Расчёт и конструирование фундаментов под химический корпус

3

Кафедра механики грунтов и оснований фундаментов

Реферат

"Расчет и конструирование фундаментов под химический корпус"

Тюмень - 2000 г.

Содержание

1.1. Оценка конструктивной характеристики здания……………..……...3

1.2. Оценка и анализ геологических и гидрогеологических условий строительной площадки…………………………………………………....3

1.3. Расчет фундаментов мелкого заложения…………………………….6

1.4. Расчет свайных фундаментов……… ……………………...…………9

1.5. Технико-экономическое сравнение фундаментов…..…………..….12

1.6. Рекомендации по производству работ………………………………14

Список литературы………………………………………………………..16

1.1. Оценка конструктивной характеристики здания

Химический корпус расположенный в городе Тобольске имеет размеры в плане 26х36 метров. Часть здания в осях А-В имеет несущий каркас, а в осях В-Г - несущие кирпичные стены толщиной 380 мм. Толщина навесных стеновых панелей 240 мм. Шаг колонн вдоль здания - 6 м, поперёк здания 6 и 12 м. В здание имеется подвал , отметка пола подвала - 3.0 м. Высота здания в осях А-Б 25 м, в осях Б-В 34 м, в осях В-Г 12,5 м. Уровень земли на отметке - 1,0 м.

1.2. Оценка и анализ геологических и гидрогеологических условий строительной площадки

Таблица 1

Физико-механические свойства грунтов

№ слоя	Глубина отбора проб. (м).	s кН/м3	кН/м3	Влажность W, %	Границ WL, %	Пластичности Wp, %	Удельное сцепление, С (МПа)	Угол внут-рен. трения ,град.	Коэф. сжим. mо (МПа)	Коэф. фильтрации к, см/сек
1	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
2	0,2	25,8	20	20	-	-	-	26	0,1	3 х 10
3	4,3	27,0	16,9	34	40	20	0,025	18	0,6	3 х 10
4	9,5	27,3	18,9	29	38	20	0,028	13	0,14	3 х 10

Образец №1. Грунт является черноземом.

Образец №2. Грунт отобран из скважины №1 с глубины 0,2 м.

Подгруппа грунта: песок.

Тип песка: песок средней крупности.

Вид песка. По плотности сложения: при коэффициенте пористости

е = (s - d )/d = (25,8 - 16,67)/16,67 = 0,55 - песок средней плотности.

d = /(1+W) = 20/(1+0,2) = 16,67 кН/м3

По насыщению песка водой - степень влажности:

Sr = (W x s)/(e x w) = (0,2x25,8)/(0,55х10) = 0,94 > 0,8 - грунт является насыщенным водой.

Для определения модуля Е найдём:

m = mo/(1+e) = 0,1/(1+0,55) = 0,065

Е = / m = 0,74/0,065 = 11,47 Мпа

= 0,74 - для песков.

Рассматриваемый грунт - песок средней крупности, средней плотности, насыщенный водой.

Образец №3. Грунт отобран из скважины №1 с глубины 4,3 м.

Подгруппа грунта. При числе пластичности:

Ip = WL-Wp = 40-20 = 20 >17 - грунт является глиной.

Разновидность глины. Консистенцию глины выделяем по показателю текучести: Ip = (W-Wp)/(WL-Wp) = (34-20)/(40-20) = 0,7 - глина является мягкопластичной.

е = (s - d ) / d = (27 - 12,61) / 12,61 = 1,14

d = /(1+W) = 16,9/(1+0,34) = 12,61 кН/м3

m = mo/(1+e) = 0,6/(1+1,14) = 0,28

Е = / m = 0,43/0,28 = 1,53 Мпа

= 0,43 - для глины.

Sr = (W x s)/(e x w) = (0,34x27)/(1,14х10) = 0,81 > 0,8 - грунт является насыщенным водой.

Учёт взвешивающего действия воды:

sв = (s - w)/(1 + е) = (27 - 10)/(1 + 1,14) = 7,94 кН/м3

Рассматриваемый грунт - является мягкопластичной глиной.

