Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

Иркутский национальный исследовательский технический университет

Институт архитектуры и строительства

Кафедра автомобильных дорог

Пояснительная записка к курсовому проекту

по дисциплине: Основания и фундаменты сооружений

на тему: Расчет оснований и фундаментов зданий и сооружений (вариант 2.12.1)

Выполнил студент группы ПГСб-16-1

Нормоконтроль В.Г. Шелегов

Иркутск 2018 г.



Задание на курсовое проектирование

По курсу Основания и фундаменты сооружений

Студенту

Тема курсового проекта Расчет оснований и фундаментов зданий и сооружений

Вариант 2.12.1 четный

Здание Склад

Место строительства г. Курск

Номер инженерно-геологического разреза 12

грунт фундамент свая давление

Физико-механические характеристики слоев грунта

Номер пробы грунта	Удельный вес грунта г, кН/м3	Удельный вес частиц гS, кН/м3	Влажность	Коэффициент фильтрации КФ, см/с	Удельное сцепление с, кПа	Угол внутреннего трения ц, град	Модуль деформации Е, МПа
			природная щ	на границе пластичности щР	на границе текучести щL
6	18,3	26,8	0,32	0,27	0,40	2,6·10-7	19	19	10
22	20,1	26,9	0,19	-	-	2,1·10-4	-	30	38
13	19,1	26,4	0,17	-	-	3,2·10-2	-	34	30

Отметка поверхности природного рельефа 207 м; УПВ = 202 м

Вариант нагружения:

Фундамент 1: N =1,80 МН; M = -0,17 мНм; Q = -0,04 МН.

Фундамент 2: N = 3,20 МН; M = ±0,15 мНм; Q = ±0,03 МН.

Фундамент 3: N = 2,40 МН; M = 0,23 мНм; Q = 0,06 МН

Фундамент 4: N = 0,65 МН; M = 0,06 мНм;

Примечания:

1. В таблице даны расчетные усилия для расчета по деформациям. Расчетные усилия для расчета по несущей способности и прочности определяются путем умножения заданных усилий на осредненный коэффициент надежности по нагрузке = 1,2

2. Знаки усилий: положительное направление поперечной силы - слева направо, момента - по часовой стрелке. При этом положение фундаментов - по разрезу на схеме здания.

Рекомендуемая литература:

1. СП 22.13330.2011 Основания зданий и сооружений. Актуализированная версия СНиП 2.02.01-83*. М., 2011 г.

2. СП 50-101-2004. Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений. М., ГУП ЦПП, 2004 г.

3. Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений. М., Стройиздат,1986 г.

4. СП 24.13330.2011 Свайные фундаменты. Актуализированная версия СНиП 2.02.03-85. М., 2011 г.

5. СП 50-102-2003. Проектирование и устройство свайных фундаментов. М., ГУП ЦПП, 2004 г.

6. СП 131.13330.2012 Нагрузки и воздействия. Актуализированная версия СНиП 23-01-99*. М., 2012 г.

7. СП 20.13330.2011 Строительная климатология. Актуализированная версия СНиП 2.01.07-85. М., 2011 г.

8. ГОСТ 25100-95. Грунты. Классификация. М., ИПК Издательство стандартов,1995 г.

9. ГОСТ 27751-2014 Межгосударственный стандарт надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения. М.: Стандартинформ, 2015 г.

Графическая часть на ___ листах

Дата выдачи задания « 6 » сентября 2018 г.

Задание получил ________

Подпись И.О.Фамилия

Дата предоставления проекта руководителю « » 201 г.

Руководитель курсового проектирования ______ В.Г. Шелегов

Подпись И.О.Фамилия



Содержание

• Введение
• 1. Анализ инженерно-геологических и гидрологических условий площадки строительства
• 1.1 Определение характеристик и уточнение наименований грунтов
• 1.2 Определение глубины сезонного промерзания грунтов
• 1.3 Выбор типов фундаментов и оснований
• 2. Проектирование фундаментов мелкого заложения
• 2.1 Назначение глубины заложения фундамента
• 2.2 Определение размеров подошвы фундаментов с проверкой краевых давлений на грунт
• 2.3 Проверка давления по слабому подстилающему слою
• 2.4 Расчёт осадок фундамента
• 3. Проектирование свайного фундамента
• 3.1 Подбор типов и конструкции свай под внутреннюю колонну здания
• 3.2 Определение несущей способности одиночной сваи по грунту
• 3.3 Определение требуемого количества свай в составе фундамента
• 3.4 Расчет осадки свайного фундамента под колонну
• 3.5 Выбор оборудования для погружения свай
• 3.6 Определение проектного отказа сваи
• 4. Экономический расчет (технико-экономические сравнения вариантов фундаментов здания)
• Заключение


Введение

Цель данного курсового проекта - проектирование и расчет фундаментов для вычислительного центра.

Размеры в плане 36х18 м.

Здание имеет подвал в осях А-Г. Отметка пола подвала - 2,4 м.

Место строительства - город Курск. Заданы отметки природного рельефа - 207 м и уровня грунтовых вод 202 м.

Также известны инженерно-геологические условия, физические характеристики грунтов и их гранулометрический состав.

В ходе разработки курсового проекта необходимо рассчитать два типа фундаментов: мелкого заложения и свайный.

Для фундаментов мелкого заложения проводятся расчеты: определение физико-механических свойств грунтов, глубина заложения фундамента, определение размеров подошвы фундамента, конструирование фундамента, осадка фундамента.

Для разработки свайных фундаментов проводятся расчеты: определение несущей способности свай, определение количества свай ростверка, конструирование ростверка и размещение свай в плане, проверка устойчивости и надежности по I группе предельных состояний, осадка фундамента.



