Устройство фундаментов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Обработка и анализ инженерно-геологических условий строительной площадки и свойств грунтов

1.1 Построение инженерно-геологического разреза

Рисунок 1. План участка

Рисунок 2. Инженерно-геологический разрез строительной площадки

1.2 Оценка физико-механических свойств грунтов, слагающих строительную площадку

Плотность сухого грунта

песок

глина суглинок

Число пластичности

глина

суглинок

Показатель текучести

глина

суглинок

Глина находится в тугопластичном состоянии, т.к. . Суглинок также находится в тугопластичном состоянии.

Коэффициент пористости

песок

глина

суглинок

В зависимости от коэффициента пористости песок плотный.

Степень влажности

песок

глина

суглинок

По степени водонасыщения песок насыщенный водой.

Коэффициент относительной сжимаемости

песок

глина

суглинок

Модуль общей деформации

песок

глина

суглинок

Расчетные характеристики.

Удельный вес

песок

глина

суглинок

Угол внутреннего трения

песок

глина

суглинок

Сцепление

песок

глина

суглинок

1.3 Определение условного расчетного сопротивления грунта

Для мелких песков насыщенных водой, плотных . Для глины . Для суглинка .

1.4 Заключение о возможности использования грунтов в качестве основания

фундамент основание грунт

Площадка представлена следующим наименованием грунтов. От поверхности на глубину 0,7 м залегает слой насыпного грунта. Ниже залегает песок плотный, насыщенный водой. Условное расчетное сопротивление . Мощность слоя 6,0 м. Можно использовать в качестве естественного основания.

Ниже располагается слой глины в тугопластичном состоянии. Условное расчетное сопротивление . Мощность слоя 9,8 м. Можно использовать как естественное основание.

Суглинок в тугопластичном состоянии. Условное расчетное сопротивление . Мощность слоя 15 м. Можно использовать как естественное основание.

2. Сбор нагрузок, действующих на основание фундамента по двух сечениям

Таблица 2. Сбор нагрузок

Вид нагрузки и расчет	Коэффициент надежности,	Усилие по I группе предельных состояний, , кН	Усилие по II группе предельных состояний, , кН
Сечение 1,
Постоянная нагрузка: - покрытие: - колонна: - ригели: -перекрытие: - перегородки:	1,3 1,1 1,1 1,3 1,3	128,7 35,38 133,65 421,2 93,6	99 32,17 121,5 324 72
Итого:		835,93	666,67
Временная нагрузка длительная полезная: Снеговая нагрузка:	1,4 1,4	109,62 32,4	78,3 23,14
Итого:		142,02	101,44
Всего:		977,95	768,11
Сечение 2,
Постоянная нагрузка - покрытие: - перекрытие: - перегородки: - стены:	1,3 1,3 1,3 1,3	64,35 210,6 46,8 301,9	49,5 162 36 232,25
Итого:		635,35	488,75
Временная нагрузка длительная полезная: Снеговая нагрузка:	1,4 1,4	62,37 16,2	44,55 11,57
Итого:		78,57	56,12
Всего:		713,92	544,87
Особая нагрузка ветровая	1,4 1,4	11,34 72,85	8,1 52,04
Всего: M W		72,85 11,34	52,04 8,1

Собранную по второму сечению нагрузку приводим к одному погонному метру стены:

= кН/м

==181,62 кН/м

Сравниваем собранную по двум сечениям нагрузку:

- по I предельному состоянию

977,95>713,92

- по II предельному состоянию

768,11>544,87

Следовательно, наиболее нагруженным является I-е сечение (по центральной колонне).

3. Разработка фундамента на естественном основании под колонну

3.1 Определение глубины заложения фундамента

Глубина заложения фундамента зависит в основном от трех факторов: инженерно-геологические условия, климатические условия, конструктивные требования.

Конструктивные требования

Рисунок 5. Схема к определению глубины заложения фундамента

Высота фундамента под железобетонные колонны из конструктивных требований:

Глубина заложения фундамента, исходя из конструктивных требований, определяется:

- глубина подвала от пола 1-го этажа;

100 мм - толщина конструкции пола подвала;

Климатические условия

Расчётная глубина сезонного промерзания грунта d_f:

d_f=k_f·d_fn=0,4•0,84=0,34 м

где k_f - коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения. По таблице 1 СНиП 2.02.01-83 «Основания зданий и сооружений» принимаем k_f=0,4. Тогда

нормативная глубина промерзания грунта, м.