Образец №4. Грунт отобран из скважины №1 с глубины 9,5 м.

Подгруппа грунта. При числе пластичности:

Ip = WL-Wp = 38-20 = 18 >17 - грунт является глиной.

Разновидность глины. Консистенцию глины выделяем по показателю текучести: Ip = (W-Wp)/(WL-Wp) = (29-20)/(38-20) = 0,5 - глина является тугопластичной.

е = (s - d ) / d = (27,3 - 14,65) / 14,65 =0,86

d = /(1+W) = 18,9/(1+0,29) = 14,65 кН/м3

m = mo/(1+e) = 0,14/(1+0,86) = 0,0,75

Е = / m = 0,43/0,075 = 5,73 Мпа

= 0,43 - для глины.

Sr = (W x s)/(e x w) = (0,29x27,3)/(0,86х10) = 0,81 > 0,8 - грунт является насыщенным водой.

Учёт взвешивающего действия воды:

sв = (s - w)/(1 + е) = (27,3 - 10)/(1 + 0,86) = 9,3 кН/м3

Рассматриваемый грунт - является тугопластичной глиной.

Общая оценка геологических условий строительной площадки.

Строительная площадка имеет спокойный рельеф. Грунты имеют слоистое напластование с выдержанным залеганием пластов.

Первый слой - чернозём является плодородным слоем и не может служить естественным основанием.

Второй слой - песок средней крупности с модулем деформации

Е = 11,47 МПа может служить в качестве естественного основания.

Третий слой - глина мягкопластичная с модулем деформации

Е = 1,53 МПа требует проверки возможности использования в качестве естественного основания.

Четвертый слой - глина тугопластичная с модулем деформации

Е = 5,73 МПа может служить в качестве естественного основания.

Подземные воды залегают на глубине 0,5 м и будут влиять на устройство котлованов и возведение фундаментов. При разработке котлованов необходимо принимать меры по понижению уровня грунтовых вод.

1.3. Расчет фундаментов мелкого заложения

1) Определение глубины заложения фундамента.

Нормативная глубина промерзания:

dfn = d0Mt, (1.1)

где d0=0,23 (м) - для суглинков и глин;

Мt - коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму.

Данные из СНиП "Климатология и геофизика" для города Тобольска

Таблица 2

Средняя температура по месяцам

I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII
-18,5	-16,1	-9,2	1,3	9,1	15,8	18	15,4	9,5	0,8	-9,3	-16,4

Мt = 69,5

dfn = 0,2369,5 =1,92 (м)

Расчетная глубина промерзания:

df = Rn* dfn, (1.2)

где Rn = 0,7 - в здание имеется подвал с t = 5 С

df = 0,7*1,92 = 1,344 (м).

Из условия уровня грунтовых вод (0,5 м) по табл.2

0,5< df +2 = 1,344+2 = 3,344 глубина заложения фундаментов должна быть не менее df.

По конструктивным требованиям глубина заложения фундамента должна быть не менее 2+0,3+0,75 = 3,05 м. Т.к. 3,05 > 1,344 м, то принимаем глубину заложения фундамента 3,05 м.

Определение размеров подошвы столбчатого фундамента.

N = 750 кН

Условие Рmax < R

Аусл = N/(R0 - ср*d), (1.3)

где R0 = 200 кПа (задались предварительно) прилож.3 [4]

ср = 20 кН/м3.

Аусл = 750/(200 - 20*3,05) = 5,4 (м2)

a = b = Аусл = 5,4 = 2,32 (м)

Принимаем предварительно a = b = 2,4 (м).

Расчетное сопротивление грунта под подошвой фундамента:

c1* c2

R = [ М*Rz*b*II + Mд*d1* II+(Mд-1) *db*II+Мс *сII], (1.4)

R=[0,43*1*2,4*9,1+2,73*1,46*9,2+(2,73-1)*2*9,2+5,31*0,025*10^3] = 231,7 (кПа).

d1 = hs + hcf*cf /II = 0,3+0,75+(0,15*25)/9,2 = 1,46

Nобщ = N+Aф*d*ср = 750+2,4^2*3,05*20 = 1101,4 кН

Pmax = Nобщ/ Аф = 1101,4/2,4^2 = 191,2 (кПа) < 231,7 (кПа)

Несущая способность грунта достаточна для восприятия нагрузки от фундамента.