1. Анализ инженерно-геологических и гидрологических условий площадки строительства

1.1 Определение характеристик и уточнение наименований грунтов

Для каждого слоя грунта, по заданным в таблице основным показателям определяем ряд расчетных характеристик.

1 слой - 6 проба грунта:

Плотность грунта:

, , .

Плотность сухого грунта:

,

где W - влажность.

.

Пористость:

где - плотность твердых частиц,

, , .

.

Коэффициент пористости:

.

Степень влажности (коэффициент водонасыщения):

.

По ГОСТ 25100 табл. Б.11. грунт является водонасыщенным

Число пластичности:

, %

По ГОСТ 25100 табл. Б.16. грунт является суглинком

Показатель текучести:

По ГОСТ 25100 табл. Б.19. грунт является тугопластичным

Коэффициент пористости, соответствующий влажности на границе текучести:

Показатель просадочности:



Грунт не является просадочным, залегает ниже уровня Г.Г.В.

Плотность взвешенного в воде грунта:

Слой ИГЭ 1 по ГОСТ 25100-2011 является по коэффициенту водонасыщения - водонасыщенным, по числу пластичности - суглинком, по показателю текучести - тугопластичным и по показателю просадочности залегает ниже Г.Г.В.

По СП 22.13330 табл. В.6. расчетное сопротивление

2 слой - 22 проба грунта:

Плотность грунта:

,

Плотность сухого грунта:

,

где W - влажность.

.

Пористость:

где - плотность твердых частиц,

, , .

.

Коэффициент пористости:

.

По ГОСТ 25100 табл. Б.12. грунт является плотным

Степень влажности (коэффициент водонасыщения):

.

По ГОСТ 25100 табл. Б.11. грунт является водонасыщенным

Удельный вес грунта во взвешенном водой состоянии:

,

Классификация грунта по ГОСТ 25100

Размер частиц d, мм

%	>2,0	0,5…2,0	0,25…0,5	0,1…0,25	<0,1
ч. ост.	3,0	18,5	15,7	42,3	20,5
н. ост.	3,0	21,5	37,2	79,5	100

По гранулометрическому составу песок является мелким



Гранулометрическая кривая

Содержание песка:

S1=100-3=97

S2=100-21,5=78,5

S3=100-37,2=62,8

S4=100-79,5=20,5

S5=100-100=0

Степень неоднородности:

- неоднородный грунт

Слой ИГЭ 2 по ГОСТ 25100-2011 является по коэффициенту водонасыщения - водонасыщенным, по коэффициенту пористости - плотным, по гранулометрическому составу - мелким и по степени неоднородности - неоднородным.

По СП 22.13330 табл. В.7. расчетное сопротивление

3 слой - 13 проба грунта:



Плотность грунта:

,

Плотность сухого грунта:

,

где W - влажность.

.

Пористость:

где - плотность твердых частиц,

, , .

.

Коэффициент пористости:

.

По ГОСТ 25100 табл. Б.12. грунт является средней плотности

Степень влажности (коэффициент водонасыщения):

.

По ГОСТ 25100 табл. Б.11. грунт является средней степени влажности (влажным)

Удельный вес грунта во взвешенном водой состоянии:

,

Классификация грунта по ГОСТ 25100

Размер частиц d, мм

%	>2,0	0,5…2,0	0,25…0,5	0,1…0,25	<0,1
ч. ост.	4,0	23,6	32,4	19,5	20,5
н. ост.	4,0	27,6	60	79,5	100

По гранулометрическому составу песок является средней крупности

Гранулометрическая кривая



Содержание песка:

S1=100-4=96

S2=100-27,6=72,4

S3=100-60=40

S4=100-79,5=20,5

S5=100-100=0

Степень неоднородности:

- неоднородный грунт

Слой ИГЭ 3 по ГОСТ 25100-2011 является по коэффициенту водонасыщения - водонасыщенным, по коэффициенту пористости - средней плотности, по гранулометрическому составу - средней крупности и по степени неоднородности - неоднородным.

По СП 22.13330 табл. В.7. расчетное сопротивление

Результаты определений заносятся в сводную таблицу 1.

Площадка характеризуется благоприятными условиями для строительства: имеет относительно ровный рельеф, отмечается горизонтальное простирание слоев грунта.

Таблица 1. Физико-механические характеристики грунтов

Физико-механические характеристики	Усл. обозн.	Слои грунтов
		Суглинок тугоплавкий	Песок мелкий	Песок средней крупности
Удельный вес, кH/м3	II	18,3	20,1	19,1
Удельный вес твердых частиц, кH/м3	s	26,8	26,9	26,4
Природная влажность, %	щ	0,32	0,19	0,17
Плотность, г/см3		1,86	2,05	1,95
Плотность сухого грунта, г/см3	d	1,41	1,72	1,66
Плотность твердых частиц грунта, г/см3	s	2,73	2,74	2,7
Коэффициент пористости, д.е.	e	0,94	0,6	0,63
Пористость, д.е.	n	0,48	0,37	0,38
Влажность на границе текучести, д.е.	щL	0,40	-	-
Влажность на границе раскатывания, д.е.	щP	0,27	-	-
Число пластичности, д.е.	JP	0,13	-	-
Показатель текучести, д.е.	JL	0,38	-	-
Коэффициент фильтрации, см/с	Кф	2,6*10-7	2,1*10-4	3,2*10-2
Угол внутреннего трения, о	цII	19	30	34
Удельное сцепление, кПа	cII	19	-	-
Модуль деформации, МПа	E	10	38	30
Условное расчетное сопротивление грунта основания, кПа	Ro	200	300	400

1.2 Определение глубины сезонного промерзания грунтов

Требуется определить глубину заложения подошвы фундаментов вычислительного центра с подвалом (рис.1) на участке строительства, инженерно-геологическая ситуация которого представлена на рис. 2. Здание строится в г. Курск.

