Определение наименования и состояния грунтов. Построение инженерно-геологического разреза. Выбор глубины заложения фундамента. Определение осадки фундамента. Определение глубины заложения и назначение размеров ростверка. Выбор типа и размеров свай.
При низкой оригинальности работы "Проектирование фундаментов пятиэтажного 20-квартирного дома до и после реконструкции", Вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100%
Для расчета предварительных размеров подошвы фундаментов определяют расчетное сопротивление грунта основания, которое принимается в зависимости от вида грунта, его коэффициенту пористости и консистенции (по интерполяции) по таблице П-11[1]. Для расчета предварительных размеров подошвы фундаментов определяют расчетное сопротивление грунта основания, которое принимается в зависимости от вида грунта, его коэффициенту пористости и консистенции (по интерполяции) по таблице П-11[1]. Глубина заложения фундаментов определяется с учетом: а) назначения, а также конструктивных особенностей зданий и сооружений (наличия подвалов, подземных коммуникаций, фундаментов под оборудование и т.д.); Минимальную глубину заложения фундаментов во всех грунтах, кроме скальных, рекомендуется принимать не менее 0,5 м, считая от поверхности наружной планировки или 0,4 м от пола подвала. Несущую способность забивной сваи определяем по формуле: грунт фундамент заложение свая где =1,0 - коэффициент условий работы сваи в грунте;В ходе подготовки курсовой работы на тему «Проектирование фундаментов пятиэтажного 20-квартирного жилого дома» было изучено проектирование двух вариантов фундамента: мелкого заложения и свайного.
Введение
Возведение фундаментов, являясь одной из наиболее трудоемких частей строительства каждого сооружения, связано с затратой больших средств и времени. Стоимость работ по подготовке оснований и устройству фундаментов обычно составляет 5-10% от общей стоимости объекта, а при сложных грунтовых условиях она может превысить и 20 %. Поэтому к проектированию фундаментов следует подходить очень серьезно, т.е. необходимо учесть все факторы, влияющие на их прочность, устойчивость и долговечность.
Тип проектирования фундамента определяется инженерно-геологическими условиями строительной площадки, в зависимости от которых могут быть предложены различные конструктивные варианты.
Материалы, из которых выполняют фундаменты, также очень разнообразны (бетон, камень, дерево и др.) В настоящее время особенно широкое применение получили сборные фундаменты, которые в гражданском строительстве почти полностью вытеснили монолитные конструкции. Кроме сборных фундаментов мелкого заложения, в массовом жилищном строительстве нашли применение также и свайные фундаменты.
1. Исходные данные
1.1 Данные о проектируемом здании
Пятиэтажный 20-квартирный жилой дом. Здание запроектировано с несущими поперечными стенами из кирпича. Толщина наружных стен - 64 см. Толщина внутренних несущих стен - 38 см. Удельный вес кирпичной кладки - 18КН/м3. Перегородки межкомнатные - гипсобетонные панели толщиной 8,0 см. Крыша чердачная. Кровля - металлочерепица. В здании имеется техподполье. Планы жилого дома и строительной площадки показаны на рисунке 1.1.
1.2 Данные об инженерно-геологических условиях строительной площадки
Результаты определения гранулометрического состава, основных физических характеристик, пределов пластичности глинистых грунтов приведены в таблице 1.1. Эти данные получены на основании испытаний образцов грунта, отобранных с различных глубин при бурении скважин.
В таблице 1.2 даны отметки устьев скважин, мощности слоев по скважинам, расстояние от поверхности земли до уровня подземных вод.
Таблица 1.1 Результаты определения физических характеристик грунтов
№ варианта Глубина отбора образца грунта от по-верхнос-ти, м Гранулометрический состав, % Плотность частиц, ?s, г/см3 Плотность грунта, ?, г/см3 Влажность, W, % Пределы пластичности
Размеры частиц в мм рас-каты-вания, Wp, % теку-чести, WL, %
Таблица 1.2 Данные о мощности геологических слоев, глубине подземных вод строительных площадок
№ варианта инж.-геол. разреза Абсолютные отметки устья скважин Номер слоя Мощность слоев по скважинам, м Расстояние от поверхности до уровня подземных вод, м
2. Оценка инженерно-геологических условий строительной площадки
2.1 Определение наименования и состояния грунтов
Для каждого из пластов, которые были вскрыты тремя скважинами, определим наименование грунта.
I) Первым грунтом является глинистый, т.к. в таблице 1.1 дана влажность на границе текучести и раскатывания.
Наименование глинистого грунта определяем по числу пластичности в соответствии с таблицей П-2[1]. Число пластичности определяется по формуле: IP = WL - WP, % (2.1) где WL - влажность на границе текучести, % (таблица 1.1);
WP - влажность на границе раскатывания, % (таблица 1.1).
Получим: Ip =25,3-14 =11,3 %
Из этого следует, что глинистый грунт является суглинком.
Затем подсчитаем следующие производные характеристики: · плотность грунта в сухом состоянии где ? - плотность грунта, т/м3 (таблица 1.1);
· коэффициент пористости грунта где - плотность частиц грунта, т/м3 (таблица 1.1). e = 2,7 / 1,68 - 1 = 0.61
Далее определяем степень влажности по формуле:
где - 1,0 т/м3 - плотность воды.
Sr = 0,01 * 19,1 * 2,7 / 0,61 * 1 = 0.85
Определяем показатель текучести:
Тогда IL = (19,1 - 14)/(25,3 - 14) = 0,45
В соответствии с таблицей П-5[1], по показателю текучести суглинок тугопластичный, т.к. 0,25<0?0,5.
