2. Анализ инженерно-геологических условий строительной площадки

Насыпной слой (супесь со строительным мусором) имеет мощность до 3 м, у него слабые прочностные характеристики, и он не может служить основанием.

Грунт второго слоя - суглинок серый, пылеватый, с линзами песка. Этот слой является сильносжимаемым (Е=10 МПа) и мягкопластичным (I=0,51).

Третий слой - глина коричневая, плотная. Этот слой является трудносжимаемым (Е=21 МПа) и полутвердым (I=0,1).

Для каждого слоя находим значение расчетного сопротивления R по СНиП 2.02.01-83 «Основания зданий и сооружений»:

· для суглинка

при e = 0,7 R₀ = 250 МПа => при e = 0,90I_L= 0

при e = 1,0 R₀ = 200 Мпа

Значение находим путём интерполяции: R₀=250-(250-200)*0,2/0,3=216,67Мпа

при e =0,7 R₀ = 180 МПа => при e = 0,90 I_L= 1

при e = 1,0 R₀ = 100 МПа

R₀=180-(180-100)*0,2/0,3=126,67 Мпа

приI_L= 1 R₀ = 126,67 МПа

приI_L= 0 R₀ = 216,67 Мпа

R₀=216,67-(216,67-126,67)*0,51/1=170,77 Мпа

· для глины

при e = 0,8 R₀ = 300 МПа => при e = 0,81 I_L= 0

при e = 1,1 R₀ = 250 Мпа

Значение находим путём интерполяции: R₀=300-(300-250)*0,01/0,3=298,33Мпа

при e =0,8 R₀ = 200 МПа => при e = 0,81I_L= 1

при e = 1,1 R₀ = 100 МПа

R₀=200-(200-100)*0,01/0,3=196,67 Мпа

приI_L= 1 R₀ = 196,67 МПа

приI_L= 0 R₀ = 298,33 Мпа

R₀=298,33-(298,33-196,67)*0,1/1=288,164 Мпа

Эпюра расчётных сопротивлений R0:

Вывод:

Таким образом, насыпной слой и суглинок обладают большой сжимаемостью, малосжимаемым слоем является глина. В качестве несущего слоя для фундаментов на естественном основании выбираем суглинок. Для свайных фундаментов целесообразно в качестве несущего слоя выбрать глину. Уровень подземных вод расположен на глубине ~1,8 м. Насыпной слой является водоносным. Поэтому работ по водоотливу не потребуется.

3. Расчёт фундамента мелкого заложения на естественном основании

3.1 Выбор глубины заложения фундамента

По инженерно-геологическим условиям глубина заложения определяется необходимостью прорезки насыпного слоя и заглублением фундамента на хороший грунт на 0,1 - 0,5м =>d = 3,5 м; по конструктивным соображениям (подвал в вокзале не предусмотрен) d =0,5 м; по глубине промерзания (для Санкт-Петербурга) d = 1,7 м.

Выбираем наибольшую глубину т.е. d = 3,5 м до подошвы фундамента.

3.2 Определение габаритов фундамента

Для расчёта принимаем наиболее загруженный фундамент - фундамент стаканного типа под металлическую колонну (на схеме - фундамент № 5).

Нагрузки по обрезу:

· F?_vII=780 кН. - вертикальная нагрузка больше 300 кН, фундамент - тяжелонагруженный;

Определяем расчётное сопротивление грунта:

, где

, - коэффициенты условий работы (таблица 3 СНиП 2.02.01-83);

,,- коэффициенты, зависящие от =22 град (таблица 4 СНиП 2.02.01-83);

- глубина подвала от уровня планировки ;

- коэффициент, учитывающий рост R для широких фундаментов;

- ширина подошвы фундамента;

- расчётные значения удельного веса грунта под подошвой фундамента и в пределах глубины его заложения, определение расчетного сопротивления грунта выше и ниже подошвы фундамента:

удельный вес ниже подошвы (ниже УПВ - взвешенного водой):

,

Выше подошвы:

приведённая глубина заложения:

, где

- расстояние по вертикали от подошвы фундамента до низа конструкции пола подвала;

- толщина конструкции пола подвала;

Определение размеров фундамента

- средний удельный вес массива объёмом

По альбому «Фундаменты зданий: альбом чертежей» принимаем фундамент под колонну, учитывая размеры колонны и , типа ФА 7-10 ().