Рисунок 1 - Схема сооружения (план и разрез)



Рисунок 2 - Геологический разрез

Принимая во внимание наличие подвала под всем зданием, равномерное загружение всех фундаментов нагрузкой от здания, отсутствие примыкающих зданий, спокойного характера напластований отдельных видов грунтов в данном случае при определении глубины заложения фундаментов необходимо учесть особо важный фактор - глубину сезонного промерзания грунтов.

Расчетная глубина сезонного промерзания грунта у фундаментов здания d_f определяется по следующей формуле:



где k_h - коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения, принимаемый: для наружных фундаментов отапливаемых сооружений по [2, табл. 5.2], для этого здания с температурой 5^оС в подвале k_h = 0,7.

d_fn - нормативная глубина промерзания, определяемая по формуле:

М_t=7,3+6,9+1,4+0,5+5,2=21,3

М_t - безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе: для г.Курска принимается равным 21,2 по [3, табл.1]

d_o - величина, принимаемая равной (м) для: песков мелких - 0,28.

Так как в здании имеется подвал на отметке -2,400 м, следовательно, по конструктивным особенностям фундамент следует заглубить на 3 м.

Здание располагаем в разрезе I-I на отметке 207 м.

1.3 Выбор типов фундаментов и оснований

Фундамент мелкого заложения

1. Фундамент под колонну принимаем отдельный типовой монолитный.

По табл. Ж.1 принимаем фундамент Ф.2.1.1 высотой hf = = 1,5 м

2. Отметку обреза фундамента принимаем равной отметке пола - 2,400, абсолютная - 204,6.

Абсолютная отметка подошвы фундамента 204,6 - 1,3 = 203,3 (FL).

3. Минимальная планировочная отметка 206,3 (DL). Глубина заложения фундамента d = 206,3 - 203,3 = 3,0 м > df = 0,91 м.

4. ИГЭ-2 - песок мелкий, плотный, водонасыщенный. Расчетное сопротивление R0 = 300 кПа > 150 кПа > подходит в качестве рабочего слоя.

Мощность слоя 10-10,5 м. Абсолютные отметки подошвы слоя

196,5-197 > максимальная 197. Минимальное расстояние от подошвы фундамента до подошвы рабочего слоя 203,3 - 197 = 6,3 м > > 1,0 м > выбираем ИГЭ-2 в качестве рабочего слоя для фундамента мелкого заложения.

Анализ гидрогеологических условий:

1. Требуемая абсолютная отметка дна котлована при устройстве фундаментов:

фундамент мелкого заложения - 203,3;

2. Абсолютная отметка УГВ:

скв. 1, скв. 2: 202

3. Поскольку УГВ расположен на 1,3 м ниже дна вскрываемого котлована. Условия для производства работ нулевого цикла благоприятные.

Рис.3. Схема к предварительному выбору ФМЗ под колонну

В качестве рабочего слоя для ленточного фундамента мелкого заложения рекомендуется принять ИГЭ-2 - песок мелкий, плотный, водонасыщенный.

2. Проектирование фундаментов мелкого заложения

2.1 Назначение глубины заложения фундамента

Определение глубины заложения фундамента:

1. Глубина заложения наружных и внутренних фундаментов неотапливаемых сооружений находится по табл. 5.3. СНиП 2.08.01-83, при этом глубина исчисляется.

2. Отметка подошвы внутренних и наружных фундаментов должна располагаться на одном уровне > необходимо определить глубину заложения для наружных фундаментов. При наличии подвала - от пола подвала

Уровень подземных вод - 202 (4,3)

Расчетная глубина промерзания грунта

3. Глубина заложения наружных фундаментов неотапливаемых сооружений в зависимости от глубины расположения подземных вод dw:

dw > df + 2 (4,3 > 0,91 + 2 = 2,91) не зависит от df.

4. Окончательно глубину заложения фундаментов, определенную с учетом инженерно-геологических условий, конструктивного и объемно-планировочного решения здания, принимаем d = 3,0 м.

2.2 Определение размеров подошвы фундаментов с проверкой краевых давлений на грунт

1. Определяем приближенную площадь подошвы фундамента:

- нагрузка от здания

.

2. Определяем предварительную ширину подошвы фундамента:

b = b =

длину

l=1,2* = 1,2*= 1,76 м

3. Принимаем монолитный типовой фундамент Ф.2.1.1 по табл. Ж.1. Ширина подошвы b = 1,5 м, длина l = 1,8 м. Высота фундамента 1,5 м, что соответствует расчетной схеме

Ж/б колонна сечением 0,4х0,4 м. Вертикальная нагрузка на фундамент Средний удельный вес фундамента и грунта

Удельный вес фундамента Расчетные размеры подошвы фундамента 1,5х1,5 м. Высота фундамента 1,8 м.

Объем фундамента:

Вес фундамента:



коэффициент надежности по нагрузке, равный 1,0

Вес грунта:

Среднее напряжение под подошвой фундамента определяется по формуле:

кПа

Проверка: разница между не должна превышать 20%

(=

Краевые напряжения определяются по формуле:

Т.к. момент действует вдоль одной оси

Эксцентриситет равнодействующей, действующей относительно оси х, определяется по формуле:

Тогда:

условие выполняется

Определение расчетного сопротивления грунтов основания:

1. Для песков мелких по табл. 5.4. СП 22.13330.2016 коэффициент условия работы г_с1 = 1,3.