Нормативные значения угла внутреннего трения и удельного сцепления принимают по таблице П-9[1] в зависимости от коэффициента пористости.
Удельное сцепление: c = 30,4 КПА
Угол внутреннего трения: j = 22,4°
Нормативное значение модуля деформации, зависящий от наименования, коэффициента пористости, показателя текучести, принимают по таблице П-8[1]:.
Модуль деформации: E = 21,4 МПА
Для расчета предварительных размеров подошвы фундаментов определяют расчетное сопротивление грунта основания, которое принимается в зависимости от вида грунта, его коэффициенту пористости и консистенции (по интерполяции) по таблице П-11[1].
Расчетное сопротивление грунта: R0 =245,05 КПА
Удельный вес:
где
Получим
Удельный вес частиц:
Тогда , Удельный вес сухого грунта:
Значит d = 1,68 * 9,81 = 16,48 КН/м3 , II) Второй грунт также глинистый, т.к. в таблице 1.1 дана влажность на границе текучести и раскатывания.
Наименование глинистого грунта определяем по числу пластичности в соответствии с таблицей П-2[1]. Число пластичности определяется по формуле (2.1): Получим: Ip =36,3-24 =12,3 %
Из этого следует, что глинистый грунт является суглинком.
Затем подсчитаем следующие производные характеристики: · плотность грунта в сухом состоянии по формуле (2.2): rd = 2,1 / (1 0,01 * 27)=1,65 т/м3
· коэффициент пористости грунта по (2.3) e = 2,69 / 1,65 - 1 = 0.63
Далее определяем степень влажности по формуле (2.4): Sr = 0,01 * 27 * 2,69 / 0,63 * 1 = 1,15
Определяем показатель текучести по (2.5): IL = (27-24)/(36,3-24) = 0,24
В соответствии с таблицей П-5[1], по показателю текучести суглинок полутвердый, т.к. 0?0,24?0,25.
Нормативные значения угла внутреннего трения и удельного сцепления принимают по таблице П-9[1] в зависимости от коэффициента пористости.
Удельное сцепление: c = 32,2 КПА
Угол внутреннего трения: j = 24,2°
Нормативное значение модуля деформации, зависящий от наименования, коэффициента пористости, показателя текучести, принимают по таблице П-8[1]:.
Модуль деформации: E = 23МПА
Для расчета предварительных размеров подошвы фундаментов определяют расчетное сопротивление грунта основания, которое принимается в зависимости от вида грунта, его коэффициенту пористости и консистенции (по интерполяции) по таблице П-11[1].
Расчетное сопротивление грунта: R0 =258,68 КПА
Удельный вес по (2.6): Получим
Удельный вес частиц по формуле (2.7): Тогда , Удельный вес сухого грунта по (2.8): d = 1,65 * 9,81 = 16,19 КН/м3 , После определения характеристик грунта можно дать заключение по каждому слою геологического разреза: 1 слой - суглинок тугопластичный с c = 30,4 КПА, j = 22,4°, E = 21,4 МПА;
R0 =245,05 КПА.
2 слой - суглинок полутвердый с c = 32,2 КПА, j = 24,2°, E = 23 МПА;
R0 =258,68 КПА.
Данные о физико-механических характеристиках и показателях грунтов, слагающих строительную площадку, записываем в сводную таблицу 2.1.
2 суглинок полутвердый не установлена 2,1 2,69 1,65 27 36,3 24 12,3 0,24 0,63 0,85 32,2 24,2 258,68 23
20,6 26,39 16,19
2.2 Построение инженерно-геологического разреза
Инженерно-геологический разрез представляет собой изображенное на бумаге вертикальное сечение верхней части земной коры, на котором показана последовательность залегания, мощность грунтов разного литологического состава, а также уровень подземных вод.
Разрез строится по трем скважинам, данные по которым сведены в таблице 1.2. Расположение скважин в плане и соответственно расстояния между ними даны на плане строительной площадки.
Построенный инженерно-геологический разрез имеет горизонтальный масштаб М 1:200 и вертикальный М 1:100 (см. рис. 2.1).
По построенному инженерно-геологическому разрезу принимаем планировочную отметку DL=133,7
3. Расчет фундаментов мелкого заложения на естественном основании
3.1 Выбор глубины заложения фундамента
Глубина заложения фундаментов определяется с учетом: а) назначения, а также конструктивных особенностей зданий и сооружений (наличия подвалов, подземных коммуникаций, фундаментов под оборудование и т.д.);
б) величины и характера нагрузок, воздействующих на фундаменты;
в) глубины заложения фундаментов примыкающих зданий и сооружений;
г) геологических и гидрогеологических условий площадки строительства;
д) глубины сезонного промерзания и оттаивания грунтов.
Минимальную глубину заложения фундаментов во всех грунтах, кроме скальных, рекомендуется принимать не менее 0,5 м, считая от поверхности наружной планировки или 0,4 м от пола подвала.