Глубина заложения фундамента, исходя из климатических требований:

Инженерно-геологические условия

Фундаменты на естественном основании должны заглубляться в выбранный несущий слой грунта не менее чем на 0,5 м.

Сравнивая требуемые глубины заложения фундамента, полученные исходя из конструктивных условий (d=3,1 м) и климатических (d=0,34 м), выбираем наибольшую: d=3,1 м. Толщина слоя песка составляет 6 м, что на 3,4 м превышает выбранную глубину заложения фундамента, т.е. инженерно-геологические требования выполняются. Принимаем глубину заложения фундамента d=3,1 м.

3.2 Определение размеров подошвы фундаментов исходя из условия

- фактическое давление под подошвой фундамента;

R - расчетное сопротивление грунта основания.

Для центрально-нагруженного фундамента среднее фактическое давление под подошвой фундамента определяется по формуле:



- расчетная нагрузка по II второй группе предельных состояний;

G - вес фундамента и грунта на его уступах:

А - площадь подошвы фундамента:

Ширина подошвы фундамента:

Принимаем b=1,6 м.

При принятом значении b определяют значение R по формуле:

где

для песка мелкого;

для сооружений с жёсткой конструктивной схемой;

k - коэффициент, принимаемый равным k = 1 если прочностные характеристики грунта (ц и с) определенными непосредственно испытаниями;

M, М_q, М_с - коэффициенты, принимаемые по табл. 4 СНиП 2.02.01-83

M=0,72; М_q=3,87; М_с=6,45;

k_z - коэффициент, принимаемый при b 10 м - k_z =1;

b = 1,6 м - ширина подошвы фундамента;

- осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента в пределах слоя 0,5b;

В расчётном сечении толщина слоя песка составляет 6 м > d+0,5b=3,05+0,5·1,6=3,85 м, поэтому для расчёта используем г_II - значение, вычисленное для песка.

- осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы (взят удельный вес песчаного грунта, т.к. выше подошвы фундамента залегает только указанный слой);

с_II=3,33 кПа - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента (песок);

d₁ - приведенная глубина заложения фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле:

где h_s= d - d_b - 0,1 = 3,1 - 2,1 - 0,1 = 0,9 м - толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала;

h_cf = 0,1 м - толщина конструкции пола подвала;

_cf = 20 кН/м³ - расчетное значение удельного веса конструкции пола подвала;

d_b=2,1 м - глубина подвала - расстояние от уровня планировки до пола подвала;



Принимаем b=1,5 м.

, что недопустимо.

Следовательно, принимаем b=1,6 м, так как дальнейшее уменьшение размера подошвы фундамента ведет к несоблюдению условия .

Рисунок 6. Схема разработанного варианта фундамента на естественном основании

3.3 Проверка на продавливание

Проверка фундамента по прочности на продавливание колонной от дна стакана при действии продольной силы N_c производится из условия:

где N_c - расчетная продольная сила, действующая в уровне торца колонны, определяется из условия

- коэффициент, учитывающий частичную передачу продольной силы N_I на плитную часть фундамента через стенки стакана и принимаемый равным:

R_bt=900кН/м- расчетное сопротивление бетона осевому растяжению, принимаемое с необходимыми коэффициентами условий работы _b2 и _b3 в соответствии с табл. 15 СНиП 2.03.01-84;

А_с - площадь боковой поверхности колонны, заделанной в стакан фундамента:

размеры по низу меньшей и большей сторон стакана;

площадь многоугольника:



762,8<972,46

Усилие на продавливание соблюдается.

Рисунок 7. Схема образования пирамиды продавливания в стаканном фундаменте от действия продольной силы

4. Разработка свайного фундамента

4.1 Выбор типа, материала и конструкции свай

Принимаем железобетонную забивную сваю, т.к. опирание таких свай допускается на все виды грунтов, присутствующие на данной площадке. Поперечное сечение сваи - квадратное со стороной 0,2 м. Т. к. в основании нет слоя практически несжимаемого грунта, то по характеру работы свая висячая - передаёт нагрузку за счёт трения по боковой поверхности и сопротивления под нижним концом.

