Оценка инженерно-геологических условий площадки строительства. Определение основных физико-механических характеристик грунтов. Расчёт фундамента мелкого заложения на естественном основании. Выбор сваебойного оборудования и определение отказа свай.
Аннотация к работе
При проектировании оснований и фундаментов необходимо решать две задачи: первая - выбрать вид и тип фундамента, а также определить его основные размеры (глубину заложения, размеры и форму подошвы) и вторая - выполнить подбор и расчет сечений фундаментов. Определяем площадь подошвы фундамента в плане: (3.3) где среднее значение удельного веса материала фундамента и грунта на его уступах (принимаем =22КН/м3); На подошве 1 слоя (суглинок текучепластичный): На подошве фундамента: На подошве 2 слоя (суглинок мягкопластичный): На отметке уровня грунтовых вод: На подошве 3 слоя (глина тугопластичная): Т.к. ниже залегает глина и является водоупором (IL?0.25) , то необходимо учесть давление столба воды на глину: На подошве 4 слоя (глина полутвердая, насыщенная водой): Определяем дополнительное к природному вертикальное напряжение в грунте под подошвой фундамента и строим эпюру ; На подошве 1 слоя (суглинок текучепластичный): На подошве фундамента: На подошве 2 слоя (суглинок мягкопластичный): На отметке уровня грунтовых вод: На подошве 3 слоя (глина тугопластичная): Т.к. ниже залегает глина и является водоупором (IL?0.25) , то необходимо учесть давление столба воды на глину: На подошве 4 слоя (глина полутвердая, насыщенная водой): Определяем дополнительное к природному вертикальное напряжение в грунте под подошвой фундамента и строим эпюру ; Определяем расчетное усилие на сваю по грунту: (3.20) где - периметр поперечного сечения сваи: 1,2 м, - коэффициент работ сваи в грунте, расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи по табл.В ходе выполнения данного курсового проекта мною были приобретены навыки по расчету и конструированию свайных фундаментов, а так же фундаментов на естественном основании.
Введение
Целью курсового проекта по дисциплине «Механика грунтов, оснований и фундаментов» является изучение вопросов проектирования, устройства фундаментов и их оснований для различных сооружений, возводимых в разнообразных геологических условиях. От правильно выбранного основания и конструкции фундамента, а также от правильного их устройства во многом зависит нормальная эксплуатация зданий и сооружений.
Проектирование зданий и сооружений заключается в выборе основания, типа, конструкции и основных размеров фундамента и в совместном расчете оснований и фундаментов как одной из частей сооружения.
Основания, фундаменты и надземная конструкция неразрывно связаны между собой, взаимно влияют друг на друга и должны рассматриваться как единая система. Деформации и устойчивость грунтов основания зависят от особенностей приложения нагрузок, от размеров и конструкции фундамента и всего сооружения.
Для успешного усвоения курса необходимо знать следующие дисциплины: инженерную геологию, механику грунтов, сопротивление материалов, строительную механику, теорию упругости, пластичности и ползучести, строительные конструкции, технологию и организацию строительного производства, технику безопасности и экономику строительства.
Основания, фундаменты и надземная конструкция неразрывно связаны между собой, взаимно влияют друг на друга и должны рассматриваться как единая система. Деформации и устойчивость грунтов основания зависят от особенностей приложения нагрузок, от размеров и конструкции фундамента и всего сооружения.
Существует и обратная связь - основные размеры, конструкция фундаментов и схема сооружения во многом зависит от особенностей напластования грунтов основания на строительной площадке, их сжимаемости и нагрузок, которые они могут воспринять. При проектировании оснований и фундаментов необходимо решать две задачи: первая - выбрать вид и тип фундамента, а также определить его основные размеры (глубину заложения, размеры и форму подошвы) и вторая - выполнить подбор и расчет сечений фундаментов. В соответствии с учебными программами первая задача решается в курсе оснований и фундаментов, а вторая - в курсе строительных конструкций.
Работа грунтов, слагающих основание, под действием нагрузок от веса здания и сооружений имеют некоторую специфику, в частности их прочность в сотни раз меньше, а деформативность в тысячи раз больше прочности и деформативности материалов, из которых возводят здания и сооружения. Результатом неправильной оценки физико-механических свойств оснований обычно являются неравномерные осадки фундаментов здания, а при достижении значительных величин - привести к полному разрушению.
Анализ причин аварий, возникающих в процессе строительства и эксплуатации зданий, показал, что их значительная часть происходила в результате ошибок, допущенных при проектировании и устройстве оснований и фундаментов. Устранение последствий этих ошибок в большинстве случаев влечет за собой значительные материальные затраты, как правило, превышающие первоначальную стоимость фундаментов.
