс (кПа) допускаемая на
А – площадь поперечного сечения сваи м2 (А = 0202 = 004 м2);
(18297-170033)18297*100% = 77% 10 %.
Горбунов-Посадов М.И. и др. Основания фундаменты и подземные сооружения. (Справочник проектировщика) Под ред. Е.А. Сорочана и Ю.Г. Трофименкова. – М.: Стройиздат 1985.
ГОСТ 25.100-96. Грунты. Классификация. – М.: Изд-во стандартов 1982.
Медведева Н.В. Методические рекомендации по выполнению курсового проекта. Основания и фундаменты. Вариантное проектирование фундаментов сооружений. Череповец 2007.
СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений. – М.: Стройиздат 1985.
СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. – М.: Стройиздат 1986.
СНиП 2.03.01-84. Бетонные и железобетонные конструкции. – М.: Стройиздат 1985.
СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты. – М.: ЦИТП Госстроя СССР 1986.
Шутенко Л.Н. и др. Основания и фундаменты: Курсовое и дипломное проектирование. – Киев: Высш. шк. 1989.

графика к курсовику.dwg

Песок средней крупности
Варианты фундаментов по сечению 1-1
Суглинок твердый Il = -0.167 e = 0.473
Песок мелкий Sr = 0.688
Супесь Il = 0.5 e = 0.559
Песок средней крупности Sr = 0.37
СП-42 203 270102 11 КП
Вариантное проектирование фундаментов здания
Примечания 1. Ростверки монолитные из бетона класса по прочности В15
марок по морозостойкости - F100
по водопроницаемости - W4. 2. Фундаментные балки сборные по серии 1.415-1 укладывать на бетонные столбики. 3. Под фундаментными балками устраивать шлаковую подсыпку. 4. Фундаменты выполнять по бетонной подготовке из бетона класса В7.5 толщиной 100 мм
выступающей за контуры подошвы на 100 мм в каждую сторону. 5. Сваи марок: С5-25
С5-20 по ГОСТ 19804.1-79. Сопряжение свай с ростверком жесткое. Отметка верха свай 0.40 м выше отметки подошвы ростверка. 6. Гидроизоляция ведётся по наружному контуру подземных конструкций. Средства
используемые для гидроизоляции - от капиллярной влаги подземные конструкции в местах соприкосновения с грунтом изолируют окрасочной гидроизоляцией на битумной
битумно-полимерной и полимерной основах.
План свайных фундаментов
Спецификация элементов фундаментов
Рарез здания М 1:200 ; план фундаментов М1:100; варианты фундаментов по сечению 1-1 М1:100
Цех по производству отопительных конвекторов
Индивидуальный монолитный