Будем осуществлять проектирование фундамента для сечения 5-5 (рис. 1.1), которое представляет собой ленточный фундамент под стену. Расчет данного сечения будем осуществлять по скважине № 3, так как она является ближайшей к сечению. Для упрощения вычисления вычертим расчетную схему (рис. 3.1). GII=19,62 т/м3
По схематической карте рис. П-2 [1] определяем нормативное значение сезонного промерзания грунтов для заданного по условию г. Уфа: dfn=1,8*d0/0,23 (3.1) где d0 = 0,23 - глубина промерзания при для суглинков. dfn=1,8*0,23/0,23=1,8 м
Затем определяем расчетную глубину промерзания по формуле: df=kh*dfn (3.2) где kh=0,4 - коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения (здание с подвалом ,расчетная среднесуточная температура воздуха в помещениях, примыкающих к наружным фундаментам 20ОС), определяемый по табл. П-13 [1]. df=kn*dfn = 0,4*1,8 = 0,72 м
По условиям исключения морозного пучения грунтов определяем, что глубина заложения фундамента должна быть не менее df (z=2.2-0.72=1.48 м < 2 м) (таблица П-12[1]). Глубина заложения фундамента df =0.72 не подходит по конструктивным особенностям.
Принимаем толщину плиты перекрытия над подвалом 300 мм, толщину пола подвала 100 мм, толщину подушки фундамента 300 мм. На основании этого получаем значение глубины заложения, как разность отметок подошвы фундамента и планировки: d1 = (1,75 0,1 0,4)-1,2 = 1,05 м >0.72 м
В результате общей оценки приведенных выше условий устанавливаем минимальную глубину заложения d=1.05 м, которая и принимается при проектировании фундаментов здания.
3.2 Определение размеров фундаментов в плане
Предварительное определение размеров фундаментов в плане производится с учетом расчетного сопротивления грунта основания R0.
Площадь подошвы фундамента определяется по формуле
(3.3)
Где: NII=148,62 КН/м.п. - расчетная нагрузка в уровне поверхности земли (по заданию);
gcp - среднее значение удельного веса материала фундамента и грунта на его уступах (в интервале 20,0…22,2 КН/м3). Принимаем gcp=22 КН/м3
R0=245,05КПА - расчетное сопротивление грунта слоя, залегающего ниже подошвы фундамента, КПА, (таблица 2.1) d1=1.05 м - глубина заложения фундамента (рисунок 3.1).
A=148,62/(245,05-22*1,05)=0,6696
Ширина ленточного фундамента под стену, когда расчет ведется на 1 пог. м. длины фундамента, равна b=A/1 (3.4) b=0,6696/1=0,7 м
Определяем расчетное сопротивление грунта основания R по формуле
(3.5)
Где b=0,7 м - ширина подошвы фундамента;
где GC1, GC2 - коэффициенты условий работы, принимаемые по таблице П-14[1], (GC1=1,2, GC2=1,096, т.к. грунт глинистый 0,25?JL?0,5, а соотношение длины здания к его ширине L/H=30,000/18,750 = 1,6);
К - коэффициент, принимаемый равным К=1,1;
Mg Mq, Мс, коэффициенты, принимаемые в зависимости от угла внутреннего трения ?= 22,4° по таблице П-15[1]: Mg=0,642;
Mq=3,524;
Мс=6,12;
Kz - коэффициент, принимаемый равным 1 (b<10 м);
GII=19,62 т/м3 - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента, т/м3, (таблица 2.1);
g"II -то же, залегающих выше подошвы фундамента, определяющееся по формуле: (3.6) g"II=19,62*0,9=17,658;
CII=30,4 КПА - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего ниже подошвы фундамента, КПА, (таблица 2.1);
d1 - приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле: d1 = hs hcf * gcf / g"II (3.7) где: hs=0.4 м - толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м, (рисунок 2.1);
gcf=23,5 КН/м3 - расчетное значение удельного веса материала пола подвала (пол бетонный);
hcf=0,1 м - толщина конструкции пола подвала, м, (рисунок 2.1).. d1 = 0,4 0,1 * 23,5 / 17,658 = 0,53 db - глубина подвала - расстояние от уровня планировки до пола подвала, м. Т.к. ширина подвала b?20 м db = 0,55 .
При принятом значении b=0.7 для фундамента определяем среднее давление по подошве
(3.8)
Pcp= 148.62/0.7 22*1.05=235.414 КПА
Разность Рср и R составляет 301.728-235.414=66.314 (что составляет 22 %). Необходимо изменить размеры фундамента и повторить вычисления
Принимаем b=0,55 м, тогда R=1.2*1.096/1.1*(0.642*0.55*19.62 3.524*0.53*17.658 (3.524-1)*0.55*17.658 6.12*30.4)=299.47 КПА
Pcp= 148.62/0.55 22*1.05=293.318 КПА
Разность Рср и R составляет 299.47-293.318=6.152 (что составляет 2.05 %). Условие выполняется.
На основании всего вышеизложенного принимаем ширину фундамента равной b=0.55 м. Однако эта расчетная ширина фундамента не совпадает с шириной сборной плиты, поэтому необходимо проектировать прерывистые фундаменты.
Расчетное сопротивление грунта основания R при проектировании прерывистых фундаментов определяется как для непрерывных ленточных фундаментов.