Важным фактором является и выбор способа производства работ при устройстве оснований и фундаментов. Неправильное производство работ в некоторых случаях приводят к нарушению природной структуры грунтов, что сказывается на снижении их прочностных свойств и деформативности.1. Исходные данные
Район строительства - г. Курск;
Инженерно-геологические условия строительной площадки №3;
План и разрез здания по схеме №7. Пятиэтажный жилой дом. Здание запроектировано с продольными несущими стенами из кирпича. Толщина наружных стен 64 см, внутренних - 38 см. Удельный вес кирпичной кладки 18 КН/м3. Перекрытия - сборные железобетонные плиты с круглыми пустотами, опирающиеся на продольные стены. Стены подвала и цоколя - сборные бетонные блоки. Перегородки межкомнатные - гипсобетонные панели. Кровля рулонная трехслойная. В осях 1-5 расположен подвал. Отметка пола подвала -2.400.
Расчетные сечения и действующие в них нагрузки принимаем по заданию
Таблица 1.1-Результаты определения физических характеристик грунтов
№ варианта № скважины Глубина отбора образца от поверхности, м Гранулометрический состав, ? Плотность частиц, г/см3?s Плотность грунта, г/см3? Влажность, % W Предел пластичности
Наименование здания Расчетные сечения N, КН/м.п. M,КНМ Q,КН
Кирпичный пятиэтажный жилой дом 6 - 6 371.8 - -
3 - 3 184.12 - -
Рисунок 1.2. План, разрез здания
2. Оценка инженерно-геологических условий площадки строительства
2.1 Определение физико-механических характеристик грунтов
Исходный материал для проектирования фундаментов - данные инженерно-геологических условий строительной площадки и физико-механические характеристики грунтов, используемых в качестве оснований, даны в табл.1.1. Характеристики грунтов необходимо вычислять для каждого слоя отдельно, согласно их порядку залегания.
Скважина № 1, 1-й слой: 1. Число пластичности определяем по формуле: (2.1) где влажность на границе текучести, влажность на границе раскатывания, По числу пластичности грунт - суглинок, т.к.
2. Плотность грунта в сухом состоянии: (2.2) где - плотность грунта в естественном состоянии (принимаем по табл.1.1)
- влажность грунта в естественном состоянии.
3. Коэффициент пористости грунта: (2.3) где - плотность частиц грунта (принимаем по т. 1.1)
4. Степень влажности: (2.4) где - плотность воды (принимаем =1)
5. Показатель текучести: (2.5) где влажность грунта в естественном состоянии (принимаем по табл.1.1) суглинок текучепластичный, так как по табл.7, [3];
Удельное сцепление: по табл.11, [1]. Угол внутреннего трения: по табл.11, [1]. Модуль деформации: по табл.9, [1] Расчетное сопротивление: по табл.12, [1]. Параметры отсутствуют
Скважина № 1, 2-ой слой: 1. Число пластичности (по формуле 2.1): По числу пластичности грунт- суглинок, т.к.
2. Плотность грунта в сухом состоянии (по формуле 2.2): 3. Коэффициент пористости грунта (по формуле 2.3): , 4. Степень влажности (по формуле 2.4): 5. Показатель текучести (по формуле 2.5): мягкопластичный, так как 0,5< =0,71 <0,75 по табл.7, [3];
Удельное сцепление: с=16,4 КПА по табл. 11, [3]
Угол внутреннего трения: =16,2 по табл. 11, [3]
Модуль деформации: Е=8,4 МПА по табл. 9, [3]
Расчетное сопротивление: =167,03 КПА по табл. 12, [3]
Скважина №2, 3-ий слой: 1. Число пластичности (по формуле 2.1): Ip=40-20=20%;
По числу пластичности грунт- глина, т.к.
2. Плотность грунта в сухом состоянии(по формуле 2.2): 3. Коэффициент пористости грунта (по формуле 2.3): ;
4. Степень влажности (по формуле 2.4): ;
5. Показатель текучести (по формуле 2.5): глина тугопластичная, так как 0,25< =0,35<0,5 по табл.7, [3];
Удельное сцепление: с=50 КПА по табл. 11, [3]
Угол внутреннего трения: =17 по табл. 11, [3]
Модуль деформации: Е=18 МПА по табл. 9, [3]
Расчетное сопротивление: =306,25 КПА по табл. 12, [3]
Скважина №3, 4-ый слой: 1. Число пластичности (по формуле 2.1): 43-22=21%;
По числу пластичности грунт- глина, т.к.
2. Плотность грунта в сухом состоянии (по формуле 2.2): 3. Коэффициент пористости грунта (по формуле 2.3): ;
4. Степень влажности (по формуле 2.4): 5. Показатель текучести (по формуле 2.5): глина полутвердая, так как 0< =0,24<0,25 по табл.7, [3];
Удельное сцепление: с=54 КПА по табл. 11, [3]
Угол внутреннего трения: =19 по табл. 11, [3]
Модуль деформации: Е=21 МПА по табл. 9, [3]
Расчетное сопротивление: =320 КПА по табл. 12, [3]
Скважина №3, 5-ый слой: 1. Наименование песчаного грунта определяем по гранулометрическому составу. В данном случае масса частиц крупнее 0.25 мм составляет более 50 % (в нашем случае 56%). Следовательно, данный песчаный грунт является песком средней крупности.
