Проектирование фундамента сооружения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Военно-технический университет

Институт промышленного, гражданского и транспортного строительства

Кафедра гидротехнических сооружений и мостов

Курсовая работа

по дисциплине «Основания и фундаменты»

на тему: «Проектирование фундамента сооружения»

Балашиха 2013г.



Содержание

Введение

1. Исходные данные

2. Оценка инженерно-геологических условий

2.1 Определение геологических характеристик

2.2 Оценка состояния грунтов

2.3 Заключение по площадке

3. Конструирование фундаментов мелкого заложения

3.1 Определение глубины заложения подошвы фундамента

4. Определение расчетного сопротивления грунта основания

5. Определение размеров подошвы фундамента мелкого заложения

5.1 Расчет оснований по деформациям

6. Конструирование свайного фундамента (1 тип)

6.1 Определение глубины заложения ростверка. Выбор размера сваи

6.2 Определение несущий способности сваи

7. Сравнение вариантов фундаментов и выбор рационального

8. Технология производства работ

8.1 Контроль качества

9. Мероприятия по технике безопасности и экологической безопасности

Список литературы



Введение

Проектирование оснований и фундаментов заключается в выборе основания, типа конструкции и основных размеров фундамента, в совместном расчете основания и фундамента, как одной из частей сооружения. Зная нагрузки на фундамент и учитывая вес фундамента, и грунта на его обрезах выполнен расчет основания по деформациям, в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01-83.

На основании задания на проектирование и инженерно-геологических условий строительной площадки разработаны два варианта фундаментов.

Для фундаментов мелкого заложения проводятся расчеты: определение физико-механических свойств грунтов, оценка грунтовых условий строительной площадки, расчет размеров и выбор вариантов фундаментов, расчет оснований по деформациям. геологический конструирование сваи

Для разработки свайных фундаментов: расчет размеров ростверков, определение осадки свайных фундаментов.



1. Исходные данные

Рис. Расчетная схема сооружения

Вес надфундаментной части сооружения - 110 МГН.

Нагрузка на 1м.п. - 964,9 кН.

Высота сооружения - 13м.

Размер сооружения в плане b0=11м, l0=12м.

Номер геологического разреза - 4.

Уровень грунтовых вод от планировочной поверхности -2,5м.

Таблица 1 Данные о грунтах основания

№ п/п	Наименование грунта	Удельный вес грунта г, кН/м3	Удельный вес твердых частиц гs, кН/м3	Природная влажность щ	Влажность на границе текучести щL	Влажность на границе раскатывания щр	Мощность слоя, м
1	Песок мелкий	19,4	26,4	0,25	-	-	0,8
2	Глина	19,5	27,5	0,29	0,36	0,18	4,0
3	Песок средней крупности	19,9	26,4	0,21	-	-	3,0
4	Супесь	19,7	27,1	0,21	0,27	0,14	10,0

Таблица 2 Среднемесячная температура в районе строительства:

Месяц
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
-10	-7	-2	+6	+15	+19	+24	+18	+13	+4	-5	-10

Рис. 2 Инженерно-геологический разрез



2. Оценка инженерно-геологических условий

2.1 Определение геологических характеристик

плотность грунта:

,

где г - удельный вес грунта; g=9,8 м/с2 - ускорение свободного падения;

удельный вес частиц грунта:

,

где гs - удельный вес твердых частиц;

число пластичности:

,

где щL - влажность грунта на границе текучести ,щp - то же, на границе раскатывания (пластичности);

показатель текучести:

,

где щ - природная влажность грунта;

коэффициент пористости грунта:

;

степень влажности грунта:

,

где гw=10 кН/см3 - удельный вес воды;

объем твердых частиц грунта в единице объема:

,

плотность сухого скелета грунта:

удельный вес сухого скелета грунта:

удельное сцепление грунта:

удельный вес грунта с учетом взвешивающего действия воды:

Первый слой - песок мелкий:

Второй слой - глина:

Третий слой - песок средней крупности:

Четвертый слой - супесь:

2.2 Оценка состояния грунтов

Песок мелкий

0,6<e=0,7<0,75 - песок средней плотности,

0.8<Sr=0.94<1 - песок насыщенной водой

Глины

- грунт находится в мягкопластичном состоянии;

Песок средней крупности

0,6<e=0,61<0,75 - песок средней плотности,

0.8<Sr=0.91<1 - песок насыщенной водой

Супесь

- грунт находится в пластичном состоянии;

По полученным результатам определяем общий модуль деформации Е0 МПа, угол внутреннего трения ц и удельное сцепление грунта с МПа.