Проектирование прерывистых ленточных фундаментов ведется в следующей последовательности: 1. Определяется ширина b сплошного ленточного фундамента (b=0.55 м);
2. Определяется площадь ленточного фундамента A=l*b длиной l подлежащего замене на прерывистый;
4. Определяем коэффициент превышения расчетного сопротивления грунта основания kd=1.03;
5. Определяем суммарную площадь прямоугольных плит в прерывистом фундаменте
Ab=A/kd;
Ab=16.5/1.03=16.02 м2
6.Определяем число плит n в прерывистом фундаменте по величине Ab и площади одной плиты As=l*bt n=A/As ?n, где ?n - поправка для округления отношения A/As до большего целого числа;
As=1,2*0,6=0,72 м2;
n=16.02/0.72 0.75=23 шт
7. Определяем фактическое расстояние между плитами: lb=(L-n*l)/(n-1);
lb=(30-23*1.2)/(23-1)=0.11 м
8. Определяем давление по подошве плит и по этому давлению подбираем марку плиты по прочности: Ps=Pcp*A/At;
Ps=293.318*16.5/16.02=302.107 КПА;
9. Определяем фактический коэффициент превышения расчетного сопротивления kdf и сравниваем его с kd (kdf должно быть равно kd);
kdf =Ps/Pcp;
kdf =302,107/293,318=1,03;
1,03=1,03.
Окончательно принимаем фундаментную плиту ФЛ6.12-4.
3.3 Определение осадки фундамента
Расчет осадки фундамента производится исходя из условия: S ? Su (3.9) где Su = 10 см - предельная величина деформации основания фундаментов зданий и сооружений, которая определяется по табл. Б-1 [2].
S - величина конечной осадки отдельного фундамента, определяемая расчетом
(3.10) где b = 0,8 - коэффициент, корректирующий упрощенную схему расчета;
n - число слоев, на которое разделена по глубине сжимаемая толща основания;
hi - толщина i-го слоя грунта, см;
szpi - среднее дополнительное (к бытовому) напряжение в i-ом слое грунта, равное полусумме дополнительных напряжений на верхней и нижней границах i-го, КПА;
Ei - модуль деформации i-го слоя, КПА.
Для определения осадки фундамента необходимо составить схему показанную на рисунке 3.2 и построить эпюры вертикальных напряжений от собственного веса ??zqi и ??zpi. Ординаты эпюры szqi вычисляются в характерных точках по формуле: (3.11) где gi - удельный вес i-го слоя грунта, КН/м3;
hi - толщина i-го слоя грунта, м.
Для водонасыщенных слоев грунта, расположенных ниже уровня грунтовых вод, необходимо определять удельный вес грунта с учетом взвешивающего действия воды по формуле: (3.12)
Где =10 КН/м3 - удельный вес воды, КН/м3;
Для первого слоя грунта (суглинок тугопластичный): =26,49КН/м3- удельный вес частиц грунта, КН/м3, (таблица 2.1);
- Для 1-ого с лоя (суглинок тугопластичный) ниже отметки уровня грунтовых вод (2): = 43,164 10,24 * 1,9 = 62,62 КПА
Второй грунт является водоупором, т. к. это суглинок полутвердый с IL=0.24. Природное давление на кровлю этих слоев определяется по формуле (3): , КПА (3.13) где =10 КН/м3 - удельный вес воды, КН/м3;
hw - высота столба воды, м.
=62.62 10*1,9=81.62 КПА
Для второго слоя на глубину 2 м (4): =81.62 20.6*2=122.82КПА
Величина дополнительного вертикального напряжения для любого сечения ниже подошвы фундамента вычисляется по формуле: (3.14) где - коэффициент учитывающий изменение дополнительного вертикального напряжения по глубине и определяемый по таблице П-16[1] в зависимости от ? = (Z - глубина рассматриваемого сечения ниже подошвы фундамента; b = 0,6 м- ширина фундамента) и для ленточного фундамента (l - длина фундамента);
=293,318 КПА - среднее фактическое давление под подошвой фундамента, КПА;
= 26,487 КПА - вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента от веса вышележащих слоев (рассчитывается по формуле 3.11), КПА.
1·(293,318 - 26,487) = 266,831 КПА
Толщу грунта ниже подошвы фундамента разбиваем на слои, не более 0,4b
0,4b =0,4*0,6=0,24 м.
Расчеты осадки фундамента занесем в таблицу 3.1.
Таблица 3.1. Расчет осадки фундамента
№ слоев Z, см ? ? hi, см ?zpi, КПА ?zqi, КПА 0,2*?zqi, КПА Ei, КПА Si, см
Получим, что S = 1.1755 см ?SU = 10 см, а это значит, что осадка фундамента находится в допустимых пределах. GII=19,62 т/м3
СІІ=30,4
JII=22,4
Е1=21,4 МПА
R1=245,05 КПА
GII=20,6 т/м3
СІІ=32,2
JII=24,2
Е1=23 МПА
R1=258,68 КПА
Рисунок 3.2. Схема к расчету осадок методом послойного суммирования
3.4 Конструирование фундамента
Фундамент проектируем сборным железобетонным, поэтому толщина защитного слоя бетона должна быть не менее 45 мм. Фундаментные подушки принимаем ФЛ 6.12-4 размерами l = 1,180 м, b = 0,6 м, h = 0,3 м (рисунок 3.3). Фундаментные блоки принимаем ФБС 12.6.6 размерами l = 1,180 м, b = 0,6 м, h = 0,58 м. Класс бетона для сборных фундаментов должен быть не ниже С
12/15.
Рисунок 3.3. Конструктивная схема фундамента
4. Проектирование свайных фундаментов
4.1 Определение глубины заложения и назначение размеров ростверка
Проектирование фундамента осуществляется под наружную стену отапливаемого здания. Грунт, в который заглубляем ростверк, является пучинистым, поэтому глубину заложения ростверка принимаем ниже глубины промерзания грунта df=0,72 м.