2. Определяем плотность грунта в сухом состоянии (по формуле 2.2): ;
3. Определяем коэффициент пористости (по формуле 2.3): ;
По таблице 5 определяем, что песок средней крупности, плотный, так как е=0,54<0,55.
4. Находим степень влажности (по формуле 2.4): Песок влажный, так как 0,5< <0,8, =0,73.
Удельное сцепление: с=2 КПА по табл. 10, [3]
Угол внутреннего трения: =38 по табл. 10, [3]
Модуль деформации: Е=40 МПА по табл. 8, [3]
Расчетное сопротивление: =500 КПА по табл. 12, [3]
Рельеф строительной площадки спокойный с абсолютными отметками скважин 144.8?144.4.
Грунт представлен четвертичными отложениями, в состав которых входят: - растительный слой (чернозем) толщиной 0,4м;
- суглинок текучепластичный мощностью 3,6м является не пригодным в качестве основания для фундаментов на естественном основании, так как у него отсутствуют физико-механические характеристики грунта. Данный слой является пригодным для устройства ростверка в свайном варианте фундаментов.
- суглинок мягкопластичный мощностью 1,2м, который можно использовать в качестве основания для фундаментов на естественном основании, так как у него присутствуют физико-механические характеристики грунта. Этот слой является пригодным для забивки в него свай;
- глина тугопластичная, глина полутвердая, песок средней крупности являются пригодными для забивки в них свай;
Грунтовые воды залегают на глубине 5,8м от поверхности.
Глубина заложения фундамента во всех случаях выбирается с учетом сезонной глубины промерзания и наличием или отсутствием подвала.
Рисунок 2.1. Инженерно-геологический разрез
3. Вариантное проектирование
3.1 Расчет фундамента мелкого заложения на естественном основании
3.1.1 Определение глубины заложения фундамента в сечении 6-6
Глубина заложения фундамента рассчитывается с учетом инженерно-геологических условий строительной площадки и необходимости исключения возможности промерзания пучинистого грунта под подошвой фундаментов и конструктивных особенностей возводимого сооружения.
По инженерно-геологическим условиям первый слой (текучепластичный суглинок) не может служить основанием фундаментов. Необходимо также учитывать и тот факт, что заглубление подошвы фундамента ниже WL нежелательно, потому что возрастает трудоемкость и стоимость работ по устройству фундамента. В качестве основания фундаментов можно использовать второй слой (суглинок мягкопластичный).
Определяем нормативную глубину сезонного промерзания: (3.1) где сумма отрицательных среднемесячных температур за зимний период.
Так же можно определить по карте глубин промерзания грунтов. Для города Курск
Так как в зоне промерзания находится суглинок, то значение, найденное по карте, следует умножить на отношение /0,23, где - глубина промерзания при , м., принимаемая равной для суглинков - 0,23.
Получим: Определяем расчетную глубину сезонного промерзания: (3.2) где - коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения, принимаем по табл.5.3, [5] т.к. проектируемое здание жилого дома имеет расчетную среднесуточную температуру в помещениях примыкающих к наружным фундаментам с подвалом или техническим подпольем.
По инженерно-геологическим условиям первый слой (суглинок текучепластичный) не может служить основанием для проектируемого фундамента. В качестве основания для фундамента нужно использовать второй слой (суглинок мягкопластичный), фундамент заглубляется в несущий слой как минимум на 0,2м. Учитывая, что высота стенового блока равна 0,6 м, а толщина фундаментной плиты 0,5 м, глубина заложения фундамента будет равна: что больше
Окончательно принимаем глубину заложения фундаментов d=3,45 м3.1.1.2. Определение размеров фундамента
Глубина заложения ленточного фундамента Рассматриваем фундамент в сечении 6-6, расчет ведем по скважине №3. Нагрузка, действующая на фундамент, равна: .
Рисунок 3.1. Схема к определению глубины заложения фундамента
Определяем площадь подошвы фундамента в плане: (3.3) где среднее значение удельного веса материала фундамента и грунта на его уступах (принимаем =22КН/м3);
сжимающее усилие по II категории предельных состояний (по заданию );
d - глубина заложения фундамента ( );
расчетное сопротивление слоя, находящегося под подошвой фундамента
( по табл. 2.1)
Размеры фундамента в плане: Ширина ленточного фундамента погонной длинны 1м: . (3.4)
Уточняем ширину b=4.1м
Для центрально нагруженного фундамента далее определяют среднее давление по подошве по формуле: КПА. (3.5) где сжимающее усилие по II категории предельных состояний (по заданию );
глубина заложения фундамента ( );
A - площадь подошвы фундамента в плане: КПА.
Уточняем расчетное сопротивление грунта: , (3.6) где - коэффициенты условий работы, принимаем по табл. 15,[3]
, для суглинка с ; при ;
т.к. прочностные характеристики приняты на основе статических данных;
- безразмерные коэффициенты, определяемые в зависимости от угла внутреннего трения. В данном случае по табл. 16 [3], методом интерполяции при т.к. .
, - осредненное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента и выше подошвы фундамента соответственно.