4.2 Выбор глубины заложения ростверка

Глубина заложения ростверка не зависит от климатических условий и определяется конструктивными требованиями (не менее 0,5 м от пола подвала). Принимаем высоту ростверка h_p = 0,9 м из конструктивных условий. Тогда глубина его заложения:

d = d_подв+0,1+0,9 = 2,1+0,1+0,9 = 3,1 м,

где d_подв - глубина подвала от планировочной отметки;

0,1 м - толщина пола подвала.

4.3 Выбор длины сваи

Длина свай определяется инженерно-геологическими условиями и отметкой заложения подошвы ростверка. Длина сваи выбирается такой, чтобы она прорезала слабые грунты и заглублялась в слой прочного грунта не менее чем на 1 м.

В условиях заданной площадки толщина слоя песка под подошвой ростверка составляет:

L = h_сл.п. - d = 6,0 - 2,6 = 3,4 м.

Заглубление сваи в следующий слой (минимальное) принимаем 1 м, заделка сваи в ростверк - 100 мм = 0,1 м. Тогда требуемая длина сваи:

L_св = 0,1+L+1 = 0,1+3,4+1 = 4,5 м

Принимаем L_св = 4,5 м. По ГОСТ 19804-91 «Сваи железобетонные. Технические условия» принимаем сваю марки С 4,5-20 (квадратного сплошного сечения 200Ч200 мм, с поперечным армированием ствола).

4.4 Определение несущей способности сваи по грунту

Рисунок 8. Расчетная схема к определению расчетного сопротивления i-го слоя грунта основания по боковой поверхности сваи

Несущая способность сваи по грунту определяется по СНиП 2.02.03. - 85 «Свайные фундаменты»

Несущую способность F_d, кН, висячей забивной сваи определяем согласно СНиП 2.02.03. - 85 «Свайные фундаменты» по формуле:

где _с - коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый _с = 1;

R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, принимаемое по табл. 1 СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты», R=3900 кПа;

А - площадь опирания на грунт сваи, м², принимаемая по площади поперечного сечения сваи, А=0,2·0,2=0,04 м²;

u - наружный периметр поперечного сечения сваи, u=4·0,2=0,8 м;

f_i - расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа, принимаемое по табл. 2 СНиП 2.02.03-85;

h_i - толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м;

1) h₁=1,7 м; z₁=3,45 м; f₁=36 кПа - песок;

2) h₂=1.7 м; z₂=5,15 м; f₂=40 кПа - песок;

3) h₃=1 м; z₃ =6,5 м; f₃=60 кПа - глина;

_сR, _cf - коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления грунта и принимаемые по табл. 3 СНиП 2.02.03-85; при погружении сплошных свай с закрытым нижним концом механическими, паровоздушными или дизельными молотами

_сR = 1,0; _cf = 1,0.

F_d = 1 (1 3900 0,04 + 0,8 (1 36 1,7 +1 40 1,7 + 1 60 1)) = =307,36кН.

Расчетная нагрузка, допустимая на сваю:

F = F_d / _k = 307,36/ 1,4 = 219,5кН,

где _k = 1,4 - коэффициент надежности.

4.5 Определение количества свай

Количество свай в свайном фундаменте предварительно определяем по формуле:

n = N_I / F = 977,95/219,5 =4,45

Принимаем количество свай n = 5.

4.6 Определение фактической нагрузки на максимально нагруженную сваю и конструирование ростверка

N = (N_I + G_гр.р.) / n =(977,95 + 44,55) / 5 = 209,11 кН

где G_гр.р. - вес ростверка и грунта на его уступах,

G_гр.р. = А h_{p cp}

А =2,25 м² - площадь подошвы ростверка;

_cр =22 кНм² - удельный вес грунта и фундамента на его уступах;

N_I = 977,95 кН - нагрузка, действующая по обрезу фундамента;

Требуемое условие N F выполняется (209,11 кН < 219,5 кН), поэтому количество свай оставляем прежним - n = 5.