Все полученные результаты заносим в таблицу 2.

Таблица 3 Инженерно-геологические характеристики грунтов

Характеристики	Песок мелкий	Глина	Песок средней крупности	Супесь
с, кН/м3	1,95	1,99	2,03	2,01
сs, кН/м3	2,69	2,81	2,69	2,77
Ір	-	0,18	-	0,13
ІL	-	0,61	-	0,54
e	0,7	0,82	0,61	0,66
Sr	0,94	0,97	0,91	0,86
m	0,59	0,55	0,62	0,6
сd, кН/м3	1,58	1,54	1,68	1,66
гd, кН/м3	15,48	15,09	16,46	16,27
n	0,413	0,452	0,375	0,4
гsb, кН/м3	9,65	9,62	9,65	10,3
E0, МПа	23,2	13,1	34,0	15,2
ц	30	12	36	27
с, МПа	0,001	0,037	0,002	0,002

2.3 Заключение по площадке

Грунты основания имеют слоистое напластование с выдержанным залеганием пластов. Все они могут служить естественным основанием (Е>5МПа).

Фундаменты мелкого заложения с небольшими нагрузками можно заложить во второй слой - глины, с обязательно проверкой прочности подстилающего слоя.

При больших нагрузках на фундаменты целесообразно рассмотреть вариант свайного фундамента.



3. Конструирование фундамента мелкого заложения

3.1 Определение глубины заложения подошвы фундамента

Принимаем в качестве несущего слоя, слой №2 -глина. Обрез фундамента на отметке -0,050 м, подземные воды в период промерзания на глубине dw=2.5м от поверхности планировки, температура воздуха в помещении +10 °С.

По карте найдем для глин в Курске нормативную глубину промерзания dfn=1.2м.

Тогда расчетная глубина промерзания:

df=kh• dfn=0.7•1.2=0,84м

где kh=0,7 - коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения.

Расстояние от расчетной глубины промерзания до уровня грунтовых вод в зимний период менее 2м:

dw- df=2,5-0,84=1,66м

Следовательно, грунт может испытывать морозное пучение и глубина заложения фундамента быть не 0,84м.

Тогда глубину заложения фундамента принимаем 0,85м от верха земляного покрова.



4. Определение расчетного сопротивления грунта основания

Расчетное сопротивление грунта основания согласно СНиП 2.02.01-83 определяем по формуле:

гс1, гс2 - коэффициент условий работы;

k=1.1 - характеристики грунтов приняты по справочным таблицам;

Mг, Mq, Mc - коэффициенты, принимаемые по СНиП 2.02.01-83;

kz =1 - коэффициент при b<10м

b - ширина подошвы фундамента;

гII - осредненное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента, кН/м3;

гII` - то же для грунтов, залегающих выше подошвы фундамента, кН/м3;

СII - расчетная величина удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа;



5. Определение размеров подошвы фундамента мелкого заложения

Для ленточного фундамента b=A=5м.

Так ширина фундамента достаточно большая увеличиваем заглубление фундамента конструктивно до 1,5м.

Проводим уточнение расчетного сопротивления грунта с новой шириной подошвы и новым заглублением:

При этом значении R:

Из конструктивных особенностей (модуль 300мм) увеличиваем ширину подошвы фундамента до b=4.8м.

Тогда окончательно:

Конструируем фундамент:

Рис. 3 Монолитный ленточный фундамент



Вес фундамента:

Вес грунта на уступах фундамента:

Определяем среднее давление по подошве фундамента и сравним его с расчетным сопротивлением грунта:

Недогруз составляет:

Условие выполняется.

Проверку подстилающего слоя не проводим, так как характеристики подстилающего слоя лучшие, чем вышележащего слоя.

5.1 Расчет оснований по деформациям

Расчет по деформациям не проводим так согласно СП 50-101-2004 условия ограничивающие деформации, выполнены, так как размеры подошвы фундамента подобран по величине расчетного сопротивления грунта несущего слоя R0 на основание, имеющие в пределах сжимаемой толщи грунты глины с e=0.82 и удовлетворено условие:

P?? < R 235кПа < 243кПа



6. Конструирование свайного фундамента (I тип)

6.1 Определение глубины заложения ростверка. Выбор размера сваи

Глубину заложения ростверка принимаем такую же как и для фундамента мелкого заложения 0,85м.

