Расчетные характеристики свайного фундамента

Размещено на http://allbest.ru

Содержание

1. Оценка инженерно-геологических условий строительной площадки

2. Расчет основания для отдельно стоящего фундамента мелкого заложения

3. Расчет и проектирование свайного фундамента под колонну

Литература



1. Оценка инженерно-геологических условий строительной площадки

При проектировании оснований и фундаментов надежность, устойчивость, экономичность и эксплуатационная пригодность возводимых объектов обеспечиваются введением различных расчетных коэффициентов, позволяющих учесть инженерно-геологические условия строительной площадки, специфику действующих нагрузок и особенности конструктивных схем зданий. Слой №1: Растительный слой, R0 не нормируется; Слой №2: Данный слой представлен суглинком пылеватым;

;

,

грунт является суглинком пылеватым.

Консистенцию грунта определяем по индексу текучести:

;

Чтобы определить расчётное сопротивление R0, найдём значение коэффициента пористости е:

;

e / L	L = 0	L =0,58	L = 1
e1 = 0,7	250		180
e1 = 0,75	238	196,2	162,4
e2 = 0,1	200		100



Слой №3 : Данный слой представлен глинистым грунтом;

;

,

т.к. число текучести Ip>17, грунт является глиной.

Консистенцию грунта определяем по индексу текучести:

;

,

Вывод: глина мягкопластичная.

Чтобы определить расчётное сопротивление R0, найдём значение коэффициента пористости е:

;

,

e / L	L = 0	L = 1	L = 0,68
e1 = 0,8	300	200
e1 = 0,83	294,6	195,3	232 ,54
e2 = 1,1	250	100

Слой №4:

Данный слой представлен суглинком пылеватым;



;

,

грунт является суглинком пылеватым.

Консистенцию грунта определяем по индексу текучести:

;

,

Вывод: суглинок пылеватый.

Чтобы определить расчётное сопротивление R0, найдём значение коэффициента пористости е:

;

e / L	L = 0	L =0,58	L = 1
e1 = 0,7	250		180
e1 = 0,75	238	196,2	162,4
e2 = 0,1	200		100

По результатам анализа геологических условий, а также вычисленных физико-механических характеристик грунтов делаем заключение о строительной площадке.



2. Расчет основания для отдельно стоящего фундамента мелкого заложения

Исходные данные: N_0II=790кH, M_0II=126кН, под железобетонную колонну сечением 510Ч510. Расчет производится для г. Пермь.

Назначение глубины заложения фундамента:

;

где: =0,4; - коэффициент теплового режима в здании, определяемый по табл. 1 [3];

- нормативная глубина промерзания, определяемая по карте СНиП 2.01.01 - 82 «Строительная климатология и геофизика»: для г. Пермь =137 см (по карте для глинистых грунтов);

Расчетная глубина промерзания: м;

Определяем глубину заложения фундамента по конструктивному фактору:

d=2,2+0,15+1,5=3,85м;

Принимаем d=3,85м.

Расчет и выбор предварительных основных размеров фундамента.

Определяем ориентировочную площадь подошвы фундамента:

м²;

где: г_m - осредненное значение удельного веса грунта;

Отношение длины фундаментной плиты к ширине принимаем:



Рис. 1. Конструкция фундамента под колонну

Ширина фундаментной плиты:

м;

l =1,5·2,0=3,0 м;

Принимаем b = 2,0 м. Принимаем l = 3,0 м. Определим расчетное сопротивление грунта основания:

Эксцентриситет, создаваемый моментом:



м;

0,03·0,5 = 0,015м < е = 0,159м; - данный фундамент необходимо рассчитывать как внецентренно нагруженный.

Проверка основного условия второй группы предельных состояний:

Вес фундамента под колонну:

G_f=(2,4Ч3,9Ч0,3+2,0Ч2,7Ч0,3+1,6Ч1,8Ч0,3+1,3Ч1,2Ч0,6)Ч24 = 217,2кН;

Вес грунта на обрезах фундамента:

G_g = (2,4Ч3,9Ч1,5-14,786)Ч20+(3,85Ч2,4Ч3,9 (2.4Ч3,9Ч1,5 +((2,2Ч6Ч3,9)/ 2))) Ч20 =762,14кН;

Найдем max и min краевые давления под подошвой фундамента при внецентренном нагружении:

P_max = 114,12 кПа < 1,2·R = 213,534 кПа; - условие выполнено.