Уточняем расчетное сопротивление при b = 1,8 м (ширина подошвы фундамента):

Проверяем напряжения по подошве

Вес фундамента ,

Вес грунта на консоли подушки

Полная нагрузка

- среднее давление по подошве фундамента

, условие выполняется.

3.3 Расчёт основания по несущей способности

Исходные данные: фундамент стаканного типа под колонну размерами , глубина заложения относительно пола подвала . , ,

Коэффициенты: - коэффициенты формы фундамента, , ,

Угол наклона равнодействующей:

Для коэффициенты несущей способности (СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений», таблица 7) находим:

· =2,88

· =6,40

Вертикальная составляющая силы предельного сопротивления (несущей способности)

; , где - коэффициент условий работы, - коэффициент надёжности по назначению сооружения.

3.4 Определение осадки фундамента

Исходные данные:

Удельный вес насыпного грунта

Суглинок ,,

Глина ,.

Размеры подошвы фундамента , давление по подошве .

Давление от собственного веса на уровне подошвы фундамента

Разбиваем толщу грунта ниже подошвы фундамента на элементарные слои высотой

Для вертикали, проходящей через середину (центр тяжести) подошвы фундамента, находим давление от собственного веса грунта и дополнительные (уплотняющие) давления: для ;

для ;

для ;

для ;

для ;

для ;

для ;

для ;

для ;

для

для ;

для

Остальные значения сведены в таблицу.

Дополнительные (уплотняющие) давления:

, где

В точке 1 при ,; ; (коэффициент принимаем по таблице 1 приложения 2 СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений»);

В точке 2 при ,; ;

В точке 3 при ,; ;

В точке 4 при ,; ;

В точке 5 при ,; ;

В точке 6 при ,; ;

Нижняя граница сжимаемой толщи соответствует глубине, где . Это условие выполняется в точке 7:

; .

Осадка фундамента:

Вывод. Осадка не превышает максимально допустимой осадки для данного типа зданий (8 см - по приложению 4 СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений»).

4. Расчёт и конструирование свайного фундамента

4.1 Определение несущей способности сваи

Рассчитать свайный фундамент под сборную железобетонную колонну сечением . Действующие нагрузки по обрезу для расчёта по несущей способности: Свая висячая, буронабивная.

Свойства грунтов

Принимаем глубину заложения ростверка (не менее расчётной глубины промерзания) .

Определяем длину сваи (1),

принимаем длину сваи .

В формуле (1): - глубина заделки головы сваи в ростверк, - мощность толщи, проходимой сваей, - глубина заделки острия сваи в несущий слой.

По альбому «Фундаменты зданий» принимаем железобетонную круглую сваю с наконечником марки СК11-40н. Марка бетона - 300, продольная арматура - 8Ш8АI, расход бетона - , диаметр .

Определяем несущую способность сваи

- коэффициент условий работы сваи в грунте;

- коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи на расчётные сопротивления грунта (по таблице 3 СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты»);

- расчётное сопротивление грунта под нижним концом сваи, значение находим путём интерполяции по таблице 1 СНиП 2.02.03-85, учитывая глубину погружения нижнего конца сваи и вид грунта (глина)

при глубине погружения =5 м

при глубине погружения =10 м

при 9м ;

- площадь опирания на грунт сваи;

- периметр поперечного сечения ствола сваи (длина окружности диаметром 40 см );

- расчётное сопротивление -го слоя грунта на боковой поверхности ствола сваи (по таблице 2):

ь для суглинка с показателем текучести

при ,

при ,

при ,,

при

ь для глины с показателем текучести

при ,

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

Расчётное сопротивление сваи (допускаемая нагрузка):

Давление под ростверком при расстоянии между сваями :

Ориентировочная площадь подошвы ростверка:

Вес ростверка и грунта на ступенях при :

Количество свай:

свая, принимаем 1 сваю

4.2 Конструирование свайного фундамента

Конструируем ростверк. Сваю размещаем по центру ростверка. Проверяем фактическую нагрузку на сваю. Объём бетона ростверка: ; объём грунта на ступенях: .

Вес ростверка и грунта .

Нагрузка на сваю в крайнем ряду (по СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты», формула 3): , где

- расчётная сжимающая сила; - число свай; - расчётные изгибающие моменты относительно главных центральных осей; - расстояния от главных осей до оси каждой сваи; - расстояния от главных осей до оси каждой сваи, для которой вычисляется расчётная нагрузка.

Вывод: нагрузка на сваю не превышает расчётного сопротивления сваи (допускаемой нагрузки).