Устройство монолитных участков в данном фундаменте нежелательно, поэтому необходимо принять такую глубину заложения, чтобы она была не только ниже глубины промерзания, но и чтобы можно было уложить целое число стеновых блоков, а также чтобы это было рационально (т.е. ростверк не следует заглублять сильно, т. к. это не рационально). Толщину ростверка принимаем 300 мм, укладываем 2 блока высотой h1=600 мм и один блок высотой h2=300 мм. Тогда получаем глубину заложения ростверка:0,6*2 0,3 0,3-(1,2-0,3)=0,9 м
4.2 Выбор типа и размеров свай. Определение их несущей способности
При назначении длины сваи следует учитывать: 1) заделку сваи в ростверке, работающем на вертикальные нагрузки, не менее 5 см для ствола сваи и не менее 25 см для выпусков арматуры;
2) заглубление в малосжимаемый слой - не менее 1,0 м.
Полная минимальная длина сваи определяется как сумма: lc = lp lгр lн (4.1) где lp= 0,05м - глубина заделки сваи в ростверк, м;
lгр - расстояние от подошвы ростверка до кровли несущего слоя, м;
lн - минимальное заглубление в несущий слой для данного вида грунта (для суглинка ? 1м ), м. lc =0,05 2,9 1,0 = 3,95м
Принимаем сваю С40.30-2 размерами l=4000 мм, В = 300 мм, Н = 300 мм, классом бетона С 12/15 и армированием 4O10 S400. GII=19,62 т/м3
СІІ=30,4
JII=22,4
Е1=21,4 МПА
R1=245,05 КПА
GII=20,6 т/м3
СІІ=32,2
JII=24,2
Е1=23 МПА
R1=258,68 КПА
Рисунок 4.1. Расчетная схема определения длины сваи.
Несущую способность забивной сваи определяем по формуле:
грунт фундамент заложение свая где =1,0 - коэффициент условий работы сваи в грунте;
R =3548,5 КПА- расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, определяемое по таблице П-17[1], зависящее от глубины расположения низа сваи z0 = 4-0,05 1,2=5,15 м и наименования грунта - суглинок с IL=0.24, КПА;
А = 0,3·0,3=0,09 м2 - площадь поперечного сечения сваи, м2;
U = 0,3*4=1,2м - наружный периметр поперечного сечения сваи, м;
Rfi - расчетное сопротивление i-ого слоя грунта по боковой поверхности сваи, определяемое по таблице П-18[1], зависящее от средней глубины расположения слоя грунта zi(рисунок 4.1) и наименования грунта - суглинок тугопластичный , КПА;
hi - толщина i-го однородного слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи (рисунок 4.1), м;
=1,0, =1,0 - коэффициент условий работы грунта соответственно под нижним концом и по боковой поверхности сваи;
С помощью интерполяции определим Rfi для каждогоі-ого слоя грунта и сведем вычисления в таблицу 4.1.
Таблица 4.1. Расчетное сопротивление i-ого слоя грунта по боковой поверхности сваи i hi, м zi, м Rfi, КПА Rfi· hi
1 2,0 2,2 38,32 76,64
2 0,9 3,65 45,53 40,977
3 1,05 4,625 48,625 51,056
Сумма 168,673
Тогда Расчетную несущую способность сваи определяем по формуле:
где gk = 1,4- коэффициент надежности по грунту.
Pd = 521,7726 / 1,4 = 372,695 КН
Определяем расчетную нагрузку на фундамент: NI = NII·?c (4.4)
NI = 148.62*1,2 = 178.344 КН.
4.3 Расчет и конструирование свайного фундамента
Для центрально нагруженного свайного фундамента количество свай в фундаменте определяется по формуле n = 178,344 / 372,695 = 0.5
Количество свай принимаем n =1 на 1 п. м. (т. к. при n=0.5 не проходит проверка).
Производится размещение свай в плане и конструирование растверка. Определяется расчетное расстояние между осями свай по длине стены. В зависимости от условия 3d? ?6d (d=0,3 м - сторона сечения сваи, м), т.е. 0,9? 1? 1,8, принимаем 1,8 м, в зависимости от чего определяем число рядов свай по ширине ростверка в плане. Принимаем ростверк шириной bp = 600см (рисунок 4.2).
Рисунок 4.2. Конструкция ростверка
4.4 Определение фактического давление на голову сваи
Определяем фактическое давление на голову сваи по формуле: (4.7) где ap’ = 1.8м - расстояние между сваями (рисунок 4.2), м;
bp = 0,6 м - ширина ростверка (рисунок 4.2), м;
d = 1,2 м - глубина заложения ростверка, м;
Рф = (178,344*1,8 0,6*1,8*0,9*22*1,1) / 1 = 344,542 КН.
Получаем, что Рф=344,542 КН <Pd= 372,695 КН с погрешностью 7,55%, что не превышает 10% - условие выполняется.
4.5 Проверка несущей способности куста свай
Для оценки общей устойчивости свайного фундамента и определения его стабилизационной осадки необходимо определить вертикальные напряжения в грунте в плоскости, проходящей через острия свай. При этом свайный фундамент рассматривается как условный массивный фундамент, в состав которого входят ростверк, сваи, грунт междусвайного пространства и некоторый объем грунта, примыкающего к наружным сторонам свайного фундамента.
снизу - плоскостью в уровне нижних концов свай ВС в границах, определяемых пересечением с этой плоскостью наклонных плоскостей, проведенных под углом ??, от наружного контура свайного куста в уровне подошвы ростверка; с боков - вертикальными плоскостями АВ и CD, проведенными через границы нижней поверхности.
