Расчет фундаментов на грунтах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Контрольная работа



Задача 1

Показатели	Обозначение	Характеристики по грунту	Формула для расчета
1	2	3	4
Уровень грунтовых вод	Wl, м	-1,8	Из задания
Удельный вес частиц грунта	гS, кН/м3	27,6	Из задания
Удельный вес грунта	г, кН/м3	18,8	Из задания
Влажность грунта	w, доли единицы	0,14	Из задания
Удельный вес скелета грунта	гd, кН/м3	16,5
Коэффициент пористости	е	0,67
Удельный вес во взвешенном состоянии, гw=10 кН/м3	гsb, кН/м3	10,54
Степень влажности	Sr, доли единицы	0,94
Граница раскатывания	WP, доли единицы	0,10	Из задания
Граница текучести	WL, доли единицы	0,22	Из задания
Число пластичности	Ip, доли единицы	0,12
Показатель текучести	IL, доли единицы	0,33
Наименование грунтов глинистых по Ip, IL	Суглинок тугопластичный. Грунт тяжелый песчанистый. Грунт насыщен водой.

Нормативная глубина промерзания грунта:

где Мt - коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе;

d0 - глубина промерзания, зависящая от вида грунта, для суглинка 0,23м

Мt=14+11+6+1+5+9=46

Расчетная глубина сезонного промерзания грунта:

где Кh - коэффициент, учитывающий влияние теплового режима здания на глубину промерзания грунта у фундаментов стен и колонн.

Назначаем минимально допустимую глубину заложения фундамента dmin. Так как dw=1,8? (df=1,56)+2, то принимаем dmin? df. Таким образом назначаем глубину заложения фундамента 1,6м.

Задача 2

NII=5МН.

МII=1,5МН/м.

d=3,5м.

Площадь подошвы нагруженного фундамента:



где NII - расчетная нагрузка, приложенная к обрезу фундамента, кН;

R0 - расчетное сопротивление грунта основания, кПа;

гср - средний удельный вес грунта и материала кладки фундамента,

кН/м, принимаемый равным 20 кН/м3;

d- глубина заложения фундамента от планировочной отметки, м.

Примем R0=260кПа.

Расчетное сопротивление грунта основания:

где гС1=1,2 и гС2 =1,1- коэффициенты условий работы;

к - коэффициент надежности по грунту, равный 1;

Мг=0,61, Мq=3,44, МC=6,04 - коэффициенты, зависящие от угла внутреннего трения ц=22;

кz - равен 1 при b < 10 м;

b - ширина подошвы фундамента, м;

гII - осредненное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента на глубину 0,5b, кН/м3;

г/II - то же, залегающих выше подошвы в пределах глубины d;

СII=28кПа - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа;

d - глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала;

db - глубина подвала.

Осредненное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы в пределах глубины d:

.

Уточняем размеры фундамента:

.

из условия l/b=2, тогда .

Т.к. b отличается от раннее принятого не больше чем на 5%, то R0 не пересчитываем.

Принимаем R0=348кПа, b=3,0 м, l=6,0м.

Проверяем выполнения условий:

Вес фундамента и грунта на уступах:



Условие не выполняется. Увеличим подошву фундаменты b=3,3 м, l=6,6м.

Условия выпоняются. Принимаем R0=348кПа, b=3,3 м, l=6,6м.

Задача 3

Верхний слой 1,2м - слабый грунт.

а) свая - стойка. Ш35, труда д=10

б) забивная висячая свая. глубина забивки 15м. песок пылеватый ц=20, пылевато глинистый Il=0.2. Мощность слоя 8-9м.

в) набивная свая с инвентарной трубой Ш=0,6м. Длина 14м. Полностью погружена в грунт.

г) свая оболочка.

Сопротивление материалов

- бетон на сжатие Rбс=12МПа

- арматура на сжатие Rа=250МПа

- сталь на сжатие Rс=200МПа

- дерево на сжатие Rд=16МПа

а) Для сваи стойки несущая способность определяется по несущей способности самого материала сваи.



гс=1 - коэффициент работы сваи;

ц=0,7

Площадь сваи А=р(d/2-д)2=3.14(0.35/2-0,01)2=0.085м2.

- несущая способность сваи.