Для сооружений с жесткой конструктивной схемой при отношении длины к высоте L/H = 36 / 18 = 2 интерполяцией определяем г_с2 = 1,26.

Прочностные характеристики грунта определены непосредственными испытаниями > k = 1.

По табл. 5.5. СП 22.13330.2016 угол внутреннего трения ?_II = 30°; Мг = 1,15, Мq = 5,59, Mc = 7,95. Для b = 1,5 м < 10 м kz = 1

Для расчетного слоя (ИГЭ-2) г_II = гЧ_II = 20 кН/м3 , с_II = 0.

Приведенную глубину заложения фундаментов определяем по формуле:

Глубина подвала

Расчетное сопротивление грунтов оснований определим по формуле:

- коэффициенты условия работы,

- коэффициент, принимаемый равный единице, если прочностные характеристики грунта определены непосредственными испытаниями,

- коэффициенты, принимаемые по таблице 5.5, СП 22.13330.2011

- коэффициент, принимаемый равный единице при ,

- ширина подошвы фундамента, м,

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

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

- расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа,

- глубина заложения фундамента, м,

- глубина подвала, расстояние от уровня планировки до пола подвала, м,

- толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м,

- толщина конструкции пола подвала, м,

- расчетное значение удельного веса конструкции пола подвала, кН/м³,

кПа.

2. Проверяем условие: p + q < R

p - среднее значение давления под подошвой фундамента

q - равномерно распределенная нагрузка на пол. Для промышленных зданий принимается 20 кПа.

273,74 + 20 = 293,74 ? 556,8

Разница не должна превышать 20%

=

Принимаем фундамент индивидуального изготовления с меньшей площадью подошвы фундамента. Ширина подошвы b = 1,2 м, длина l = 1,2 м, высота фундамента 1,5 м



Объем фундамента:

Вес фундамента:

коэффициент надежности по нагрузке, равный 1,0

Вес грунта:

Среднее напряжение под подошвой фундамента определяется по формуле:

Расчетное сопротивление грунтов оснований определим по формуле:

кПа.

Проверяем условие: p + q < R

p - среднее значение давления под подошвой фундамента

q - равномерно распределенная нагрузка на пол. Для промышленных зданий принимается 20 кПа.

485,74 + 20 = 505,7 ? 545,454

Разница не должна превышать 20%

=

Расчет краевых напряжений:

Т.к. момент действует вдоль одной оси

Условия: ; p_max?1,2*R; p_min?0

Эксцентриситет равнодействующей, действующей относительно оси х, определяется по формуле:

Момент сопротивления подошвы фундамента:

W

условие выполняется

условие выполняется

условие выполняется



2.3 Проверка давления по слабому подстилающему слою

1. Выполнение данной проверки требуется, поскольку рабочий слой грунта основания (ИГЭ-2) с модулем деформации Е = 38 МПа подстилается более слабым грунтом ИГЭ-3 с модулем деформации Е = 30 МПа.

Глубина расположения слоя слабого грунта от подошвы фундамента z = 6,3 м.

Должно выполняться условие у_z = (у_zp - у_zy) у_zg ? R_z

у_z - суммарное напряжение;

у_zp, у_zy, у_zg - вертикальные напряжения в грунте на глубине z от подошвы фундамента до слабого подстилающего слоя, кПа;

R_z - расчетное сопротивление грунта пониженной прочности на глубину z от подошвы фундамента, для условного фундамента шириной b_z, кПа.

2. Находим напряжения в грунте на глубине z от подошвы фундамента от нагрузки на фундамент:

у_zp = б₁ ? p, кПа у_zp = 0,0217*485,7 = 10,54 кПа



Относительная глубина определяется как:

о = о =

по табл. 5.8 СП 22.13330.2016 для з = l/b = 1,2/1,2 = 1,0 интерполяцией определяем б₁ = 0,0217.

3. Находим напряжения в грунте на глубине z от подошвы фундамента от собственного веса грунта:

у_zg = г ' d_n + ? г_i*h_i, кПа у_zg = 20*3 + 20*1,3 + 10,87*5 = 140,35 кПа

Для расчета у_zg в пределах глубины z выделяем два слоя, поскольку присутствуют грунтовые воды:

1-й - выше уровня грунтовых вод, h₁ = 1,3 м, г_I = 20 кН/м3,

2-й - ниже уровня грунтовых вод, h₂ = 5,0 м, г_{II (гsbII)} = 10,87 кН/м3 , d_n = 3,0 м

4. Находим напряжения в грунте на глубине z от подошвы фундамента от собственного веса грунта, выбранного при отрывке котлована:

у_zy = б₂*у_zgo = б₂*г 'd_n, кПа у_zy = 0,069*20*2,6 = 3,588

о₂ = о₂ =

где В = 2,2 м - ширина котлована, з = L/B = 2,2 / 2,2 = 1,0, где L - длина котлована.

По табл. К.1 для з = 1,0 б₂ = 0,069.

Длину и ширину котлована назначаем условно на 1,0 м больше размеров подошвы фундамента.

Определяем площадь условного фундамента

A_z = , A_z =

Ширина условного фундамента

b_z = =

5. Определяем расчетное сопротивление грунта на глубине z от подошвы фундамента.

Для песка средней крупности по табл. 5.4. СП 22.13330.2016 принимаем минимальные значения коэффициентов г_с1=г_с2=1,4.

Прочностные характеристики грунта определены непосредственными испытаниями > k = 1.

Для ?_II = 34° > Мг = 1,55, Мq = 7,22, Mc = 9,22 по табл. 5.5.