Расчет осадки фундамента мелкого заложения.

S < Sдоп zpi * hi

S = Ei (1.5)

где =0,8 - безразмерный коэффициент;

zpi = i*P0,

i - коэффициент принимаемый по таблице 1.

P0 = P - zq,0 = 191,2 - 28,06 = 163,14 кПа

Таблица 3

Данные вычислений

z			zp, кПа	zq, кПа	0,2zq, кПа	Е, МПа
0,725	0,604	0,8784	143,3	34,65	3,46	1,53
1,450	1,208	0,6028	98,35	41,24	4,124	1,53
2,3	1,9167	0,3595	58,65	48,98	9,79	5,73
3,15	2,625	0,2255	36,79	56,72	11,344	5,73
4	3,33	0,1506	24,56	64,45	12,89	5,73
4,85	4,04	0,1063	17,34	72,18	14,43	5,73
5,7	4,75	0,0788	12,85	79,92	15,98	5,73

S = 0,126 (м) = 12,6 см > 11 см

Увеличиваем подошву фундамента до 2,7 х 2,7 м.

R=[0,43*1*2,7*9,1+2,73*1,46*9,2+(2,73-1)*2*9,2+5,31*0,025*10^3] = 232,9 (кПа).

Nобщ = N+Aф*d*ср = 750+2,7^2*3,05*20 = 1194,7 (кН)

Pmax = Nобщ/ Аф = 1194,7/2,7^2 = 163,88 (кПа) < 232,9 (кПа)

P0 = P - zq,0 = 163,88 - 28,06 = 135,82 (кПа)

Таблица 4

Данные вычислений

z			zp, кПа	zq, кПа	0,2zq, кПа	Е, МПа
0,725	0,537	0,9052	122,24	34,65	3,46	1,53
1,450	1,074	0,6671	90,6	41,24	4,124	1,53
2,3	1,7037	0,4197	57	48,98	9,79	5,73
3,15	2,33	0,2708	36,78	56,72	11,344	5,73
4	2,96	0,1846	25,07	64,45	12,89	5,73
4,85	3,59	0,1312	17,8	72,18	14,43	5,73
5,7	4,22	0,0986	13,39	79,92	15,98	5,73

S = 0,109 (м) = 10,9 см < 11 см.

Осадка фундамента допустима.

1.4. Расчет свайных фундаментов

Определение несущей способности сваи.

1 вариант. Железобетонная свая прямоугольного сечения марки С6-35. Способ забивки свай - дизель - молотом.

Несущую способность сваи определяем по формуле:

N < Fd / k, (1.6)

где k=1,4 - коэффициент надёжности.

Fd = с*(сR*R*A+И*сf*fi*hi), (1.7)

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

сR = 1- коэффициент условий работы по таблице №3;

R = 1451,7 (кПа) - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи по таблице 1;

И = 4*0,35 = 1,4 (м) - наружный периметр поперечного сечения свай;

А = 0,35*0,35 = 0,1225 (м2) - площадь поперечного сечения свай.

Таблица 5

Данные вычислений

№ слоя	hi	zi	fi
1	0,825	3,2625	8,2625
2	0,825	4,0875	9,0875
3	1,0125	5,00625	24,0063
4	1,0125	6,01875	25,0094
5	1,0125	7,03125	25,5156
6	1,0125	8,04375	26,0219

fi*hi = 116,124

Fd = 1*(1*1451,7*0,1225+1,4*116,124) = 340 (кН)

N < 340 / 1,4 = 243 (кН).

n = 4 сваи.

2 вариант. Буронабивная свая. Диаметр сваи 500 мм.