Определим угол ?? по формуле:
где -средневзвешенное расчетное значение угла внутреннего трения,°, равное:
где h1’=2,6 м - длина 1-го слоя грунта в пределах соответствующего участка сваи, м;
h2’=1,35м-длина 2-го слоя грунта в пределах соответствующего участка сваи, м.
Тогда .
Условная длина Lm для ленточных фундаментов принимается Lm = 1 м.
Ширина Bm массива определяется по формулам: Bm= Bk 2x=Bk 2·(h1’ h2’)·tg?? (4.10)
ГДЕВК = 0,3 м - ширина сваи, м.
Bm=0,3 2*(2,9 1,05)tg 5,72 = 1,1 м
GII=19,62 т/м3
СІІ=30,4
JII=22,4
Е1=21,4 МПА
R1=245,05 КПА
GII=20,6 т/м3
СІІ=32,2
JII=24,2
Е1=23 МПА
R1=258,68 КПА
Рисунок 4.3. Схема границ условного фундамента
По условию прочности необходимо выполнение следующего условия: Рср? R (4.11) где Pcp-давление по подошве условного фундамента от расчетных нагрузок, которое находится как: (4,12)
где =1*1,1 = 1,1 м2 - площадь основания условного массива, м2;
Н =0,9 3,95=4,85 м - расстояние от планировочной отметки до низа условного массива, м;
- среднее значение удельного веса грунта на уступах фундамента.
Pcp = 148,62/1,1 22*4,85 = 241,809 КПА
R - расчетное сопротивление грунта основания, вычисляемое по формуле (3.5), для которой определим: - коэффициенты условий работы, принимаемые по таблице П-14[1], ( =1,25, =1,96, т.к. грунт под подошвой условного массива глинистый с IL?0.25 и соотношение длины здания к его высоте L/H = 1,6);
K - коэффициент, принимаемый равным 1,1;
=0.732
= 3.918
=6.494
- коэффициенты, принимаемые в зависимости от угла внутреннего трения ?=24.2° по таблице П-15[1];
=32,2 КПА - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего ниже подошвы фундамента, КПА, (таблица 2.1);
- приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, м, определяется по формуле 3.7, для этого необходимо знать, что: =4,2 м - толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м, (рисунок 4.3);
- расчетное значение удельного веса материала пола подвала, м, т.к. пол бетонный, =23.5 КН/м3;
= 0,1 м- толщина конструкции пола подвала, м, (рисунок 4.3). d1=4,2 0.1*23.5/16,16 = 4,35 м.
- глубина подвала - расстояние от уровня планировки до пола подвала, м. Т.к. ширина подвала b<20 м, то 55 м
4.6 Расчет осадки свайных фундаментов методом эквивалентного слоя
Для определения осадки фундамента необходимо рассчитать значения эпюры вертикальных напряжений от собственного веса грунта szqi по формуле (3.11). szq1= ?II1·h1=19,62*2.2 = 43,164 КПА. szq2= szq1 ?SBI·h2 = 43,164 10.24*1,9 = 62,62 КПА. szq2, = szq2 ?w·hw = 62,62 10*1,9 = 81,62 КПА. szq3= szq3’ ?II2·h3 = 109.43 20.6*4,972 = 211,85 КПА, Расчет осадки фундамента производится исходя из условия: S?SU, где SU - предельная величина деформации основания фундаментов зданий и сооружений, принимаем равной SU=10 см;
S - величина конечной осадки отдельного грунта фундамента, см, определяемая методом эквивалентного слоя по формуле : S = hs·mvm·P0 (4.14) где hs - мощность эквивалентного слоя, определяемаяпо формуле: hs= A?·Bm (4.15)
A? = 2.26 - коэффициент эквивалентного слоя, принимаемый по таблице 6.6[4] в зависимости от (для ленточных фундаментов > 10) и от коэффициента Пуассона: hs= 2,26*1,1 = 2,486м, P0- давление, возникающее под подошвой условного массива, КПА, определяемое по формуле : P0 = szp0 (4.16) где szp0- величина дополнительного вертикального напряжения для любого сечения ниже подошва фундамента вычисляемая по формуле: szp0= Pcp-szq0 (4.17) szp0=241,809-109.43=132,379 КПА
P0 = 132,379 КПА mvm - средний коэффициент относительной сжимаемости грунта, КПА-1, определяемое по формуле:
где hi - толщина i-ого геологического слоя в пределах сжимаемой зоны, м. Расстояние от подошвы условного массива до нижней границы сжимаемой зоны H = 2·hs = 2·2,486 = 4,972 м. Т. к. ниже подошвы условного массива располагается один и тот же слой, то h =H =4,972 м. mvi -коэффициент относительной сжимаемости грунта:
где Ei = 23 МПА - модуль деформации второго слоя грунта (таблица 2.1);
??i - коэффициент, зависящий от коэффициента Пуассона ? = 0,35 для суглинков:
Тогда mvi = 0,623/23000 = 0,000027 КПА-1 zi - расстояние от середины i-ого слоя до нижней границы сжимаемой толщи (рисунок 4.4);
Значит S = 2,486*0,000027*132,379=0,0266 м = 0,9 см
Получим, что S = 0,9 см ?SU = 10 см, а это значит, что осадка фундамента находится в допустимых пределах. GII=19,62 т/м3
СІІ=30,4
JII=22,4
Е1=21,4 Мпа
R1=245,05 КПА
GII=20,6 т/м3
СІІ=32,2
JII=24,2
Е1=23 Мпа
R1=258,68 КПА
Рисунок 4.4. Схема расчета осадки методом эквивалентного слоя
4.7 Подбор сваебойного оборудования
Минимальная энергия удара вычисляется по формуле: Э=1,75*?*Р, КДЖ (4.21) ? - коэффициент, равный 25 Дж/КН;
Р - расчетная нагрузка, допускаемая на сваю, Р=372,695 КН
Э=1,75*25*372,695 =16,305 КДЖ
По табл. 8.29-8.31[4] подбираем молот, энергия удара которого соответствует расчетной минимальной.