Для b_z=7,915 м < 10 м kz = 1

Для подстилающего слоя (ИГЭ-3) принимаем с учетом взвешивающего действия воды г_II = 10,42 кН/м³

Для грунтов, расположенных выше (ИГЭ-2) г_II = 18,3 кН/м³

Приведенную глубину заложения фундаментов определяем по формуле:

Глубина подвала

Расчетное сопротивление грунтов оснований определим по формуле:

кПа.

2. Проверяем условие: у_z = (у_zp - у_zy) + у_zg ?

у_z = 10,54 - 3,588 + 140,35 = 147,3 ? 1535,52 кПа - условие выполняется

2.4 Расчёт осадок фундамента

1. Подготавливаем расчетную схему. Производим разбиение сжимаемой толщи на элементарные слои толщиной не более 0,4b = 0,4 · 1,2 = 0,48 м. Маркируем слои i = = 1…18. Определяем глубину заложения и высоту каждого слоя z_i и h_i

Определяем удельный вес г_II и модуль деформации E для каждого слоя.

Для слоев ниже уровня грунтовых вод удельный вес принимаем с учетом взвешивающего действия воды.

- для слоев 1-3: г_II = 20,1 кН/м³ , Е = 38 МПа;

- для слоев 4-17: г_II = г_sbII = 26,9 кН/м³ , Е = 38 МПа;

- для слоев 18: г_II = г_sbII = 26,4 кН/м³ , Е = 30 МПа.

Выносим полученную информацию на схему

2. Определяем напряжения под подошвой фундамента:

у_zp,0 = p = 485,7 кПа;

у_zg,0 = гЧdn = 20 · 3,0 = 60 кПа;

у_zг,0 = у_zg,0 = 60 кПа.



Рисунок 4 - Геологический разрез

3. Дальнейший расчет сводим в табл.

Для каждого значения z

- определяем о_i1 = 2z/b и по табл. К.1 определяем б_i1 для з = l/b = 1;

- для расчета у_zг, определяем б_i2 по табл. К.1, для значений: о_i2 = 2z/В, где В = 2,2 м - ширина котлована; з = L/B = 2,2 / 2,2 = 1,0, где L = 2,2 м - длина котлована;

- производим расчет напряжений у_zp, у_zg, у_zг: ,

у_zp,i = б_i1*p; у_zг,i = б_i1* у_zp,o

для расчета значения у_zg,i при известном значении для предыдущего слоя у_zg,i=1 пользуемся формулой:

у_zy,i = у_zg,i-1 + г_i h_i

- определяем величину 0,5у_zg и проводим проверку у_zp ? 0,5у_zg..

Условие у_zp ? 0,5у_zg выполнилось для 18-го слоя > расчет напряжений у_zp, у_zg, у_zг прекращаем.

4. Для слоев 1-18 рассчитываем средние напряжения у_zp и у_zг.

Определяем осадку каждого слоя. Простым суммированием полученных осадок для каждого слоя определяем общую осадку s = 1,067 см.

5. Предельное значение осадки, согласно прил. И, s_u = 20 см.

Проверяем условие: s ? s_u => s = 1,067 см s_u = 20 см > осадки не превышают предельных.

Таблица 2 - Расчёт осадки фундамента методом послойного суммирования

3. Проектирование свайного фундамента

3.1 Подбор типов и конструкции свай под внутреннюю колонну здания

1. Ростверк принимаем монолитный из плитной части высотой 0,6 м и подколонник высотой 0,6 м. Общая высота ростверка 1,2 м.

2. Отметку обреза ростверка принимаем равной отметке пола - 2,400, абсолютная - 204,6.

Абсолютная отметка подошвы ростверка 204,6 - 1,2 = 203,4 (FL).

3. Минимальная планировочная отметка 206,3 (DL). Глубина заложения подошвы ростверка 206,3 - 203,4 = 2,9 м > df = 0,91 м > конструктивных мероприятий по предотвращению действия сил морозного пучения не требуется.

4. Определяем длину сваи: минимальное расстояние от подошвы фундамента ИГЭ-2 до подошвы ИГЭ-3 203,4 - 197 = 6,7 м. Минимальная длина свай 3,0 м > сваи необходимо заглубить в ИГЭ-2.

ИГЭ-2 - песок мелкий, плотный водонасыщенный > сваи необходимо заглубить в ИГЭ-3.

ИГЭ-3 - песок средней крупности, средней плотности, водонасыщенный.

Абсолютные отметки кровли ИГЭ-3:

скв. 1: 206,3 - 10,3 = 196 > минимальная,

скв. 2: 206,5 - 10,3 = 196,2.

Абсолютная отметка острия сваи 196 - 1,0 = 195.

Расстояние от подошвы ростверка до острия сваи 203,4 - 195 = 8,4 м.

Величина заделки сваи в ростверк 0,05 м, максимальная длина выпусков 0,6 - 0,05 = 0,55 м (0,6 - высота плитной части ростверка).

Длина сваи 0,05 + 0,55 + 8,4 = 9 м > принимаем сваю длиной 10 м.

Корректируем отметку острия сваи 203,4 - 9 = 194,4.

Минимальная величина заделки в ИГЭ-3 196 - 194,4 = 1,6 м.

Анализ гидрогеологических условий:

1. Требуемая абсолютная отметка дна котлована при устройстве фундаментов:

свайный фундамент - 203,4.

2. Абсолютная отметка УГВ:

скв. 1, скв. 2: 202

3. Поскольку УГВ расположен на 1,4 м ниже дна вскрываемого котлована. Условия для производства работ нулевого цикла благоприятные.

Для свайного фундамента рекомендуется принять сваи длиной не менее 10 м с заглублением в ИГЭ-3 - песок средней крупности, средней плотности, водонасыщенный.