(3.7) где - мощность слоя залегающего выше или ниже подошвы фундамента, - удельный вес грунта залегающего выше или ниже подошвы фундамента.
Удельный вес грунта находящихся выше водоупора, но ниже уровня грунтовых вод.
(3.8) где - удельный вес частиц грунта определяемый по табл. 2.1.
- удельный вес воды е - коэффициент пористости грунта определяемый по табл. 2.1.
(3.9)
(3.10)
- глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле: (3.11) где - толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м;
- расчетное значение удельного веса материала пола подвала, КН/мз;
- толщина конструкции пола подвала, м;
- расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента. КПА
- глубина подвала, м
Подставляя найденные значения в формулу (3.6) имеем:
Площадь подошвы фундамента по формуле (3.3) при принимаем b=2.2 м.
Фактическое давление под подошвой фундамента по формуле (3.5): КПА.
Площадь подошвы фундамента по формуле (3.3) при принимаем b=2.3 м.
Фактическое давление под подошвой фундамента по формуле (3.5): КПА.
Принимаем унифицированные фундаментные плиты ФЛ 24.24-2 шириной 2.4 м и высотой 0.5м.
3.1.2 Определение осадки фундамента методом послойного суммирования
Строим эпюру распределения вертикальных напряжений от собственного веса грунта .
, (3.12) где ?i - удельный вес грунта; hi - толщина слоя.
Удельный вес грунтов, залегающих ниже уровня подземных вод (WL), но выше водоупора, должен определяться с учетом взвешивающего действия воды по формуле (3.8)
Суглинок текучепластичный: Суглинок мягкопластичный: Глина тугопластичная (выше УГВ): Глина тугопластичная (ниже УГВ): Глина полутвердая, насыщенная водой: Песок средней крупности, влажный: Определяем вертикальные напряжения от собственного веса грунта в характерных плоскостях: На кровле 1 слоя (суглинок текучепластичный): КПА;
На подошве 1 слоя (суглинок текучепластичный):
На подошве фундамента:
На подошве 2 слоя (суглинок мягкопластичный):
На отметке уровня грунтовых вод:
На подошве 3 слоя (глина тугопластичная):
Т.к. ниже залегает глина и является водоупором (IL?0.25) , то необходимо учесть давление столба воды на глину:
На подошве 4 слоя (глина полутвердая, насыщенная водой):
Определяем дополнительное к природному вертикальное напряжение в грунте под подошвой фундамента и строим эпюру ;
, (3.13) где среднее давление на уровне подошвы фундамента.
- коэффициент, учитывающий изменение дополнительного вертикального напряжения по глубине и определяемый по ([3],таблица 24) в зависимости от относительной глубины и соотношения сторон , Где z -глубина рассматриваемого сечения ниже подошвы фундамента
=10 (для ленточного фундамента);
Толщу грунта разбиваем на слои мощностью не более 0,4b: Вычисления для любых горизонтальных сечений ведем в табличной форме (табл. 3.1).
По полученным данным и строим эпюры (рисунок 3.2). Определяем нижнюю границу сжимаемой толщи (ВС). Она находится на горизонтальной плоскости, где соблюдается условие:
Осадка каждого слоя определяется по формуле: , (3.14) где ? - коэффициент для всех видов грунтов - 0,8 среднее дополнительное вертикальное напряжение в том слое грунта.
(3.15) где = 10см. (табл.Б1[5].)
Вычисления сводим в таблицу 3.1: Таблица 3.1-Таблица по расчету осадок см см
Как видно из таблицы 3.1 нижняя граница сжимаемости толщи (ВС) располагается на отметке - 132,99м.
Рисунок 3.2. Схема к определению осадок методом послойного суммирования
3.1.3 Определение сечения арматуры подошвы фундамента
Изгибающий момент в плите центрально-нагруженного фундамента определяется по формуле: (3.16) где -среднее давление по подошве фундамента , по формуле: (3.17) где -вылет консоли фундамента, м
-вертикальная нагрузка по верху фундамента, КН
=
-площадь подошвы фундамента, м
Площадь сечения продольной рабочей арматуры подошвы фундамента определяется по формуле: (3.18) где =365МПА-расчетное сопротивление ненапрягаемой арматуры.
-рабочая высота сечения принимается равной от верха сечения до центра тяжести арматуры, Конструктивно принимаем рабочую арматуру 11O22мм класса S400 с шагом 200мм, и поперечную арматуру 11O12мм класса S400 (см. рис. 3.3).
Рисунок 3.3. Конструкция фундамента и его армирования
3.1.4 Определение глубины заложения фундамента в сечении 3-3
Глубина заложения фундамента рассчитывается с учетом инженерно-геологических условий строительной площадки и необходимости исключения возможности промерзания пучинистого грунта под подошвой фундаментов и конструктивных особенностей возводимого сооружения.
По инженерно-геологическим условиям первый слой (текучепластичный суглинок) не может служить основанием фундаментов. Необходимо также учитывать и тот факт, что заглубление подошвы фундамента ниже WL нежелательно, потому что возрастает трудоемкость и стоимость работ по устройству фундамента. В качестве основания фундаментов можно использовать второй слой (суглинок мягкопластичный).