Несущая способность буронабивной сваи определяем по формуле:

N < Fd / k, (1.8)

где k=1,4 - коэффициент надёжности.

Fd = с*(сR*R*A+И*сf*fi*hi), (1.9)

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

сR = 1- коэффициент условий работы по таблице №3;

R = 603,3 (кПа) - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи по таблице №7;

И = 2**R = 2*3,14*0,25 = 1,57 (м) - наружный периметр поперечного сечения свай;

А = *R^2 = 0,19625 (м2) - площадь поперечного сечения свай.

сf = 0,6 - коэффициент условий работы грунта на боковой поверхности сваи по таблице №5.

Таблица 6

Данные вычислений

№ слоя	hi	zi	fi
1	0,825	3,2625	8,2625
2	0,825	4,0875	9,0875
3	1,0125	5,00625	24,0063
4	1,0125	6,01875	25,0094
5	1,0125	7,03125	25,5156
6	1,0125	8,04375	26,0219

fi*hi = 116,124

Fd = 1*(1*603,3*0,19625+1,57*116,124*0,6) = 227,8 (кН)

N < 227,8 / 1,4 = 162,7 (кН).

n = 5 свай.

По результатам расчёта выявили, что несущая способность одной забивной сваи с6-35 больше несущей способности аналогичной буронабивной сваи. В проекте принимаем забивную сваю марки с6-35.

Расчет осадки свайного фундамента

Вес ростверка: Gp = 1,8*1,8*2,85*20 = 184,68 (кН)

Полная нагрузка на сваю от сооружения и ростверка:

N = (750+184,68)/4 = 233,67 (кН) < 243 (кН) несущая способность сваи обеспечена.

Проверяем давление на грунт под подошвой условного фундамента.

= 13 = /4 = 13/4 = 3,25 и tq = 0,0567

Тогда ширина условного фундамента:

bусл = 1,2+0,35+2*4,05*0,0567 = 2 (м).

c1* c2

R = [ М*Rz*b*II + Mд*d1* II+(Mд-1) *db*II+Мс *сII], (1.10)

R=[0,26*1*2*9,3+2,05*8,55*9,3+(2,05-1)*2*9,3+4,55*0,028*10^3] = 346 (кПа).

Р = Nусл /Aусл

Nусл = Gp+n* Gсв+Gгр+N.

Вес ростверка: Gp = 184,68 (кН)

Вес сваи: Gсв = 0,35*0,35*6*22 = 16,17 (кН)

n = 4 - количество свай

Вес грунта в пределах подошвы условного фундамента:

Gгр = (8,55*2*2-1,8*1,8*2,85)*9,3 = 232,18 (кН)

Р = 1231,5 / 4 = 307,89 (кПа) < R = 346 (кПа)

S < Sдоп zpi * hi

S = Ei (1.11)

где =0,8 - безразмерный коэффициент;

zpi = i*P0,

i - коэффициент принимаемый по таблице 1.

P0 = P - zq,0 = 307,89 - 79,52 = 228,4 кПа

Таблица 7

Данные вычислений

z			zp, кПа	zq, кПа	0,2zq, кПа	Е, МПа
0,5	0,5	0,92	210	84,17	16,83	5,73
1	1	0,703	160,6	88,82	17,76	5,73
1,5	1,5	0,488	111,5	93,47	18,69	5,73
2	2	0,336	76,74	98,12	19,62	5,73
2,5	2,5	0,243	55,5	102,77	20,554	5,73
3	3	0,1805	41,23	107,42	21,48	5,73
3,5	3,5	0,138	31,58	112,07	22,41	5,73
4	4	0,108	24,67	116,72	23,34	5,73
4,5	4,5	0,0875	19,99	121,37	24,27	5,73

S = 0,058 (м) = 5,8 см < 11 см.

Осадка свайного фундамента допустима.