Условия для производства работ нулевого цикла благоприятные, т.к. УГВ не опережает заглубление котлована на 1-1,5 м.

Рисунок 5 - Схема к предварительному фундаменту под колонну



3.2 Определение несущей способности одиночной сваи по грунту

Определение несущей способности одиночной сваи по грунту.

Согласно предварительно выбранным размерам принята свая длиной 10 м. Сечение сваи примем 30Ч30 см. Таким образом, предварительная марка сваи С 100.30 (табл. Ж4)

Несущую способность сваи определим по формуле:

где - коэффициент условия работы сваи в грунте ,

- расчётное сопротивление под нижним концом сваи (СП 24.13330-2011 таблица 7.2),

- площадь опирания сваи на грунт, м²,

- наружный периметр поперечного сечения сваи, м,

- расчётное сопротивление по боковой поверхности сваи (СП 24.13330-2011 таблица 7.3),

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

- коэффициенты условия работы грунта сваи (СП 24.13330-2011 таблица 7.3).



Для выполнения расчета составляем расчетную схему

Околосвайный грунт разбиваем на слои толщиной не более 2,0 м с учетом границ ИГЭ и уровня грунтовых вод. Всего выделено пять слоев толщиной h_1-5. Вычисляем расстояния от отметки DL до середины слоев z_1-5.

Коэффициент условий работы сваи в грунте принимаем гc = 1.

Площадь опирания на грунт сваи А = 0,3Ч0,3 = 0,09 м².

Наружный периметр поперечного сечения сваи u = 0,3Ч4 = 1,2 м.

Расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи принимаем по табл. Л.1 для песка средней крупности z_t = 11,9 м > R = 4152 кПа.

Расчетное сопротивление каждого слоя грунта основания на боковой поверхности сваи принимаем по табл. Л.2 в зависимости от значений z_1-5.

1, 2, 3, 4 слой - песок мелкий; 5 - песок средней крупности.

Расчетное сопротивление по боковой поверхности f принимаем равным табличному значению: f₁ = 36,8 кПа, f₂ = 40,6 кПа, f₃ = 43,3 кПа, f₄ = 45,3 кПа, f₅ = 66,54 кПа.

Коэффициенты условий работы грунта принимаем по табл. Л.3 для способа погружения свай забивной и вдавливанием в предварительно прорубленные лидерные скважины с заглублением концов свай не менее 1м ниже забоя скважины г_cR = 1,0, г_cf = 0,6.

Выполняем расчет:

кН.

Определение расчетной нагрузки на сваю

Предельно допустимая нагрузка на сваю Pd определяется по формуле:

г = 1,15 при кустовом расположении свай;

г_k = 1,4, поскольку несущая способность сваи определена расчетом;

г_n = 1,15 для сооружений II уровня ответственности.

3.3 Определение требуемого количества свай в составе фундамента

Для фундамента колонны требуемое количество свай в кусте определяют по формуле:

Предварительно вес ростверка и грунта на его обрезах принимаем по формуле:

Глубина заложения низа ростверка dr = 2,9 м.

Условный диаметр сваи

d = = м.

г_mt = 20 кН/м3.

Вес свай С100.30 по табл. Ж.4 - 2,28 т, с коэффициентом надежности по нагрузке Gp = 2,28 ? 1,1 = 2,508 т = 25,08 кН.

Коэффициент k, учитывающий наличие момента в расчетном сечении:

Вычисляем количество свай:

Конструирование ростверка:

Расстояние от края ростверка до грани сваи с₀ = 0,1 м.

Сваи располагаем с шагом не менее 0,6 м.



Принятая схема расположения свай приведена на рис.

Проверка расчетной нагрузки, действующей на сваи в составе фундамента

Проверку расчетной нагрузки выполняем по формуле (ввиду наличия момента М_I):

Уточняем вес ростверка и грунта на его уступах с учетом коэффициента по надежности 1,1.

Объем ростверка 1,7*0,9*1 + 0,2*0,9*0,9 = 1,692 м³ .

G_R = 1,692 ? 2,0 ? 1,1 = 3,7224 т = 37,224 кН

Высота грунта на уступе 0,1 м, толщина полов 0,1 м.

G_g = (1,15*0,1*20,1 + 1,15*0,1*20)*1,1 = 5,073 кН

Выполняем проверку:

Условие выполняется.

Запас составляет ? 100 % = 12,44 %, что не превышает 15 %.

Расчет окончен.

3.4 Расчет осадки свайного фундамента под колонну

Для каждого инженерно-геологического элемента определяем следующие характеристики: коэффициент Пуассона н, модуль сдвига G.

Коэффициент Пуассона принимаем по табл. К.2:

н_ИГЭ-1 = 0,4, н_ИГЭ-2 = 0,3, н_ИГЭ-3 = 0,32.

Модуль сдвига находим по формуле:



Инженерно-геологические элементы в основании свайного фундамента заменяем двумя слоями:

I - околосвайный грунт высотой h = 9 м;

II - слой грунта под нижним концом сваи толщиной h/2 = 4,5 м.

Для каждого из слоев определяем значения G и н как средневзвешенные значения входящих в их состав инженерно-геологических элементов:



; G_II = ИГЭ - 3 = 11,4 МПа

Рис. 6. - Расчетная схема

Производим проверку возможности применения данной методики.

Проверяем условия:

h/d = 9/0,34 = 26,47 > 5 > условие выполняется,

d =

G₁h/ G₂d = 14,048*9/11,4*0,34 = 32,62 > 1 > условие выполняется.

Вычисляем коэффициенты k_н1 и k_н :

н =

k_н1 = 2,18 - 3,78 * 0,304 + 2,18 * 0,304² = 1,23,

k_н = 2,18 - 3,78 * 0,312 + 2,18 * 0,312² = 1,21.