Рисунок 9. Расположение свай в свайном фундаменте

4.7 Определение фактического давления на грунт в плоскости нижнего конца сваи и проверка свайного фундамента по деформации

Для центрально нагруженного свайного фундамента проверка по деформациям производится исходя из условия:

P_ср R

где P_ср - среднее фактическое давление на грунт в плоскости нижних концов свай, кН/м²

R - расчетное сопротивление в плоскости нижних концов свай, кН/м².

Свайный фундамент приводится к условному фундаменту на естественном основании

Границы условного фундамента определяются следующим образом: снизу - плоскостью АБ, проходящей через нижние концы свай; сверху - поверхностью планировки ВГ; с боков - вертикальными плоскостями АВ и БГ, отстоящими от наружных граней крайних рядов вертикальных свай на расстоянии:

где h = 4,4 м,

_II,mt - осредненное значение угла внутреннего трения:

_II,i - расчетные значения углов внутреннего трения для отдельных пройденных сваями слоев грунта толщиной h_i.;

Рисунок 10. Определение границ условного фундамента при расчёте свайного фундамента по деформациям

Размеры условного фундамента:

L_усд = l + 2S=1,5+2•0,4=2,3 м

B_усл = b + 2S=1,5+2•0,4=2,3 м

Расчетное сопротивление грунта в уровне подошвы условного фундамента определяется по формуле:

где B_усл = 2,3 м - ширина подошвы условного фундамента;

с_II = 3,33 кПа - сцепление грунта под подошвой условного фундамента;

k - коэффициент, принимаемый равным: k = 1, т.к. прочностные характеристики грунта (с и ) определены по табл. 1 - 3 рекомендуемого приложения 1 СНиП 2.02.01-83;

M, М_q, М_с - коэффициенты, принимаемые по табл. 4 СНиП 2.02.01-83, M=0,56, М_q=3,24, М_с=5,84

k_z - коэффициент, принимаемый равным: при b 10 м - k_z =1

_II = 20,2 кН/м³ - удельный вес грунта под подошвой условного фундамента;

d₁=h_усл =5,3 м - глубина заложения подошвы условного фундамента;

- осредненное значение удельного веса грунта выше подошвы условного фундамента,

кН/м³

коэффициенты условий работы, принимаемые по табл. 3 СНиП 2.02.01-83, г_с1=1,3, г_с2=1,1

633,55 кН

Фактическое давление, действующее по подошве условного фундамента, определяется по формуле:

где G - вес ростверка, свай и грунта в межсвайном пространстве в объеме условного фундамента:

G = G_роств+G_гр+G_св=28,25+429,45+110=567,7 кН

G_роств = V_роств •_бет=1,13•25=28,25 кН

G_гр = (V_усл.ф - V_роств - V_св)• _II` = (23,27-1,13-0,88)•20,2=429,45 кН

G_св = n • V_св • _бет =5•0,88•25=110 кН

А_усл = B_усл·L_усл = 2,3·2,3 = 5,29 м²

Р_ср=252,5 кН < R = 633,55 кН

Условие выполняется, поэтому оставляем исходный свайный фундамент.

5. Разработка фундамента на искусственном основании

Т.к. в основании на глубину около 6 м залегает слой мелкого песка, насыщенного водой (степень влажности S_r = 0,88), то в качестве искусственного основания целесообразно принять устройство грунтовой подушки.

Для устройства грунтовой подушки используем крупный песок с расчётным сопротивлением R₀ = 600 кПа. Уплотнение грунта в подушке осуществляется послойной укаткой до плотности скелета грунта с_d = 1.65 - 1,70 т/м³.

Определение глубины заложения подошвы фундамента исходя из конструктивных, инженерно-геологических и климатических условий: d=0,9 м.

Определение площади подошвы фундамента:

где R₀ - расчетное сопротивление грунта подушки, R₀ = 600 кПа;

_IIср - осредненный удельный вес фундамента и грунта на его уступах (19 кН/м³ для зданий с подвалом);

d - глубина заложения фундамента, считая от пола подвала, d = 0,9;

Определение предварительных размеров подошвы фундамента:

Принимаем b=l=1,2 м

Определение среднего давления по подошве фундамента

Определение природного напряжения на отметке подошвы фундамента:

где _II = 20,2 кН/м³ - удельный вес слабого грунта.