б) Для забивной висячей сваи несущую способность определяем по формуле

с = 1 - коэффициент условий работ;

сf , cR - коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления грунта, (сf = 1, cR = 1);

R - расчетное сопротивление грунта под пятой сваи, зависит от глубины погружения сваи (R = 5600кПа);

А - площадь поперечного сечения сваи (А = 0.085м2);

u - наружный периметр сваи (u = рd = 3,14*0,35=1,1м);

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

hi - толщина i-го слоя грунта.

- несущая способность сваи.



Окончательную несущую способность нужно рассматривать по прочности грунта основания:

Fd=F/k=1154/1.4=824кН.

k=1,4 - коэффициент надежности.

в) Для набивной сваи несущая способность определяется аналогичным образом.

	hi, м	Z,м	fi, кПа	с	с fi hi
	2	2,2	21	1	42
	2	4,2	27	1	54
	2	6,2	31	1	62
	2	8,2	33	1	66
	2	10,2	65	1	130
	2	12,2	68	1	136
	1,8	14,1	70	1	126

с = 1 - коэффициент условий работ;

сf , cR - коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления грунта, (сf = 1, cR = 1); подошва фундамент ростверк просадочный

R - расчетное сопротивление грунта под пятой сваи, зависит от глубины погружения сваи (R = 5400кПа);

А - площадь поперечного сечения сваи (А = р(d/2)2=0.255м2);

u - наружный периметр сваи (u = рd = 3,14*0,6=1,9м);

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

hi - толщина i-го слоя грунта.

	hi, м	Z,м	fi, кПа	с	с fi hi
	2	2,2	21	1	42
	2	4,2	27	1	54
	2	6,2	31	1	62
	2	8,2	33	1	66
	2	10,2	65	1	130
	2	12,2	68	1	136
	0,8	13,6	69	1	55,2

- несущая способность сваи.

Окончательную несущую способность нужно рассматривать по прочности грунта основания:

Fd=F/k=2273/1.4=1624кН.

k=1,4 - коэффициент надежности.

г) Для сваи - оболочки несущая способность определяется:

с = 1 - коэффициент условий работ;

R - расчетное сопротивление грунта под пятой сваи, зависит от глубины погружения сваи (R = 5400кПа);

А - площадь поперечного сечения сваи (А = р(d/2)2=0.255м2).



Задача 4

Нагрузка на обрез фундамента N=15МН.

Нормативная несущая способность сваи F=1154кН.

Расчетная несущая способность сваи Fd=824кН.

Определяем условное среднее давление под основание ростверка:

Площадь подошвы ростверка:

f =1.1 - коэфициент надежности по нагрузки;

m = 20-22кН/м2 - при бесподвальном ростверке;

d0 = 1м - глубина заложения ростверка.

Вес плиты ростверка:

Число свай:

Ю=1-коэффициент учитывающий действие момента.

Принимаем 20свай. Размер ростверка 4,4х4,75м. А=20,9м2.



рис.1 Конструкция ростверка

Задача 5

Свая забивная Ш35 из трубы д=10, длиной 12м.

Площадь сваи

А=р(d/2-д)2=3.14(0.35/2-0,01)2=0.085м2.

Между весом молота и сваи выдерживается отношение:

G - вес падающей части молота.

m2-вес сваи и оголовника

m=1.1*0.085*12*22=24.7кН

Примем вес оголовника 1кН, тогда

m2=24,7+1=25,7кН.

Вес падающей части молота

G=25,7*1,25=32,1кН.

Принимаем гидромолот "Юнт-тан" ННК-5А. G=50кН.

Расчетный отказ:

Ю=-коэффициент зависящий от материала сваи;

А=0,085м2 - площадь сваи.

Ed=60кН*м - энергия удара молота;

m1=96кН- полный вес молота;

m2=25,7кН - вес сваи и оголовка;

m3=1кН - вес подбабки;

е - востановления удара молота. е2=0,2;

М=1 - коэффициент зависящий от погружения сваи.

Расчетный отказ оказался слишком мал, и добится его фиксации на стройплощадке будет невозможно.

Задача 6

Конструкции фундаментов на просадочных, набухающих и сильносжимаемых грунтах. Основанием называют толщу грунтов, на которых возводится сооружение и в которых возникают напряжения и деформации от передаваемых на них нагрузок.