P_min = 98,72 кПа > 0; - условие выполнено.

кПа;

- условие выполнено, конструкция фундамента подобрана верно.

Вычисляем вертикальные напряжения от действия собственного веса грунта



:

а) Вычисление ординат эпюры природного давления уzg,i;

Эпюра природного давления на отметке DL принимается равной нулю.

- на границе I и II слоёв:

- на отметке песчаной подушки подошвы фундамента:

-на границе песчаной подушки и III слоя :

- на границе III и IV слоёв:

- на границе IV и V слоёв:



б) Вычисление ординат вспомогательной эпюры 0.2 уzg,i:

уzg	22,4	28,9	43,9	77	114	161	201
0.2уzg,i			8,78	15,4	22,8	32,2	40,2

в) Вычисление ординат эпюры дополнительного давления уzр,i:

Сначала вычисляется верхняя ордината эпюры уzр,0 непосредственно под подошвой фундамента при z=0:

Затем вычисляем другие ординаты эпюры по формуле:

,

для различных глубин z1 откладываемых от подошвы фундамента

;b=2.8 м.

						Слои основания
0.0 0.4 0.8 1,07 1.2	0.00 0.56 1,12 1,50 1,68	1.000 0.977 0.881 0,795 0.755	120,4 117,63 106,07 95,71 91	0.56 0.56 0.38 0.18 0.56 0.56 0.56 0.56 0.56 0.56 0.46 0.10 0.56 0.56 0.56 0.56 0.56 0.50 0.06 0.56 0.56 0.56 0,56 0,56 1,14 1,18	8.78	Песчаная подушка
1.6 2.0 2.4 2.8 3.2 3.6 3,9	2,24 2,8 3,36 3,92 4,48 5,04 5,50	0.642 0.550 0.477 0.420 0.374 0.337 0,315	77,3 66,22 57,43 50,57 45 40,57 38		15,4	III слой - глина туго-пластичная
4.0 4.4 4.8 5.2 5.6 6.0 6,3	5,6 6,16 6,72 7,28 7,84 8,4 8,90	0.306 0.280 0.258 0.239 0.223 0.208 0,198	36,84 33,71 31 28,78 26,85 25 23,8		22,8	IV слой - песок средней крупности
6.4 6.8 7.2 7.6 8.0 8.4 9,2	8,96 9,52 10,08 10,64 11,2 11,76 12,90	0.196 0.185 0.175 0.166 0.158 0.150 0,133	23,6 22,3 21 20 19 18,06 16		32,2 - 40,2	V слой -суглинок твердый

Суммарная осадка S=0.44+0.7+0.4+0.17=1.71<S_ПРЕД=10 см.

Поэтому условие расчета по 2-му предельному состоянию можно считать выполненным.

3. Расчет и проектирование свайного фундамента под колонну

Исходные данные: N_0II=790кH, M_0II=126кН, под железобетонную колонну сечением 510Ч510. Расчет производится для г. Пермь.

Назначение глубины заложения фундамента.

Назначение глубины заложения фундамента начинают с выбора несущего слоя грунта, который совместно с подстилающими слоями обеспечивает равномерное развитие осадки, не превышающее предельно допустимых значений.

Определяем расчетную глубину заложения фундамента, учитывая геологические условия:

;



где: =0,4; - коэффициент теплового режима в здании, определяемый по табл. 1 [3];

- нормативная глубина промерзания, определяемая по карте СНиП 2.01.01 - 82 «Строительная климатология и геофизика»: для г. Пермь =137 см (по карте для глинистых грунтов);

Расчетная глубина промерзания: м;

Определяем глубину заложения ростверка по конструктивному фактору:

d=2,2+0,15+1,5=3,85м;

Принимаем глубину заложения ростверка d=3,85м. Проектируем свайный фундамент из ж/б свай квадратного сплошного сечения марки С-4,0-30 длиной 4м, с размером стороны поперечного сечения b=0,3м, m_св=4•270=1080кг (где: 270 - масса 1м сваи).

Рис. 2. Схема ростверка

Определение глубины заложения подошвы ростверка:

d_р= d_b+h_ef+h_р

d_b - глубина подвала - расстояние от уровня планировки до пола подвала, м; h_р - высота ростверка

h_{р min}=a_k+t+20см



t- глубина заделки свай в ростверк, м: t=0,05м

a_k- больший размер колонны в плане, a_k=0,6м

h_{р min} = 0,6+0,05+0,2 = 0,85м

h_ef - толщина пола подвала, h_ef = 0,2м

d_р = 2,7+0,2+0,85 = 4,05м

d_р = 4,05м > d_f = 1,2м - условие выполняется.