По своим физико-механическим характеристикам слой №3 является более прочным, чем слой №2. Поэтому в качестве несущего слоя под нижний конец сваи принимаем слой №3. Заглубление сваи в слой №3 должно быть не менее 1.5 м.

Принимаем свободное сопряжение ростверка со сваей с глубиной заделки оголовка сваи в ростверк - 50 мм.

Тогда требуемая длина сваи:

Принимаем сваю С5,5-20 сечением 20х20 см длиной 5.5 м из бетона кл.В15.

6.2 Определение несущей способности сваи

Несущая способность висячей сваи определяется по формуле:

где гс=1 - коэффициент условий работы сваи в грунте;

R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи;

А - площадь поперечного сечения сваи, равна 0,04 м2;

U - наружный периметр поперечного сечения сваи;

fi - расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи;

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

гCR,гcf - коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи.

Несущая способность сваи:

Силу расчетного сопротивления сваи по грунту:

В дальнейших расчетах используем наименьшее значение силы расчетного сопротивления сваи FR=FRs=175.8кН.

Определение требуемого количества свай в фундаменте. Определение фактической нагрузки на сваю.

Требуемое количество свай в кусте определяют по формуле:

С расчета принимаем 6шт.

Определяем размеры ростверка в плане на 1мп.

де - расстояние между сваями, =0,9м;

- ширина сваи.



Рис. 4 Схема свайного ростверка

Определяем вес ростверка:

Определяем вес грунта на уступах ростверка:

Полная несущая способность свай с учетом веса ростверка и грунта на его уступах:

где N01 - полная нагрузка на обрезе фундамента;

Gр - полный вес ростверка;

Gp - полный вес грунта на уступах ростверка;

n - количество свай в ростверке;

Условие выполнено. Несущая способность обеспечена.

5.3 Определение осадки основания свайного фундамента

Определение осадки основания фундамента из висячих свай производится как для условного фундамента на естественном основании с границами условного фундамента ABCD. Определяем средневзвешенное значение угла внутреннего трения и размеры подошвы условного фундамента bc и lc:

,

где цII1,цII2 и цII3 - расчетные значения углов внутреннего трения для пройденных сваей слоев грунта толщиной соответственно h1, h2, h3;

Размеры условного фундамента:

Вес условного фундамента:

Нагрузка на фундамент по второй группе предельных состояний:

гf =1,2 - среднее значение коэффициента надежности по нагрузке.

Давление на грунт условного фундамента по его подошве:



пределяем расчетное сопротивление грунта R, расположенного ниже подошвы условного фундамента:

принимая d=dc=6.35м; гc1=1.25; гc2=1; k = 1; kz = 1; Mг = 1.81; Mq=8.24; Mc=9.97 (для цII=36° несущего слоя); bc=2.37м; гII=19.9кН/м3 - удельный вес грунта, расположенного под подошвой условного фундамента; сII=36кПа.

Средневзвешенное значение удельного веса грунта в пределах глубины заложения условного фундамента dc

Проверяем давление на грунт по подошве фундамента PII=296,59кПа<<R=1836,6 кПа. Требования СП 50-101-2004 удовлетворено. Расчет осадки основания можно выполнять, используя решения теории упругости.

Для расчета осадки фундамента используем метод послойного суммирования. Природное давление на уровне подошвы словного фундамента:

Дополнительное давление по подошве словного фундамента:

Вычисляем природное и дополнительное напряжения в основании и заносим их в таблицу и строем эпюры этих напряжений для з=lc/bc=1.97/2.37=0.83м и hi=0,4b=0,4•2,37=0,95м.

Таблица 4 Вычисленные природные и дополнительные напряжения

№ Границ слоев	Грунт	z,м	m=2z/b	б	уzg, кПа	уzp, кПа	уzp,m, кПа
0	Песок средней крупности E=34мПа	0	0	1	124	125
1		0,95	0,8	0,848	135	107	120
2		1,9	1,6	0,532	145	67	90
3		2,85	2,4	0,325	156	41	56
4		3,8	3,2	0,210	168	27	34

Мощность сжимаемого слоя Hc=3.8, так как на границе его выполняется условие 0,2•уzg =0,2•168=34 кПа ? уzp = 27 кПа.