Определяем модуль упругости бетона сваи:

Начальный модуль упругости принимаем по табл. К.3., для бетона класса В20 Е_b = 27500 Мпа.

Коэффициент ползучести бетона принимаем по табл. К.3., ц_b,cr = 2,8 в зависимости от среднемесячной относительной влажности воздуха в июле

ш = 40 - 75% (по табл. К.4. климатического района IIB)

Вычисляем модуль упругости бетона свай по формуле:

E_b,ф =

Находим относительную жесткость ствола сваи:

ч =



Определяем параметр, учитывающий увеличение осадки за счет сжатия ствола:

л =

Вычисляем коэффициенты:

в^' = 0,17 * ln

?' = 0,17 * ln

в = в =

Производим расчет нагрузки, действующей на сваю в кусте:

Выполняем маркировку свай

Расчет выполним для сваи №1

Нагрузку на сваи определяем по формуле:

N^*_I =

G_p = 25,08 кН, G_R = 37,224 кН, G_g = 5,073 кН

Определяем осадку сваи №1 как одиночной сваи:

s' = вs' 0,9734*

Определяем расстояние, на котором необходимо учесть влияние соседних свай:

?_ult = k_v , м

?_ult > 1,2 м > учитываем влияние от всех свай в кусте.

Вычисляем коэффициенты для свай № 2:

Расстояния до расчетной сваи (№ 1) ai принимаем согласно.

Определяем дополнительную осадку расчетной сваи от попадающих в зону влияния свай № 2:

Полная осадка расчетной сваи № 2^

S = S' + S_add = 0,324 + 0,0974 = 0,4214 см



Сравниваем полученную осадку с предельно допустимой:

Предельное значение осадки, согласно прил. И, su = 20 см.

Проверяем условие:

S = 0,4214 < 20 см > осадки не превышают предельных.

Выполним оценку полученной осадки методом послойного суммирования:

Определим размеры условного фундамента b и l по формулам:

b = b' + 2, м b = 1,2 + 2*0,6 = 2,4 м

l = l' + 2, м l = 0,9 + 2*0,45 = 1,8 м

? принимаем равное 1/2 от b? и l? (шага свай в продольном и поперечном направлениях).

Рис. 7. - Расчетная схема для определения осадки

Высоту фундамента от уровня пола подвала до острия свай принимаем равной 10,2 м.

- Определяем давление под подошвой условного фундамента по формуле, вес грунта в объеме условного фундамента не учитываем:

Определяем расчетное сопротивление грунтов основания:

Для песка средней крупности по табл. 5.4. СП 22.13330.2016 принимаем минимальные значения коэффициентов г_с1=1,4, для сооружений с жесткой конструктивной схемой при отношении длины к высоте L/H = 36/18 = 2 интерполяцией определяем г_с2=1,36

Прочностные характеристики грунта определены непосредственными испытаниями > k = 1.

Для ?_II = 34° > Мг = 1,55, Мq = 7,22, Mc = 9,22 по табл. Г.6.

Для b = 2,4 м < 10 м > kz = 1

Для расчетного слоя (ИГЭ-3) г_II = 26,4 кН/м³

Удельный вес грунта выше подошвы фундамента II г?_II находим осреднением удельных весов отдельных ИГЭ:

г?_II =

Приведенную глубину заложения фундаментов определяем по формуле:

Глубина подвала

кПа.

2. Проверяем условие: p + q ? R

Равномерно распределенная нагрузка на пол подвала для промышленных зданий по табл. Д.2 q = 20 кПа.

161,43 + 20 = 180,43 кПа ? 4143,87 кПа > условие выполняется.

- Расчет осадки:

Производим разбиение сжимаемой толщи на элементарные слои толщиной не более 0,4b = 0,4 · 2,4 = 0,96 м.

Маркируем слои i = 1…5. Определяем глубину заложения и высоту каждого слоя z_i и h_i.

Удельный вес г_II и модуль деформации для полученных слоев г_II = 26,4 кН/м3 , Е = 30 МПа.

- Определяем напряжения под подошвой фундамента:

у_zp,0 = p = 161,43 кПа; у_zg,0 = гЧ*dn = 25,09*11,7 = 293,55 кПа.

- Дальнейший расчет сводим в табл.

Для каждого значения z

- определяем о_i1 = 2z/b и по табл. К.1 определяем б_i1 для з = l/b = 1;

- для расчета у_zг, определяем б_i2 по табл. К.1, для значений: о_i2 = 2z/В, где В = 2,2 м - ширина котлована; з = L/B = 2,2 / 2,2 = 1,0, где L = 2,2 м - длина котлована;

- производим расчет напряжений у_zp, у_zg, у_zг: ,

у_zp,i = б_i1*p; у_zг,i = б_i1* у_zp,o

для расчета значения у_zg,i при известном значении для предыдущего слоя у_zg,i=1 пользуемся формулой:

у_zy,i = у_zg,i-1 + г_i h_i

- определяем величину 0,5у_zg и проводим проверку у_zp ? 0,5у_zg..

Условие у_zp ? 0,5у_zg выполнилось для 18-го слоя > расчет напряжений у_zp, у_zg, у_zг прекращаем.

4. Для слоев 1-5 рассчитываем средние напряжения у_zp и у_zг.

Определяем осадку каждого слоя:

Простым суммированием полученных осадок для каждого слоя определяем общую осадку s = 1,006 см.

5. Предельное значение осадки, согласно прил. И, s_u = 20 см.

Проверяем условие: s ? s_u => s = 1,006 см s_u = 20 см > осадки не превышают предельных.