Выбор типа, марки и длины сваи:

Марка сваи С6-30 (ГОСТ 19804.1-79). Бетон В25; R_b=14,5Мпа. Продольная арматура 414 А-III; R_s=340Мпа, А_s=6,16см². Поперечное сечение сваи 0,3х0,3м, длина 4 м, острие - 0,3 м.

Свая погружается с помощью забивки дизель-молотом.

Определение расчетной нагрузки на сваю:

По грунту:

P = _c· (_cR·R·A + u У_cf·f_i·h_i)

_c - коэффициент условий работы сваи в грунте, _c =1

А - площадь опирания сваи на грунт ,м²

h_i - толщина i-го слоя грунта

_cR, _cf -коэффициенты условий работы грунта, соприкасающегося с

боковой поверхностью, м

R, f_i- расчетные сопротивления грунта под нижним концом сваи и i-го

слоя грунта по боковой поверхности сваи определяемые по

таблицам, кПа.

u - наружный периметр поперечного сечения сваи, м

Разбивку грунта делаем на элементарные слои толщиной 1м.

zi, м	fi,кПа	гcf	hi,м
4,05	38	1	1
5,05	40	1	1
6,05	42	1	1
7,05	43	1	1
8,05	19	1	1
9,05	19	1	1

Р = 1·(1·2500·0,09 + 1,2·(1•38·1 + 1•40·1 + 1•42·1 + 1•43·1 + 1•19·1 + 1•19·1 )) = 466,2 кПа

По материалу:

Р = ц·г_с(R_b·A + R_sc·А_sґ) = 1·1(14500·0,09 + 340000·0,000616) = 1514 кПа.

В дальнейших расчетах используем меньшее значение расчетной нагрузки, а именно по грунту Р = 466,2 кПа.

Расчетная нагрузка, допускаемая на сваю:

.

Условное давление под подошвой ростверка

_р = р/(3·d_c)² = 466,2/(3·0,3)² = 575,6кН/м²

Условная площадь подошвы ростверка

А_р = N₀₁/(_p - _cp·d_p·_f) = 2800/(575,6-21,5·4,05·1,1) = 1,06м²

Приближенный вес ростверка и грунта на его уступах:

N_p1=_f·A_p·d_p·_ср=1,1·1,06·4,05·21,5=101,5кН



Количество свай в ростверке:

n = (N₀₁₁+N_p1)/N_u = (2800+101,5)/333,0 = 1,8 = 2 шт.

Размещаем сваи с расстоянием между осями не меньше 3d = 3·0,3 = 0,9м. По конструктивным соображениям, расстояние между сваями по углам прямоугольника 0,9м х 0,3м.

Размер ростверка в плане с учетом свесов 1,8м х 1,2м.

Фактическое давление на сваю:

Вес сваи:

N_СII=0,3•0,3•4•21,5=6,912 кН

Вес ростверка:

= 21,5•1,2•1,8•0,3=13,9 кН.

Вес грунта, располагающегося на ростверке:

= 1,15•1,8•3,05•18,2=114,2кН.

Расчетные значения указанных выше внешних нагрузок для первой группы предельных состояний (коэффициент надежности по нагрузке =1,1):

=1,1•13,9=15,3 кН; N_СII=1,1•6,912=7,6 кН ;N₀₁=1,1•510=561,0 кН; N_G11=1,1•114,2=125,62 кН.

Нагрузка, приходящаяся на одну сваю:

Условие выполняется, следовательно, фундамент запроектирован правильно.

Расчет ростверка на продавливание колонной:

N= (₁· (b_c+c₂)+₂· (d_c+c₁)) ·h₁·R_bt,



где N - расчетная продавливающая сила, равная сумме реакций всех свай, расположенных за пределами нижнего основания пирамиды продавливания.

Расчет ростверка на поперечную силу:

При расчете на действие поперечной силы должно удовлетворяться условие:

Q ? m·R_b·b·h₀

где Q = N_i - сумма реакций всех свай, находящихся за пределами наклонного сечения.

Расчеты на продавливание колонной и на поперечную силу проводить не требуется, т.к. сваи находятся внутри пирамиды продавливания.