где сумма отрицательных среднемесячных температур за зимний период.
Так же можно определить по карте глубин промерзания грунтов. Для города Курск
Так как в зоне промерзания находится супесь, то значение, найденное по карте, следует умножить на отношение /0,23, где - глубина промерзания при , м., принимаемая равной для суглинков - 0,23.
Получим: Определяем расчетную глубину сезонного промерзания: где - коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения, принимаем по таб.5.3, [5] т.к. проектируемое здание жилого дома имеет расчетную среднесуточную температуру в помещениях примыкающих к наружным фундаментам с полами устраиваемыми по грунту.
По инженерно-геологическим условиям первый слой (суглинок текучепластичный) не может служить основанием для проектируемого фундамента. В качестве основания для фундамента нужно использовать второй слой (суглинок мягкопластичный), фундамент заглубляется в несущий слой как минимум на 0,2м. Учитывая, что высота стенового блока равна 0,6 м, а толщина фундаментной плиты 0,3 м, глубина заложения фундамента будет равна: что больше
Окончательно принимаем глубину заложения фундаментов d=3,25 м
3.1.5 Определение размеров фундамента
Глубина заложения ленточного фундамента Рассматриваем фундамент в сечении 3-3, расчет ведем по скважине №1. Нагрузка, действующая на фундамент, равна: .
Рисунок 3.4. Схема к определению глубины заложения фундамента
Определяем площадь подошвы фундамента в плане:
где среднее значение удельного веса материала фундамента и грунта на его уступах (принимаем =22КН/м3);
сжимающее усилие по II категории предельных состояний (по заданию );
d - глубина заложения фундамента ( );
расчетное сопротивление слоя, находящегося под подошвой фундамента
( по табл. 2.1)
Размеры фундамента в плане: Ширина ленточного фундамента погонной длинны 1м: .
Уточняем ширину b=2.0м
Для центрально нагруженного фундамента далее определяют среднее давление по подошве по формуле: КПА. где сжимающее усилие по II категории предельных состояний (по заданию );
глубина заложения фундамента ( );
A - площадь подошвы фундамента в плане: КПА.
Уточняем расчетное сопротивление грунта: , где - коэффициенты условий работы, принимаем по табл. 15,[3]
, для суглинка с ; при ;
т.к. прочностные характеристики приняты на основе статических данных;
- безразмерные коэффициенты, определяемые в зависимости от угла внутреннего трения. В данном случае по табл. 16 [3], методом интерполяции при т.к. .
, - осредненное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента и выше подошвы фундамента соответственно.
где - мощность слоя залегающего выше или ниже подошвы фундамента, - удельный вес грунта залегающего выше или ниже подошвы фундамента.
Удельный вес грунта находящихся выше водоупора, но ниже уровня грунтовых вод.
где - удельный вес частиц грунта определяемый по табл. 2.1.
- удельный вес воды е - коэффициент пористости грунта определяемый по табл. 2.1.
- глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле:
где - толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, ;
- расчетное значение удельного веса материала пола подвала, ;
- толщина конструкции пола подвала, ;
- расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента. КПА;
- глубина подвала, м (b<20м и глубиной более 2м);
Подставляя найденные значения в формулу (3.6) имеем:
Площадь подошвы фундамента по формуле (3.3) при принимаем b=1.2 м.
Фактическое давление под подошвой фундамента по формуле (3.5): КПА.
Площадь подошвы фундамента по формуле (3.3) при принимаем b=1.3 м.
Фактическое давление под подошвой фундамента по формуле (3.5): КПА.
Принимаем унифицированные фундаментные плиты ФЛ 14.24-2 шириной 1.4 м и высотой 0.3м.
3.1.6 Определение осадки фундамента методом послойного суммирования
Строим эпюру распределения вертикальных напряжений от собственного веса грунта .
, где ?i - удельный вес грунта; hi - толщина слоя.
Удельный вес грунтов, залегающих ниже уровня подземных вод (WL), но выше водоупора, должен определяться с учетом взвешивающего действия воды по формуле (3.8)
Суглинок текучепластичный: Суглинок мягкопластичный: Глина тугопластичная (выше УГВ): Глина тугопластичная (ниже УГВ): Глина полутвердая, насыщенная водой: Песок средней крупности, влажный: Определяем вертикальные напряжения от собственного веса грунта в характерных плоскостях: На кровле 1 слоя (суглинок текучепластичный): КПА;
На подошве 1 слоя (суглинок текучепластичный):
На подошве фундамента:
На подошве 2 слоя (суглинок мягкопластичный):
На отметке уровня грунтовых вод:
На подошве 3 слоя (глина тугопластичная):
Т.к. ниже залегает глина и является водоупором (IL?0.25) , то необходимо учесть давление столба воды на глину:
На подошве 4 слоя (глина полутвердая, насыщенная водой):
Определяем дополнительное к природному вертикальное напряжение в грунте под подошвой фундамента и строим эпюру ;
, где среднее давление на уровне подошвы фундамента.