Имеем трубчатый дизель-молот с воздушным охлаждением С995 со следующими характеристиками: - масса ударной части 1250 кг;
- высота подскока ударной части - от 2000 до 2800 мм;
- энергия удара 19 КДЖ;
- число ударов в минуту - не менее 44;
- масса молота с кошкой 2600 кг.
Проверка пригодности принятого молота производится по формуле: (Gh GB)/Эр?km (4.22)
Эр - расчетная энергия удара, Дж;
Gh = 26 КН- полный вес молота;
km=6 (т.к. свая ж/б, а молот трубчатый);
GB - вес сваи, наголовника и подбабка, который равен: (4.23) где Gсв - вес сваи, определяемый исходя из следующего условия: (4.24) где ?б = 22 - удельный вес бетона;
A = 0,09 м2 - площадь сечения сваи;
l = 4 м - длина сваи;
Gсв= 22*0,09*4 = 7,92 КН
Gн = 2 КН - вес наголовника;
Gп = 1 КН - вес подбабка;
GB=7,92 2 1 = 10,92 КН;
Для трубчатых дизельных молотов расчетная энергия удара принимается: Эр=0,9* Gh1*hm
Gh1 - вес ударной части молота, Gh1=12,5 КН;
hm - фактическая высота падения ударной части молота, hm= 2,8м.
Эр=0,9*12,5*2,8=31,5 КДЖ
Имеем: (26 10,92)*103/31,5*103=1,17?6
Для контроля несущей способности свайных фундаментов и окончательной оценки применяемости выбранного молота определяется отказ сваи: Sa=(?*А*Ed)/(Fd/M(Fd/M ?*A))*(m1 E2(m2 m3))/(m1 m2 m3)>Saпр=0,002м (4.25)
Sa = 0,002 м - остаточный отказ, равный значению погружения сваи от одного удара молота;
? - коэффициент, принимаемый в зависимости от материала сваи, т.к. свая железобетонная ?= 1500 КН/м2;
А - площадь, ограниченная наружным контуром сплошного или полого поперечного сечения ствола сваи, А=0,09 м2;
Ed - расчетная энергия удара молота, Ed=31,5 КДЖ;
Fd - несущая способность сваи, Fd = 521,77 КН;
М = 1- коэффициент, принимаемый при забивке свай молотами ударного действия;
m1 = 26 КН - вес молота;
m2 = 7,92 2 = 9,92КН - вес сваи и наголовника;
m3 = 1КН - вес подбабка;
Е - коэффициент восстановления удара, при забивке железобетонных свай молотами ударного действия с применением наголовника с деревянным вкладышем Е2=0,2.
Условие выполняется, окончательно принимаем трубчатый дизель-молот с водяным охлаждением С995.
5. Проверка возможности использования фундаментов существующих зданий с целью увеличения нагрузки при реконструкции
5.1 Расчет ширины фундамента при новой нагрузке
1) Для решения этой задачи необходимо: 1. Изучить архивные материалы и проектную документацию по объекту, подлежащему реконструкции: план строительной площадки и план первого этажа приведены на рисунке 1.1, инженерно-геологический разрез - на рисунке 1.2, разрез фундамента до реконструкции.
2. Выполнить обследование здания, установить фактическое состояние фундаментов и физико-механические характеристики грунтов основания (глубина заложения, размеры подошвы фундамента, его конструкция и состояние, удельный вес грунта ниже и выше подошвы фундамента угол внутреннего трения, удельное сцепление, модуль деформации): 1) глубина заложения d=1,05 м;
2) ширина подошвы фундамента b=0,6 м;
3) осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента: ?II=19,62 КН/м ;
4) то же, залегающих выше подошвы фундамента ?II*=17,658 КН/м ;
5) расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего ниже подошвы фундамента: СІІ=30,4 КПА;
6) угол внутреннего трения: ?= 22,4 град;
7) модуль деформации: Е=21,4 МПА.
3. Определить нагрузки на существующие фундаменты до реконструкции: =148,62 КН.
4. Определить расчетное сопротивление грунта основания R без учета уплотнения грунта: R=299,47 КПА.
5. Определить среднее давление на основание Р до реконструкции объекта: Рср=293,318 КПА.
6. Вычислить коэффициент , учитывающий изменение физико- механических свойств грунтов оснований под подошвой фундаментов за период эксплуатации здания. Так как P/R=293,318/299,47*100%=97,94%>80%, то =1,3.
7. Определить расчетную осадку S фундамента от действующих нагрузок до реконструкции по характеристикам грунта без учета уплотнения S=1,18 см.
8. Установить предельную осадка Su основания для реконструируемого объекта =10см (таблица Б1[2]).
9. Определить коэффициент , принимаемый в зависимости от отношения расчетной осадки к предельной; т.к. данное отношение < 20%, по таблице 4.1[1] проинтерполировав получим =0,649.