Таблица 3 - Расчёт осадки оснований методом послойного суммирования

3.5 Выбор оборудования для погружения свай

Железобетонные сваи типа С100.30 в грунты средней плотности.

Расчетная нагрузка на сваю N = 421,23 кН.

Определим минимальную энергию удара, необходимую для погружения свай, по формуле:

E_h = 0,045*N, кДж E_h = 0,045*421,23 = 18,95 кДж

По техническим характеристикам табл. М.1 принимаем СП-75-A с массой ударной части 1,25 т (G = 12,5 кН), массой молота m₁ = 2,7 т, высотой падения ударной части Н = 2,3 м.

Расчетное значение энергии удара E_d для данного типа молота вычисляем по формуле:

E_d = 0,9*G*H, кДж E_d = 0,9*12,5*2,3 = 25,875 кДж

Для железобетонных свай при трубчатом дизель-молоте по табл. М.3 принимаем K = 0,6 т/кДж.

Вес сваи С100.30 составляет 2,28 т. Вес наголовника примем 0,2 т, вес подбабка m3 = 0,2 т.

Проверим условие:

Условие выполняется. Следовательно, принятый дизель-молот СП-75А обеспечивает погружение свай С100.30.

3.6 Определение проектного отказа сваи

Сваи С100.30. Несущая способность сваи F_d = 673,48 кН. Дизель-молот для погружения сваи СП-75А.

Расчет выполним по формуле:



Коэффициент по табл. М.4 з = 1500 кН/м².

Площадь, ограниченная наружным контуром сплошного или полого поперечного сечения ствола сваи, А = 0,3 · 0,3 = 0,09 м².

Расчетная энергия удара молота по табл. М.5

E_d = 0,9*G*H = 25,875 кДж; F_d = 673,48 кН; m₁ = 2,7 т; m₂ = 2,28 + 0,2 = 2,48 т; m₃ = 0,2 т; е² = 0,2.

4. Экономический расчет (технико-экономические сравнения вариантов фундаментов здания)

№	Обоснование	Наименование работ	ед. изм	сметная стоимость	варианты фундаментов
					ФМЗ	свайные фундаменты
					объем	стоимость	объем	стоимость
Раздел 1. Земляные работы
	Разработка котлована
1	ТЕР1-01-003-8	Разработка грунта в отвал экскаваторами “драглайн” или обратная лопата с ковшом вместимостью 0,65 (0,5-1) мі	1000 м3	2981,23	0,0216	64,4	0,153	456,1
Раздел 2. Фундаменты мелкого заложения
2	ТЕР6-01-001-05	Устройство железобетонных фундаментов	100 м3	66059,22	0,162	10700,16
3	ТЕР8-01-003-7	Гидроизоляция боковая обмазочная битумная в 2 слоя по выровненной поверхности бетона	100м2	1817,6	0,00863	157
Раздел 3. Фундаменты свайные
4	ТЕР 5-01-002-04	Погружение дизель-молотом железобетон ных свай длиной до 12 м	1 м3 сваи	682,04			18	12276,72
5	СЦМ-441-3001-1101	Сваи забивные, ж/б, с ненапрягаемой продольной арматурой С100-30	шт	1091,9			2	2183,8
6	ТЕР06-01-001-05	Устройство железобетонных фундаментов-ростверков	100 м3	66059,22			0,1692	1177,2
		Итого:				10921,4		16693,82

Определение объема котлована:

Размеры котлована определяются исходя из полученных размеров подошвы и глубины заложения фундамента (ростверка). Размеры дна котлована фундамента промежуточной опоры моста в плане определяются размерами подошвы фундамента и минимальной шириной зазора между фундаментом и стенкой котлована, позволяющей выполнять работы в котловане (принимаем 1 м). Размеры котлована поверху складываются из размеров дна котлована и ширины откосов или конструкций крепления его стенок. Глубина котлована определяется отметкой заложения фундамента и дополнительного устройства (песчаной подушки, пластового дренажа и т.п.).

Формула определения объема котлована

V_K =H_k[ab + (a + c)(b ₊ d)+cd] / 6

где Н_к -- глубина разработки котлована, м; а и b -- длина и ширина котлована понизу, м; c u d - длина и ширина котлована по верху, м.

Для ФМЗ:

a = 1,2 м; b = 1,2 м

V_K =1,2?1,2?1,5= 2,16 мі

Для свайного фундамента

a = 1,7 м; b = 0,9 м

V_K =1,7?0,9?10=15,3 мі

Определение объемов фундаментов:

Объемы фундамента мелкого заложения, ростверка и свай определяются как объёмы геометрических тел по геометрическим размерам конструкций.

ФМЗ V= 1,62 мі

Свайный фундамент

Объем ростверка V= 1,692 мі

Объем свай V= 1,8 мі

Вывод

Проведя технико-экономическое сравнение выбираем фундамент мелкого заложения, так как он является наиболее экономически выгодным.



Заключение

В данной работе были произведены расчёты:

· определение физико-механических свойств грунтов;

· глубина заложения фундамента;

· определение размеров подошвы фундамента;

· конструирование фундамента;

· осадка фундамента мелкого заложения;

· определение несущей способности свай;

· определение количества свай ростверка;

· конструирование ростверка и размещение свай в плане;

· проверка устойчивости и надежности по I группе предельных состояний;

· осадка свайных фундаментов.

Приобретен опыт решения задач по дисциплине «Основания и фундаменты сооружений», на основе полученных знаний; появилось конкретное представление об области применимости тех или иных положений и методов расчета оснований и фундаментов сооружений, знание основных понятий и определений, а также владение технической терминологией.

Размещено на Allbest.ru