Сильносжимаемые, просадочные и набухающие грунты, которые иногда называют «слабыми грунтами», относятся к категории грунтов с неустойчивой структурой, которая может существенно изменяться под влиянием внешних факторов как в период постройки сооружений, так и во время их эксплуатации.

Фундаменты на просадочных грунтах

При возможности замачивания грунтов и развития недопустимых просадок следует предусматривать одно из мероприятий:

а) устранение просадочных свойств грунтов в пределах всей просадочной толщи;

б) прорезку просадочной толщи глубокими фундаментами; в) осуществление комплекса мер, включающего подготовку оснований, частичное устранение просадочных свойств грунтов, водозащитные и конструктивные мероприятия.

Выбор указанных мероприятий должен производиться с учетом типа грунтовых условий, вида возможного замачивания, расчетной просадки, конструктивных особенностей сооружений, взаимосвязи проектируемых сооружений с соседними объектами и коммуникациями.

В грунтовых условиях I типа устранение просадочных свойств грунтов допускается выполнять только в пределах верхней части зоны просадки, но не менее 2/3 ее высоты, если конструкции сооружения рассчитаны на возможные деформации основания, а просадки и их неравномерность не превышают 50% предельных деформаций, допустимых для данного сооружения. Устранение влияния просадочности в этих грунтовых условиях возможно следующими способами: снижением давления по подошве фундаментов малоэтажных зданий до величины, при которой в основании на всех глубинах напряжение меньше начального проса-дочного давления; уплотнением грунта тяжелыми трамбовками, массу которых подбирают в зависимости от мощности просадоч-ной толщи в пределах 5...10 т и более (рис. 1 а); устройством фунтовых подушек или путем сочетания уплотнения нижней зоны просадочной толщи с уплотненной грунтовой подушкой в верхней зоне (рис. 1, б); устройством набивных или забивных фундаментов в вытрамбованных котлованах, а также изготовлением коротких набивных свай или забивкой пирамидальных свай (рис. 1 в); прорезкой просадочной толщи сваями и передачей нагрузки на подстилающие грунты (рис. 1 г).

В грунтовых условиях II типа возможны следующие варианты устройства фундаментов: прорезка просадочной толщи сваями различного типа или глубокими фундаментами (рис. 2 а); закрепление грунтов химическими или термическими способами (рис. 2, б); уплотнение грунтов предварительным замачиванием в сочетании с глубинными взрывами и уплотнение тяжелыми трамбовками (рис. 2 в); уплотнение грунтов грунтовыми сваями (рис. 2 г).

Рис. 1 Различные варианты устройства оснований и фундаментов в грунтовых условиях I типа просадочности:

1- уплотненный грунт; 2 - просадочный грунт: 3 - непросадочный грунт: 4 - нижняя граница просадочного грунта; 5 - грунтовая подушка, уплотненная послойно: 6 - сваи; 7 - набивной или забивной фундамент, пирамидальная короткая свая; 8 - щебень, втрамбованный в грунт

Рис. 2 Различные варианты устройства оснований и фундаментов в грунтовых условиях при II типе просадочности:

1- просадочный грнт: 2-непросадочный грунт: 3 - закрепленный грунт; 4 - зона уплотнения грунта; 5 - грунтовые сваи: 6 - сваи: 7 - уплотненный грунт: 8 - грунт уплотненный тяжелыми трамбовками.

Лучшими решениями являются сохранение природного рельефа местности и дернового покрова, а также эффективная система водостоков и других водозащитных мероприятий.

После уплотнения или закрепления просадочной толщи грунтов определяют показатели их физико-механических свойств, необходимые для расчета фундаментов.

Фундаменты на набухающих грунтах

Особенности проектирования оснований сооружений, возводимых на набухающих грунтах, заключаются в учете специфических свойств таких грунтов, обусловленных способностью при повышении влажности увеличиваться в объеме, т.е. набухать. При последующем понижении влажности у набухающих грунтов происходит обратный процесс - усадка.

Основными характеристиками физико-механических свойств набухающих грунтов для проектирования оснований и фундаментов являются относительное набухание ел„ и его зависимость от величины давления на грунт;

давление набухания рт, соответствующее давлению при замачивании грунта в замкнутом объеме, т. е. при отсутствии деформаций;

влажность набухания wsn, за которую принимается влажность грунта после его набухания в условиях, исключающих возможность бокового расширения при отсутствии нагрузки и при обжатии заданным давлением рт; относительная усадка грунта е;

горизонтальное давление набухания Р.