10. Определить новое расчетное сопротивление грунта основания с учетом изменения его свойств за период эксплуатации по формуле: (5.1)
11. Определить среднее давление после реконструкции здания, в соответствии с заданием при NII`= 200,64КН.
12. Сделать выводы о возможности использования существующих фундаментов или о необходимости их усиления: Так как среднее давление на грунт после реконструкции здания значительно больше расчетного сопротивления грунта в результате упрочнения за период эксплуатации, то целесообразно увеличить несущую способность фундамента. Для этого рассчитаем ширину фундамента при новой нагрузке N=200,64 КН по формуле (3.3): A=200,64/(245,05-22*1,05)=0,904
Ширину ленточного фундамента под стену, когда расчет ведется на 1 пог. м. длины фундамента определяем по формуле (3,4): b=0,904/1=0,9 м
Определяем расчетное сопротивление грунта основания R по формуле (3,5): Где b=0,9 м - новая ширина подошвы фундамента;
где GC1, GC2 - коэффициенты условий работы, принимаемые по таблице П-14[1], (GC1=1,2, GC2=1,1, т.к. грунт глинистый 0,25?JL?0,5, а соотношение длины здания к его ширине L/H=30,000/22,5 = 1,33?1,5, т.к. нагрузка увеличилась на 52,02 КН, то высота здания увеличилась на 1 этаж 18,75 3,75=22,5 м.);
К - коэффициент, принимаемый равным К=1,1;
Mg Mq, Мс, коэффициенты, принимаемые в зависимости от угла внутреннего трения ?= 22,4° по таблице П-15[1]: Mg=0,642;
Mq=3,524;
Мс=6,12;
Kz - коэффициент, принимаемый равным 1 (b<10 м);
GII=19,62 т/м3 - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента, т/м3, (таблица 2.1);
g"II -то же, залегающих выше подошвы фундамента, g"II=17,658;
CII=30,4 КПА - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего ниже подошвы фундамента, КПА, (таблица 2.1);
d1 - приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, d1 = 0,53;
db - глубина подвала - расстояние от уровня планировки до пола подвала, db = 0,55;
При принятом значении b=0,9 м для фундамента определяем среднее давление по подошве по формуле (3,8): Pcp= 200,64/0,9 22*1,05=246,033 КПА
Разность Рср и R составляет 305,852-246,033=59,819 (что составляет 19,56 %). Необходимо изменить размеры фундамента и повторить вычисления
Принимаем b=0,75 м, тогда: R=1.2*1.096/1.1*(0.642*0.75*19.62 3.524*0.53*17.658 (3.524-1)*0.55*17.658 6.12*30.4)=303,586 КПА
Pcp= 148,62/0,75 22*1,05=290,62 КПА
Разность Рср и R составляет 303,586-290,62=12,966 (что составляет 4,27 %). Условие выполняется. Следовательно, новую ширину фундамента принимаем b=0,75 м.
5.2 Производство работ при усилении фундаментов
Выбор способа усиления или переустройства фундаментов мелкого заложения зависит от величины и характера нагрузок, инженерно-геологических условий площадки и конструктивных особенностей здания и их фундаментов. Наиболее распространенными методами усиления фундаментов мелкого заложения являются: устройство обойм без уширения и с уширением подошвы фундамента; подведение под существующие фундаменты плит, стен, столбов; подведение новых фундаментов с полной разборкой старых; усиление забивными и набивными сваями; усиление способом «стена в грунте».
Усиление нашего фундамента мы будем производить устройством ж/б обоймы. Последовательность работ в этом случае будет следующая: § устраивается временное крепление несущих конструкций;
§ отрывается грунт вокруг усиливаемого фундамента;
§ устанавливается крепление откосов котлованов;
§ насекается и очищается поверхность фундамента;
§ выполняется подготовка основания путем втрамбовывания щебня в грунт или обжатия основания нагрузкой;
§ монтируется арматура и закладные детали;
§ устанавливается опалубка и приспособления для тепловой обработки бетона в зимних условиях;
§ производи
Вывод
В ходе подготовки курсовой работы на тему «Проектирование фундаментов пятиэтажного 20-квартирного жилого дома» было изучено проектирование двух вариантов фундамента: мелкого заложения и свайного. После увеличения нагрузки было произведено усиление фундамента мелкого заложения, изучена технология производства данных работ.
В целом выполнение этой работы позволило более точно и полно уяснить методику проектирования различных видов фундаментов и технологию их устройства
Список литературы
1. Методические указания к выполнению расчетно-графических работ по курсу «Механика грунтов, основания и фундаменты» для студентов специальности 1-70 02 02 «Экспертиза и управление недвижимостью» дневной формы обучения - Брест, 2006. - 52с.
2. Строительной нормы Республики Беларусь. СНБ 5.01.01-99. Основания и фундаменты зданий и сооружений. - Минск, 1999.
3. Строительные нормы и правила. Строительная климатология и геофизика. СНИП 2.02.01-82.-М.: Стройиздат, 1983.
4. Строительные нормы Республики Беларусь. СНБ 5.03.01-02. Конструкции бетонные и железобетонные. - Минск: Стройтехнорм, 2002. - 274с.
5. Основания, фундаменты и подземные сооружения (М.И. Горбунов-Посадов, В.А. Ильичев, В.И. Крутов и др.) - М.: Стройиздат, 1985. - 480 с.
Размещено на
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