1.5. Технико-экономическое сравнение фундаментов

Сравниваем два варианта:

1. Фундамент мелкого заложения под колонну

2. Куст свай под колонну

Таблица 8

Подсчет объемов земляных работ по вариантам

Показатель	Фундамент мелкого заложения	Куст свай под колонну
Глубина от уровня земли	3,05	2,85
Коэффициент m	0,5	0,25
Расст. от оси колонны до края фундамента	1,35	0,9
Ширина прохода для рабочих	0,6	0,6
Длинна котлована по низу	38,9	38
Длинна котлована по верху	41,95	39,425
Ширина котлована по низу	21,9	21
Ширина котлована по верху	24,95	22,425
Объем котлована, м3	2890	2396

Таблица 9

Объем фундаментов

Фундамент мелкого заложения	Куст свай под колонну
7,5 м3	7,48 м3
	в т.ч. объем свай 2,94 м3
	объем ростверка 4,54 м3

Таблица 10

Объем щебеночной подготовки

Фундамент мелкого заложения	Куст свай под колонну
0,51 м3	0,23 м3

Таблица 11

Ведомость подсчета трудоемкости и стоимости работ

Наименование работ	Объм работ	Нормативные значения	Стоимость, руб.	Трудоемкость, чел-дн.
	1 вариант	2 вариант	Стоимость	Трудо-ёмк.	1 вариант	2 вариант	1 вариант	2 вариант
Разработка грунта	137,6	114	2	0,28	275,2	228	38,528	31,92
Устройство подготовки	0,51	0,23	11,5	0,13	5,865	2,645	0,0663	0,0299
Устройство монолитных ж/б фунд. и роствер.	7,5	4,54	29,6	0,72	222	134,4	5,4	3,27
Погружение ж/б свай	-	0,735	85,2	0,89	-	62,622	-	0,654

Таблица 12

Сравнения вариантов фундаментов на устройство 1 фундамента под колонну

Показатель	Фундамент мелкого заложения	Куст свай
Себестоимость, руб.	503,7	427,67
Затраты труда	43,99	35,87
Объем работ:	137,6	114
Устройство подготовки, м3	0,51	0,23
Уст-во монолитных ж/б фундаментов и ростверков	7,5	7,48

Результаты технико-экономического сравнения фундаментов показали, что наиболее экономичным является свайный фундамент.

1.6. Рекомендации по производству работ

Перед началом земляных работ необходимо произвести подготовительные работы:

1) вынести оси здания за пределы котлована;

очистить территорию от растительности;

произвести при помощи легких иглофильтровых установок понижение уровня грунтовых вод;

произвести при помощи бульдозера резку растительного слоя.

После проведения работ подготовительного характера приступаю к основным работам по устройству котлована:

разработке грунта при помощи экскаватора оборудованного обратной лопатой с погрузкой его в транспортные средства для вывоза из котлована;

раскладки части грунта по периметру здания для обратной засыпки пазух;

зачистки дна котлована вручную.

Далее приступают к работам по устройству фундаментов:

разметке расположения свай;

забивке свай при помощи копровой установки;

срезке голов свай и устройство подготовки;

установке опалубки и арматуры ростверка;

бетонирование при помощи бетононасосов;

электропрогрев в период твердения бетона.

После завершения работ по устройству фундаментов производится их гидроизоляция из битумной мастики и обратная засыпка.

Список литературы

Веселов В.А. Проектирование оснований и фундаментов: (основы теории и примеры расчета): Учеб. пособ. для вузов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1990. - 304 с.

Далматов Б.И. Механика грунтов, основания и фундаменты (включая специальный курс инженерной геологии).- 2-е изд. перераб. и доп. - Л.: Стройиздат, Ленингр. отд-ние, 1988. - 415 с.

Основания, фундаменты и подземные сооружения / М.И. Горбунов-Посадов, В.А. Ильичев, В.И. Крутов и др.; Под общ. Ред. Е.А. Сорочана и Ю.Г. Трофименкова. - М.: Стройиздат, 1985. - 480 с., ил. - (Справочник проектировщика).

СНиП 2.02.01 - 83. Основания зданий и сооружений / Госстрой СССР. - М.: Стройиздат. 1985. - 40с.

СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты/Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР,1986. - 48 с