Осадку вычисляем по формуле:

Осадка фундамента 4,8см меньше предельно допустимой осадки фундамента su = 10см для производственных зданий с железобетонным каркасом (см. прил. Е СП 50-101-2004).



Рис. 5 Расчетная схема к определению осадки свайного фундамента



7. Сравнение вариантов фундаментов и выбор рационального

№	Виды работ	Ед. изм.	Стоим., руб	Ф-т мелкого заложения	Свайный фундамент
				Объем	Ст-ть	Объем	Ст-ть
1	Разработка грунта	м3	3,6	7,5	27,0	3,2	11,52
2	Откачка воды	м3	40	6,281	251,24	5,632	225,28
4	Устройство подготовки	м3	7	0,5	3,5	0,17	1,15
5	Монолит. ж/б	м3	28	3,96	110,68	0,725	20,3
6	Гидроизоляция	м3	76	0,82	62,32	0,82	62,32
7	Сваи	м3	88			0,22	19,36
8	Обратная засыпка	м3	15	3,54	53,1	2,48	37,5
8	Общ. стоимость	руб.		507,84		374,43

Вывод: по результатам технико-экономического сравнения более предпочтительным оказался свайный фундамент.



8. Технология производства работ

Производству свайных работ предшествуют подготовительные работы, к которым относятся: завоз и складирование свай, шпунта; проверка заводских паспортов на эти изделия; проверка соответствия заводской маркировки на сваях, сваях-оболочках и шпунтах, а также замков шпунтин путем протаскивания по ним шаблона длиной не менее 3 м.

В процессе подготовки производства должны быть определены нормокомплекты машин, механизмов, технологической оснастки, типы копрового и сваебойного оборудования, бетонирующих агрегатов, сваепогружающих молотов и погружателей.

Работы по устройству свайного поля осуществляются в следующей последовательности: планировка площадки; разбивка осей здания и рядов свай, пробная забивка сваи и испытание их динамической и статической нагрузкой; погружение свай; сдача и приемка погруженных свай; срубка оголовков свай и подготовка их под ростверк.

Подготовка площадки для свайных работ.

В состав подготовительных работ входят: перенос или защита существующих инженерных сетей; освобождение площадки от строений, насаждений, мусора, снега; устройство водоотвода; планировка площадки с учетом уклонов водостока; разбивка и рытье котлована подвальной части здания; прокладка временных дорог, ограждение площадки; устройство наружного освещения, временных сетей электроэнергии, воды, пара, сжатого воздуха; организация площадок для складирования свай и других материалов; заводы и приемка свай, железобетонных элементов ростверка.

Разметочные оси выносят за пределы котлована и закрепляют на обноске или створных знаках. Затем их нумеруют и составляют схему расположения знаков разбивки и привязки к опорной сети. Места погружения каждой сваи закрепляют инвентарными металлическими штырями. Вертикальные отметки оголовков и низа ростверков контролируют специально установленным репером, которые должны быть привязаны к государственной геодезической сети. Исполнительная схема разбивки и закрепления осей сваи прилагается к акту о выполненных работах.

Подготовка свай к погружению.

В процессе подготовки свай к погружению необходимо проверить документацию, произвести внешний осмотр свай, выполнить их сборку и обустройство, сделать разметку.

Погружение свай забивкой.

В проект производства свайных работ включаются технологические карты, исполнительные схемы, графики, технологические схемы погружения свай, излагается технология погружения свай и устройства ростверков.

Забивку свай выполняют в соответствии с исполнительной схемой свайного поля по рабочим чертежам проекта, содержащем данные о длине сваи, их сечении, глубине погружения, величине отказа, направлениях перемещения копра. Данные о погружении свай необходимо записывать в журнал забивки свай. В состав основных работ входят: перемещение копра или копровой установки к месту погружения свай; строповка и подтягивание сваи к копру; установка свай на точку погружения и выверка правильности ее положения; закрепление на свае наголовника; установка погружателя и расстроповка сваи; погружение свай с выверкой ее положения; снятие погружателя и наголовника; срубка недопогруженной части свай или забивка дублирующей сваи.

8.1 Контроль качества

Строительная организация в необходимых случаях проводит испытание свай на динамическую и статическую нагрузки. Основное требование к качеству погружения сваи- достижение ею заданной несущей способности. Отказом сваи называется глубина погружения сваи в грунт от одного удара молота, определяемая как среднее арифметическое значение величины погружения сваи от определенного числа ударов (залога). Число ударов в залоге для молотов подвесных и одиночного действия принимают равным 10.