4.3 Расчёт свайного фундамента по деформациям

Расчет свайного фундамента по деформациям выполняется аналогично расчету по деформациям фундаментов на естественном основании.

При расчете осадки свайный фундамент рассматривается как условный массивный фундамент, в состав которого входит ростверк, сваи и грунт. Контур условного массива фундамента ограничивается поверхностью планировки bc, снизу -- плоскостью в уровне нижних концов свай ad, с боков -- вертикальными плоскостями ab и cd, отстоящими от грани крайних свай на величину .

Точки b и c находятся в результате пересечения горизонтальной плоскости в уровне нижних концов свай с наклонными линиями, проведенными от наружного контура свайного ряда в уровне подошвы ростверка под углом к вертикали.

Определение размеров условного фундамента: ;

- для суглинка, - для глины.

определяем как средневзвешенное значение для всей толщи грунтов, пройденных сваями,

Расчёт проводим, используя СНиП 2.02.01-83 «Основания зданий и сооружений» и учебник «Основания и фундаменты», раздел 5.3.9.

Определим нагрузку на фундамент и вес грунта:

, где - значение удельного веса отдельных слоёв грунта, , толщиной , м, в пределах глубины заложения условного фундамента.

- ширина подошвы условного фундамента, - длина подошвы условного фундамента.

Проверка условия , где - давление на грунт по подошве условного фундамента; - соответственно нагрузка на обрез ростверка и вес условного свайного фундамента; - расчётное сопротивление грунта, расположенного под подошвой условного фундамента.

,2, - коэффициенты условий работы (таблица 3 СНиП 2.02.01-83);

,,- коэффициенты, зависящие от =22 град (таблица 4 СНиП 2.02.01-83);

- глубина подвала от уровня планировки (подвала нет);

- коэффициент, учитывающий рост R для широких фундаментов;

- ширина подошвы условного фундамента;

- расчётные значения удельного веса грунта под подошвой фундамента и в пределах глубины его заложения, определение расчетного сопротивления грунта выше и ниже подошвы фундамента:

удельный вес ниже подошвы (ниже УПВ - взвешенного водой):

,

Выше подошвы:

приведённая глубина заложения:

, условие выполняется можно производить расчёт осадки свайного фундамента.

Вес фундамента

Полная нагрузка

- среднее давление по подошве фундамента

Расчёт осадки свайного фундамента

Давление от собственного веса на уровне подошвы фундамента

Разбиваем толщу грунта ниже подошвы фундамента на элементарные слои высотой

Для вертикали, проходящей через середину (центр тяжести) подошвы фундамента, находим давление от собственного веса грунта и дополнительные (уплотняющие) давления: для ;

для ;

для ;

для ;

для ;

для ;

Дополнительные (уплотняющие) давления:

, где

В точке 1 при ,; ; (коэффициент принимаем по таблице 1 приложения 2 СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений»);

В точке 2 при ,; ;

В точке 3 при ,; ;

В точке 4 при ,; ;

В точке 5 при ,; ;

В точке 6 при ,; ;

В точке 7 при ,; ;

Нижняя граница сжимаемой толщи соответствует глубине, где . Это условие выполняется в точке 6:

; .

Осадка фундамента:

5. Технико-экономическое сравнение вариантов фундамента

Сравнение вариантов проводим, используя данные таблицы 7 методических указаний. Суммарную стоимость варианта умножаем на коэффициент .

Фундамент на естественном основании

Свайный фундамент

Вывод: из сравнения двух вариантов видно, что свайный фундамент примерно в два раза дороже, поэтому с экономической точки зрения целесообразнее применить фундамент на естественном основании. Остальные типы фундаментов рассчитываем, как фундаменты на естественном основании.

6. Расчёт всех вариантов фундамента

Расчёт фундамента № 1

Глубина заложения 3,5 м. Сборный ленточный фундамент под несущую стену шириной .

фундамент строительный вокзал осадка

,

По альбому «Фундаменты зданий: альбом чертежей» принимаем фундаментную подушку Ф 14-12 () и фундаментные блоки ФСН-6 (ширина b=600 мм, длина l=1180 мм, высота h=280 мм).

Уточняем расчетное сопротивление при b = 1,4 м (ширина подошвы фундамента):

Проверяем напряжения по подошве

Вес фундамента ,

Вес грунта на консоли подушки

Полная нагрузка

- среднее давление по подошве фундамента

, условие выполняется.

Осадка фундамента.