- коэффициент, учитывающий изменение дополнительного вертикального напряжения по глубине и определяемый по ([3],таблица 24) в зависимости от относительной глубины и соотношения сторон , Где z -глубина рассматриваемого сечения ниже подошвы фундамента
=10 (для ленточного фундамента);
Толщу грунта разбиваем на слои мощностью не более 0,4b: Вычисления для любых горизонтальных сечений ведем в табличной форме (табл. 3.1).
По полученным данным и строим эпюры (рисунок 3.2). Определяем нижнюю границу сжимаемой толщи (ВС). Она находится на горизонтальной плоскости, где соблюдается условие:
Осадка каждого слоя определяется по формуле: , где ? - коэффициент для всех видов грунтов - 0,8 среднее дополнительное вертикальное напряжение в том слое грунта.
где = 10см. (табл.Б1[5].)
Вычисления сводим в таблицу 3.2:
Таблица 3.2-Таблица по расчету осадок см см
Как видно из таблицы 3.1 нижняя граница сжимаемости толщи (ВС) располагается на отметке - 135,75м.
Рисунок 3.5. Схема к определению осадок методом послойного суммирования
3.1.7 Определение сечения арматуры подошвы фундамента
Изгибающий момент в плите центрально-нагруженного фундамента определяется по формуле:
где -среднее давление по подошве фундамента , по формуле:
где -вылет консоли фундамента, м
-вертикальная нагрузка по верху фундамента, КН
=
-площадь подошвы фундамента, м
Площадь сечения продольной рабочей арматуры подошвы фундамента определяется по формуле:
где =365МПА-расчетное сопротивление ненапрягаемой арматуры.
-рабочая высота сечения принимается равной от верха сечения до центра тяжести арматуры, Конструктивно принимаем рабочую арматуру 6O20мм класса S400 с шагом 200мм, и поперечную арматуру 19O10мм класса S400 (см. рис. 3.3).
Рисунок 3.6. Конструкция фундамента и его армирования
3.2 Проектирование свайных фундаментов
3.2.1 Определение глубины заложения ростверка (скважина №3, сеч. 6-6)
Глубина заложения фундаментов определяется с учетом: назначения, а также конструктивных особенностей зданий и сооружений; величины и характера нагрузок, воздействующих на фундаменты; глубины сезонного промерзания и оттаивания грунтов.
Расчетная глубина сезонного промерзания расчет см. п. 3.1.1.
Учитывая, что суглинки являются пучинистыми грунтами при промерзании, глубина заложения фундамента под наружную стену должна назначаться по условию недопущения морозного пучения грунтов. Следовательно, глубина заложения должна быть не менее расчетной глубины сезонного промерзания, т.е. не менее 0.575 м.
Принимаем выступ верхнего обреза фундамента над планировочной отметкой равным 0,65м. Учитывая, что высота 2-х фундаментных блоков равна 1,2м, а толщина ростверка 0,3 м, принимаем глубину заложения ростверка d=0,85 м.
3.2.2 Определение длины сваи
(3.19) где: - глубина заделки сваи в ростверк 0,05м;
- глубина забивки сваи в несущий слой грунта 0,7м;
- расстояние от подошвы до несущего слоя грунта 7,45м;
м
Принимаем сваю С90.30-10.
3.2.3 Определение несущей способности сваи по прочности грунта
Определяем расчетное усилие на сваю по грунту: (3.20) где - периметр поперечного сечения сваи: 1,2 м, - коэффициент работ сваи в грунте, расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи по табл. 17 [3];
- площадь поперечного сечения сваи: , - коэффициент условий работы грунта соответственно под нижним концом и по боковой поверхности сваи. мощность i-го слоя грунта;
расчетное сопротивление i-го слоя грунта по боковой поверхности сваи по табл. 18 [3].
;
Расчет сводим в таблицу 3.3: Таблица 3.3 -Определение несущей способности сваи
Расчетная допустимая нагрузка на сваю: (3.21) где коэффициент надежности для жилых зданий.
Рисунок 3.7. Расчетная схема к определению несущей способности сваи (скв.№3)
Определяем расчетное усилие на сваю по материалу: (3.22) где при коэффициент продольного изгиба. . призменная прочность бетона сваи на сжатие. Для С16/20 площадь поперечного сечения сваи. расчетное сопротивление арматуры на сжатие, Для площадь поперечного сечения сжатой арматуры.
3.2.4 Определение количества свай в ростверке
Количество свай в кусте: (3.23)
Недогрузка составит .
Расстояние между сваями: ;
Так как расстояние между сваями должно находиться в диапазоне , примем .
Рисунок 3.8. Схема конструирования ростверка
Определим фактическую нагрузку на сваи: (3.24) где
-принимается равной расстоянию между сваями;
-глубина заложения;
-коэффициент надежности по нагрузке;
-количество свай;
Условие выполняется.
3.2.5 Проверка прочности основания куста свай
Определим размеры условного фундамента
Средневзвешенное значение угла внутреннего трения в пределах длины сваи определяется по формуле: ; (3.25)
.