Забивка свай должна производиться с применением наголовников, имеющих верхний и нижний амортизаторы. Зазоры между боковой гранью сваи и стенкой наголовников не должны превышать 1 см с каждой стороны. Для обеспечения установления допусков на отклонения свай, свай-оболочек и шпунтин от проектного положения при строительстве следует применять кондукторы и направляющие.

Транспортирование, хранение, подъем и установку на место погружения свай, шпунта необходимо производить с принятием мер против их повреждения. Замки и гребни шпунтин при подъеме тросом должны быть защищены деревянными прокладками.

Применяемый для крепления котлованов шпунт следует извлекать для последующего использования. Крепление вибропогружателя со сваей или шпунтом должно быть жестким. При забивке первых 5…20 свай, расположенных в различных точках строительной площадки, должна производиться регистрация числа ударов на каждый метр погружения свай.

При забивке свай необходимо обеспечить контроль за соблюдением следующих требований:

- при работе молотом двойного действия за залог следует принимать число ударов в 2 мин;

- в конце забивки, когда отказ по своей величине близок к контрольному, забивку молотами одиночного действия производят по 10 ударов в каждом;

- контрольный отказ сваи измеряют на протяжении не менее трех последовательных залогов с точностью до 1 мм при центральной передаче свае удара молотом, при максимальной высоте падения ударной части молота и числе ударов молота двойного действия или дифференциального молота - при полном паспортном давлении пара (воздуха) в цилиндре.

9. Мероприятия по технике безопасности и экологической безопасности

Требования безопасного ведения свайных работ должны соблюдаться на всех этапах и стадиях их выполнения при: подготовке строительной площадки и транспортных путей; монтаже, демонтаже и передвижке копрового и сваебойного оборудования; подъеме, установке и срубке оголовков свай, бетонирование свай.

Место производства свайных работ необходимо ограждать на расстоянии, равном длине свай + 5 метров от крайних рядов. В опасной зоне копра- на площадке радиусом, превышающем на 5 метров его высоту, должны быть прекращены все другие работы. При производстве свайных работ наибольшее внимание следует уделять исправности и устойчивости копров, самоходных копровых агрегатов, состоянию подкранового пути, правильности и безопасности подвески молотов, вибропогружателей, надежности тросов, растяжек.

В нерабочем положении молоты и погружатели должны быть опущены и отключены.

При срубке оголовков железобетонных свай нахождение людей (кроме механизатора-обрубщика) на расстоянии ближе 5 метров от сваи запрещается.

В настоящее время проблема охраны окружающей среды очень актуальна. Внимание уделяется защите и сохранению окружающей среды в процессе производства строительных работ. При проектировании объекта в генеральном плане и проекте планировки в обязательном порядке предусмотрены планировочные и технические решения, обеспечивающие охрану и воспроизводство всех элементов природной среды.

Нарушение требований охраны и воспроизводства природной среды приводит к непоправимым последствиям, связанных с гибелью лесных массивов, загрязнений акваторий, нарушением экологического равновесия среды.

На период строительства необходимо предусмотреть площадки под стоянку техники и стройматериалов. Стоянку следует укомплектовать ящиками для песка и емкостями для сбора израсходованных материалов. Также не следует забывать, что во время перевозки грузов автомобили загрязняют воздух вредными выхлопами и пылью от груза. Работы следует вести с учетом направления ветра. Погрузо-разгрузочные работы с пылевыделяющими материалами рекомендуется выполнять с максимальным использованием специализированного транспорта, позволяющего снизить запыленность воздушной среды. По окончанию строительных работ строительный мусор с площадки необходимо своевременно вывезти в отведенные для этого места. Провести рекультивацию земель, посадку лесополосы.



Список литературы

1. СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия», М, 1986г.

2. СНиП 2.02.01-83*. «Основания зданий и сооружений», М., Минстройиздание, 1995г.

3. СНиП 2.02.03-85. «Свайные фундаменты». М., Стройиздат 1986г.

4. Веселов В.А. Проектирование оснований и фундаментов. М.: Стройиздат, 1990

5. Далматов Б.И. Механика грунтов, основания и фундаменты. Л.: Стройиздат 1988

6. Кузнецов А.Н., Муратова Н.В. Примеры расчета и проектирования фундаментов. ПГАСА 1999.

Размещено на Allbest.ru