Определение дополнительного давления по подошве фундамента:

Задаемся высотой песчаной подушки h=1 м.

При толщине слабого грунта (6 м) высота подушки находится путем подбора, исходя из условия обеспечения прочности слабого подстилающего слоя грунта на глубине z = h от подошвы фундамента:

где - уплотняющее напряжение на кровле слабого подстилающего грунта;

- напряжение от собственного веса грунта на кровле слабого подстилающего слоя;

Rz - расчетное сопротивление слабого подстилающего слоя.

Определяем уплотняющее напряжение на кровле слабого подстилающего слоя:

где =0,488 - коэффициент, принимаемый по табл. 1 приложения 2 СНиП 2.02.01-83 «Основания зданий и сооружений» в зависимости от формы подошвы фундамента, соотношения сторон прямоугольного фундамента =l/b и относительной глубины, равной =2z/b.

Определяем ширину условного фундамента

где А_z - площадь подошвы условного фундамента

где G - ориентировочное значение веса фундамента и грунта на его уступах:

G = A d _IIср=1,44•0,9•19=24,62 кН

Ширина условного фундамента:

Определяем расчетное сопротивление слабого подстилающего грунта:

где _с - коэффициент условий работы, _с = 1;

k =1,1 - коэффициент (k=1 при экспериментальном определении _IIсл и с_IIсл и k=1,1 при определении их по таблицам норм);

M_y=0,72, M_q=3,87, M_c=6,45 - коэффициенты, определяемые по табл. 4 СНиП 2.02.01-83 в зависимости от угла внутреннего трения слабого грунта _IIсл;

_IIсл - удельный вес слабого грунта, кН/м³;

'_II - средневзвешенный удельный вес грунтов в пределах глубины d_y, кН/м³;

с_IIсл - расчетное значение сцепления слабого грунта, кПа.

Определяем напряжение от собственного веса грунта на кровле слабого подстилающего слоя:

Проверяем условие

238,085+72,72=310,8<409,83 кН - условие выполняется

Конструирование песчаной подушки.

Задаемся величиной угла =40. Тогда ширина подушки будет равна:

Принимаем Вп=2,87 м

Ширина грунтовой подушки должна быть больше ширины фундамента: поверху не менее чем на 0,6 м, понизу - на 0,4 м.



Рисунок 11. Фундамент на грунтовой подушке

6. Технико-экономическое сравнение разработанных вариантов фундаментов

Сравниваются объёмы работ, расход материалов, затраты труда по устройству каждого из вариантов фундаментов до уровня перекрытия подвала.

Таблица 5. Технико-экономические показатели

Наименование показателя	Ед. изм.	Вариант фундамента
		Фундамент на естественном основании	Свайный фундамент	Фундамент на искусственном основании
Стоимость	руб.	4,69	9,987	13,224
Трудоемкость	чел.-час.	5,57	11,5	17,6
Расход бетона	м3	0,984	1,53	1,187

По технико-экономическим показателям наиболее экономичным вариантом является фундамент на естественном основании. Учитывая, что инженерно-геологические условия позволяют устроить такой тип фундамента, то принимаем его в качестве основного для данного здания.

Список использованной литературы

1. Далматов Б.Н., Проектирование фундаментов зданий и промышленных сооружений: Учебное пособие для студентов вузов по спец. «Пром. и граж. стр.-во» - 2-е изд., перераб и доп. - М.: Высшая школа, 1986 - 239 с.

2. Веселов В.А. Проектирование оснований и фундаментов: (Основы теории и примеры расчета): Учебное пособие для вузов 3-е изд., перераб и доп. - М.: Стройиздат, 1990 - 304 с.

3. СНиП 2.02.01-83 «Основания зданий и сооружений»

4. СНиП 2.03.01-85 «Свайные фундаменты»

5. СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия»

6. ГОСТ 25100-95 «Грунты: классификация».

Размещено на Allbest.ru