Определяем угол под которым строится условный фундамент: ; .
;
Находим стороны условного фундамента:
Определим давление под подошвой условного фундамента: ; (3.26)
; (3.27) где
- вес грунта, сваи, ростверка соответственно;
; ;
Вычисляем расчетное сопротивление для условного массивного фундамента.
Уточняем расчетное сопротивление грунта (по формуле 3.6): , грунт фундамент свая основание где - коэффициенты условий работы, принимаем по табл. 15, [3]
; ;
т.к. прочностные характеристики приняты на основе статических данных;
- безразмерные коэффициенты, определяемые в зависимости от угла внутреннего трения. В данном случае по т. 16 [3], методом интерполяции при т.к. .
, - осредненное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента и ниже подошвы фундамента соответственно.
Рисунок 3.9. Схема для определения границ условного фундамента
- расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента. КПА
- глубина подвала
Подставляя найденные значения в формулу имеем:
3.2.6 Определение осадки свайного фундамента методом эквивалентного слоя
Осадка свайного фундамента вычисляется по формуле: , (3.28)
Определяем вертикальное напряжение от собственного веса грунта (см. п 3.1.3).
Дополнительное вертикальное напряжение на уровне подошвы условного фундамента:
Мощность эквивалентного слоя вычисляем по формуле: м. (3.29)
-коэффициент эквивалентного слоя, принимаем по табл. 19 [7].
Средний коэффициент относительной сжимаемости грунта в пределах активной зоны: ; (3.30)
-толщина i-го слоя грунта в пределах активной зоны;
-коэффициент относительной сжимаемости грунта в пределах i-го слоя;
-расстояние от нижней границы сжимаемой толщи до середины i-го слоя.
, (3.31)
-модуль деформации i-го слоя из табл.2.1, МПА;
; (3.32)
- для глины по табл.10 [7] .
- для глины по табл.10 [7] .
- для песка по табл.10 [7] .
- для песка по табл.10 [7] .
Рисунок 3.10. Схема для определения осадки свайного фундамента методом эквивалентного слоя
3.2.7 Выбор сваебойного оборудования и определение отказа свай
Исходя из принятой в проекте расчетной нагрузки, допускаемой на сваю, определяется минимальная энергия удара Э по формуле: (3.33) где: -эмпирический коэффициент, равный 25 Дж/КН;
-расчетная нагрузка, допускаемая на сваю и принятая в проекте;
По таблице 26 [3] подбираем молот, энергия удара которого соответствует расчетной минимальной энергии удара.
Имеем - трубчатый дизель-молот с водяным охлаждением С-996 со следующими характеристиками: масса ударной части - 1800 кг;
высота подскока ударной части - от 2000 до 2800 мм;
энергия удара - 27 КДЖ;
число ударов в минуту - не менее 44;
масса молота с кошкой - 3650 кг.
Далее производим проверку пригодности принятого молота по условию: , (3.34) где:Эр - расчетная энергия удара, Дж;
Gh - полный вес молота, ;
GB - вес сваи, наголовника и подбабка, КН;
Km = 6;
Для трубчатых дизель-молотов расчетная энергия удара принимается: (3.35) где: =1,8т - вес ударной части молота, КН;
hm - фактическая высота падения ударной части молота, м; при выборе молотов, принимаемая на стадии окончания забивки свай для трубчатых hm = 2,8м.
КДЖ
Имеем: Для контроля несущей способности свайных фундаментов и окончательной оценки применимости выбранного молота, определяем отказ сваи: м, (3.36) где: - остаточный отказ, равный значению погружения сваи от одного удара молота, а при применении вибропогружателей - от их работы в течение 1 мин, м;
- коэффициент, принимаемый в зависимости от материала сваи, КН/м2 ; при определении отказа железобетонных свай ?=15,0 КН/м2;
A=0,09 - площадь, ограниченная наружным контуром сплошного или полого поперечного сечения ствола сваи (независимо от наличия или отсутствия у сваи острия), м2;
- расчетная энергия удара молота, КДЖ;
- несущая способность сваи, КН;
- коэффициент, принимаемый при забивке свай молотами ударного действия равным 1;
- полный вес молота, КН;
- вес сваи и наголовника, КН;
- вес подбабка, КН;
- коэффициент восстановления удара и при забивке железобетонных свай молотами ударного действия с применением наголовника с деревянным вкладышем ;
Получаем: . условие выполняется.
Принимаем трубчатый дизель-молот С-996.
3.2.8 Конструирование ростверка
Проектируем ленточный ростверк под стеновые блоки.
Определяем опорный и пролетный моменты ленточного ростверка: ; (3.37) где: - вес кирпичной стены высотой , но не меньше, чем высота одного ряда блоков, определенный с коэффициентом 1,1 в пределах грузовой площади, и собственный вес ростверка, КН/м; определяется по формуле: , (3.38)
- ширина стенового блока;
- высота стеновых блоков;
- пролет многопролетной балки;
-удельный вес бетона;
- расчетный пролет.