Расчетной характеристикой основания является глубина зоны набухания Нw (рис. 3), нижняя граница которой принимается:

а) при инфильтрации влаги - на глубине, где суммарное вертикальное напряжение у, равно давлению набухания рsw;

рис.3 Схема к расчету подъема основания при набухании

б) при экранировании поверхности и изменении водно-теплового режима - по результатам экспериментов (при отсутствии таких данных принимают Нw=5м);

в) при наличии подземных вод нижняя граница зоны набухания - на 3 м выше начального уровня подземных вод, но не ниже установленного по указаниям пункта «а».

Фундамены на сильносжимаемых грунтах

1) устройство железобетонных поясов в стенах или фундаментах. Эти пояса должны воспринимать изгибающие моменты, действующие на здание при его прогибе или перегибе вследствие неравномерной осадки основания. При таком расчете необходимо знать неравномерность осадок, чтобы выявить перераспределение контактных давлений, которое вызывает действие изгибающих моментов. Для определения неравномерности осадок нужны подробные данные по инженерно-геологическим изысканиям, которые дают возможность вычислить осадки и определить их неравномерность;

2) устройство песчаных дрен в слабом грунте для уменьшения расстояния движения воды из глинистого слабого грунта в целях сокращения времени уплотнения основания. Песчаные дрены диаметром 400...600 мм и глубиной до 20 м выполняют на расстояниях 2,5 м и объединяют по верху горизонтальным дренирующим слоем в виде песчаной подушки толщиной до 1 м, причем для ускорения процесса отжатия воды сверху устраивают пригрузочную насыпь. Там, где нет песка, можно применять картонные дрены или дрены из других искусственных материалов. Вместо песчаных дрен можно устраивать песчаные сваи путем забивки стальных труб с последующим заполнением полости уплотняемым песчаным грунтом;

3) устройство известковых свай с заполнением негашеной известью проделанных с помощью обсадных труб скважин, что ведет к ее гашению грунтовой водой и увеличению в объеме на 60...80% с уплотнением грунта;

4) выполнение дренирующих прорезей в виде траншей шириной 60...80 см и глубиной до 5,5 м, заполняемых песком, при большой площади уплотняемого основания толщиной до 7 м. Над прорезями также устраивается песчаная подушка;

5) устройство песчаных подушек в целях сокращения глубины заложения подошвы фундаментов и передачи давления на большую площадь. Для устройства подушек используют среднезернистый или крупнозернистый песок, а также щебень, гравий или песчано-гравийные смеси. Размеры подушек определяют исходя из необходимости передачи на слабый грунт небольшого давления от фундаментов, меньшего, чем несущая способность слабого грунта;

6) выполнение жесткого сплошного фундамента под всем зданием, выравнивающего неравномерные осадки. Такой фундамент может быть выполнен коробчатым и «плавающим», учитывающим подъемную силу грунтовых вод;

7) применение свайных фундаментов с развитой боковой поверхностью с учетом эффекта засасывания (вторичное повышение сопротивления во времени по боковой поверхности). Этот эффект нужно устанавливать экспериментально, путем статических испытаний свай на строительной площадке. При некоторых грунтовых напластованиях необходим учет отрицательного трения, если часть грунта, контактирующего с боковой поверхностью свай, будет испытывать большие осадки (будет стремиться переместиться вниз относительно боковой поверхности свай и зависать на боковой поверхности, создавая дополнительную нагрузку на сваю).

Рис. 4 Способы строительства на слабых водонасыщенных грунтах:

а...в -- устройство железобетонных поясов в стене или фундаменте и схема распределения усилий в вертикальном сечении стены при перегибе;

г -- песчаные сваи (дрены);

д -- вертикальные дренажные прорези;

е -- песчаная подушка;

ж -- коробчатый «плавающий» фундамент:

з -- коробчатый «плавающий» фундамент с оболочкой;

1 -- стена; 2 -- железобетонные пояса внутри стены или в виде уширенного шва; 3 -- пригрузочная насыпь; 4 -- горизонтальный дренаж в виде песчаной подушки; 5-- дрены; б -- дренажные прорези: 7-- песчаная подушка; 8 -- коробчатые фундаменты: 9 -- уровень грунтовых вод:Н -- высота расположения железобетонных поясов

Размещено на Allbest.ru