Характеристики грунтов: удельный вес суглинка =18.5 кН/м³, Е=10 МПа.

Глины =20.0 кН/м³, Е=21 МПа.

Размеры подошвы фундамента - 1.4*1.2 м, давление по подошве фундамента Р=337.8 кПа.

Давление от собственного веса на уровне подошвы фундамента:

Разбиваем толщу грунта ниже подошвы фундамента на элементарные слои высотой:

Для вертикали, проходящей через середину (центр тяжести) подошвы фундамента, находим давление от собственного веса грунта и дополнительные (уплотняющие) давления:

Для z=0.3м

Для остальных точек приведены в таблице.

Таблица

Дополнительные (уплотняющие) давления вычисляем по формуле:, где

В точке 2, т.е. на отметке подошвы фундамента, при z=0.3

б=0.941 (по СНиП «Основания зданий и сооружений» Прил.2)

В точке 3, т.е. на отметке подошвы фундамента, при z=0.6

б=0.765 (по СНиП «Основания зданий и сооружений» Прил.2)

Осадка фундамента:

По Прил.4 СНиП «Основания зданий и сооружений» максимальная осадка 10см.

Расчёт фундамента № 2

Глубина заложения 3,5 м. Сборный ленточный фундамент под несущую стену шириной .

,

По альбому «Фундаменты зданий: альбом чертежей» принимаем фундаментную подушку Ф 16-12 () и фундаментные блоки ФСН-6 (ширина b=600 мм, длина l=1180 мм, высота h=280 мм).

Уточняем расчетное сопротивление при b = 1,6 м (ширина подошвы фундамента):

Проверяем напряжения по подошве

Вес фундамента ,

Вес грунта на консоли подушки

Полная нагрузка

- среднее давление по подошве фундамента

, условие выполняется.

Осадка фундамента.

Характеристики грунтов: удельный вес суглинка =18.5 кН/м³, Е=10 МПа.

Глины =20.0 кН/м³, Е=21 МПа.

Размеры подошвы фундамента - 1.4*1.2 м, давление по подошве фундамента Р=145.8 кПа.

Давление от собственного веса на уровне подошвы фундамента:

Разбиваем толщу грунта ниже подошвы фундамента на элементарные слои высотой:

Для вертикали, проходящей через середину (центр тяжести) подошвы фундамента, находим давление от собственного веса грунта и дополнительные (уплотняющие) давления:

Для z=0.3м

Для остальных точек приведены в таблице.

Таблица

Дополнительные (уплотняющие) давления вычисляем по формуле:, где

Осадка фундамента:

По Прил.4 СНиП «Основания зданий и сооружений» максимальная осадка 10см.

Расчёт фундамента № 3

Глубина заложения 3,5 м. Сборный ленточный фундамент под несущую стену шириной .

,

По альбому «Фундаменты зданий: альбом чертежей» принимаем фундаментную подушку Ф 10-12 () и фундаментные блоки ФСН-6 (ширина b=600 мм, длина l=1180 мм, высота h=280 мм).

Расчетное сопротивление при b = 1,0 м (ширина подошвы фундамента) останется тем же.

Проверяем напряжения по подошве

Вес фундамента ,

Вес грунта на консоли подушки

Полная нагрузка

- среднее давление по подошве фундамента

, условие выполняется.

Осадка фундамента.

Характеристики грунтов: удельный вес суглинка =18.5 кН/м³, Е=10 МПа.

Глины =20.0 кН/м³, Е=21 МПа.

Размеры подошвы фундамента - 1.4*1.2 м, давление по подошве фундамента Р=145.8 кПа.

Давление от собственного веса на уровне подошвы фундамента:

Разбиваем толщу грунта ниже подошвы фундамента на элементарные слои высотой:

Для вертикали, проходящей через середину (центр тяжести) подошвы фундамента, находим давление от собственного веса грунта и дополнительные (уплотняющие) давления:

Для z=0.3м

Для остальных точек приведены в таблице.

Таблица

Дополнительные (уплотняющие) давления вычисляем по формуле:, где

Расчёт фундамента № 4

Глубина заложения 3,5 м. Сборный ленточный фундамент под несущую стену шириной .

,

По альбому «Фундаменты зданий: альбом чертежей» принимаем фундаментную подушку Ф 10-12 () и фундаментные блоки ФСН-6 (ширина b=600 мм, длина l=1180 мм, высота h=280 мм).

Расчетное сопротивлени останется тем же.

Проверяем напряжения по подошве