КНМ;
КНМ;
Определяем площади сечения опорной и пролетной арматуры: ; , (3.39) где: -высота рабочей зоны сечения;
=365МПА- расчетное сопротивление арматуры класса S400 на сжатие;
;
2. Расчет ростверка на изгиб на этапе эксплуатации
Определим длину полуоснования эпюры нагрузки;
, (3.40) где - модуль упругости бетона;
- момент инерции сечения ростверка: ;
-ширина сечения ростверка;
-ширина панели крупнопанельной стены или цоколя;
-высота сечения ростверка.
;
-модуль упругости стеновых блоков над ростверком.
Определяем максимальную ординату эпюры нагрузки под гранью сваи: (3.41) где: - расчетная равномерно распределенная нагрузка от здания на уровне низа ростверка (вес стеновых блоков, полезная нагрузка Рф=457,94КН).
.
.
Определяем опорный и пролетный моменты ленточного ростверка: ;
Определяем площади сечения опорной и пролетной арматуры: ;
Расчетной является арматура, вычисленная по расчету для этапа эксплуатации здания, то есть: .
Принимаем опорную арматуру O18 класса S400, пролетную - O14 класса S400 с шагом 150мм.
Определим перерезывающую силу: .
Полученное значение поперечной силы должно удовлетворять условию: ; (3.42)
3.2.9 Определение глубины заложения ростверка (скважина №1, сеч. 3-3)
Глубина заложения фундаментов определяется с учетом: назначения, а также конструктивных особенностей зданий и сооружений; величины и характера нагрузок, воздействующих на фундаменты; глубины сезонного промерзания и оттаивания грунтов.
Расчетная глубина сезонного промерзания расчет см. п. 3.1.1.
Учитывая, что суглинки являются пучинистыми грунтами при промерзании, глубина заложения фундамента под наружную стену должна назначаться по условию недопущения морозного пучения грунтов. Следовательно, глубина заложения должна быть не менее расчетной глубины сезонного промерзания, т.е. не менее 0,575 м.
Принимаем выступ верхнего обреза фундамента над планировочной отметкой равным 0,65м. Учитывая, что высота 4-х фундаментных блоков равна 2,4м, а толщина ростверка 0,3 м, принимаем глубину заложения ростверка d=2,05 м.
3.2.10 Определение длины сваи где: - глубина заделки сваи в ростверк 0,05м;
- глубина забивки сваи в несущий слой грунта 1,1м;
- расстояние от подошвы до несущего слоя грунта 2,95м;
м
Принимаем сваю С50.30-6.
3.2.11 Определение несущей способности сваи по прочности грунта
Определяем расчетное усилие на сваю по грунту:
где - периметр поперечного сечения сваи: 1,2 м, - коэффициент работ сваи в грунте, расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи по табл. 17 [3];
- площадь поперечного сечения сваи: , - коэффициент условий работы грунта соответственно под нижним концом и по боковой поверхности сваи. мощность i-го слоя грунта;
расчетное сопротивление i-го слоя грунта по боковой поверхности сваи по табл. 18 [3].
;
Расчет сводим в таблицу 3.4: Таблица 3.4 -Определение несущей способности
Вывод
В ходе выполнения данного курсового проекта мною были приобретены навыки по расчету и конструированию свайных фундаментов, а так же фундаментов на естественном основании. Было выполнено технико-экономическое сравнение вариантов рассчитанных фундаментов, по результатам которого был выбран свайный фундамент. Производился расчет осадок фундаментов во времени.
Список литературы
Методические указания к выполнению курсового и дипломного проектов по курсу «Механика грунтов, основания и фундаменты» для студентов дневной и заочной формы обучения специальности Т19.01 «Промышленное и гражданское строительство». Часть 1. Методика проектирования и расчетов. Брест, 2000 - 58 с.
Методические указания к выполнению курсового и дипломного проектов по курсу «Механика грунтов, основания и фундаменты» для студентов дневной и заочной формы обучения специальности Т19.01 «Промышленное и гражданское строительство». Часть 2. Примеры расчета. Брест, 1999 - 58 с.
Задания к курсовому проекту и контрольным работам по курсу «Механика грунтов, основания и фундаменты» для студентов специальности Т19.01, Брест, 1996. - 49 с.
Далматов Б.И. Механика грунтов, основания и фундаменты. - М.: Стройиздат, 1981. - 319 с.
Строительные нормы и правила. Основания зданий и сооружений. СНБ 5.01.01-99, Министерство архитектуры и строительства Республики Беларусь. Минск 1999. Приложение №4 к СНБ 5.01.01-99
Методические указания к выполнению расчетно-графических работ по курсу «Механика грунтов, основания и фундаменты» для студентов дневной и заочной формы обучения специальности 1-70 02 02 «Экспертиза и управление недвижимостью». Брест, 2006 - 53 с.
Методическое пособие к выполнению курсового и дипломного проектирования по дисциплине «Основания и фундаменты» для студентов очной и заочной форм обучения специальности 290300 «Промышленное и гражданское строительство» - Кострома: КГСХА, 2006.- 85 с.