Расчет ростверка на местное сжатие:

Должно удовлетворятся условие:

N₀₁ = 1,5•R_пр•A_к

R_пр = 14,5МПа

А_к = 0,6•0,4 = 0,24м² - площадь сечения колонны

N₀₁ = 561,0кПа 1,5•14500•0,24 = 5220кПа

Расчет осадок свайного фундамента:

Представим свайный фундамент в виде условного фундамента на естественном основании.

Средневзвешенное расчетное значение угла внутреннего трения грунтов, находящихся в пределах длины сваи:

ц_{ср 11}=Уц_{i 11}·l_i/Уl_i



ц_i11 - расчетные значения углов внутреннего трения для слоев

l_i -толщина слоя

ц_{ср 11} = (24·4+17•2)/6 = 21,7є

Проведем наклонные плоскости под углом б= ц_{ср 11}/4=21,7/4=5,4є от точек пересечения наружных граней свай с подошвой ростверка до плоскости (горизонтальной), проходящей через нижний конец сваи. Находим очертание условного фундамента, который включает в себя грунт, сваи и ростверк.

Размеры подошвы условного фундамента:

b_y = b+2l·tg(ц_{ср 11}/4) = 1,8+2·4· tg 5,4° = 2,5м

а_y = а+2l·tg(ц_{ср 11}/4) = 1,2+2·4· tg 5,4° = 1,9м

А_у = b_y· а_y = 4,75м²

Проверим условие:

Р_{ср II} = (N_0II+ N_свII+ N_росII+ N_грII)/А_у = R

N_0II - расчетная вертикальная нагрузка по обрезу фундамента

N_свII, N_росII, N_грII - вес свай, ростверка, грунта в пределах условного фундамента, кН

R - расчетное сопротивление грунта на уровне подошвы условного фундамента

Р_{ср II} = (2800+6,916+13,9+114,2)/4,75 = 135,8кПа < R = 444,4кПа

R = 1,2·1(0,61·1·2,5·11+3,44·1,9·17+(3,44-1)·3,35·17+6,04·10)/1,1 = 444,4кПа

Условие удовлетворяется

Для расчета осадки условного фундамента определим дополнительное давление



p₀ = Р_{ср II} - у_{zg 0}

21,5·4+18,5·2 = 123,0 кПа

p₀ = 135,8 - 123,0 = 12,8кПа

Величины, используемые при расчете осадок фундаментов по методу послойного суммирования.

Грунт	№ точки	z, см	уzg	з=l/b	о=2z/b	б	уzp= б·Р0	Еi кПа
Глина	1	0	123,0	1,5	0	1,0	12,8	3500
	2	0,5	133,8		0,4	0,949	12,1
	3	1,0	144,5		0,8	0,756	9,7
	4	1,5	155,3		1,2	0,547	7,0
	5	2,0	166,0		1,6	0,390	5,0
	6	2,5	176,8		2,0	0,285	3,6
	7	3,0	187,5		2,4	0,214	2,7
Суглинок	8	3,5	196,8		2,8	0,165	2,1	18000
	9	4,0	206,0		3,2	0,130	1,7
	10	4,5	215,3		3,6	0,106	1,4
	11	5,0	224,5		4,0	0,087	1,1

S=0,8[(12,8+12,1)·0,5/2·18000+(12,1+9,7)·0,5/2·18000+(9,7+7,0)·0,5/2·18000 + (7,0 + 5,0)·0,5/2·18000 + (5,0+3,6)·0,5/2·18000 + (3,6+2,7)·0,5/2·18000 + (2,7+2,1)·0,5/2·18000+(2,1+1,7)·0,5/2·18000+(1,7+1,4)·0,5/2·10000+(1,4+1,1)·0,5/2·18000] = 0,001м = 0,1см

Сравним предельную осадку с максимальной:

S = 0,1см < S_u = 12см

Условие удовлетворяется.



Литература

строительный свайный фундамент колонна

1. СНиП 2.01.07-85 Нагрузки и воздействия

2. ГОСТ 25100-95 Грунты

3. СНиП 2.01.01-83 Основания зданий и сооружений

4. Берлинов М.В Основания и фундаменты: Учеб. для строит. спец. вузов. - 2-е изд., перераб. и доп.- М.:Высш.шк., 1998

5. Далматов Б.И. Механика грунтов, основания и фундаменты: Учебник для вузов. - М.:Стройиздат, 1981

Размещено на Allbest.ru