Механика грунтов, оснований и фундаментов

n=494,22/(308,86 -7,5*0,09*2,2*24)=1,8 (св./пог. м)

Определяем расчётное расстояние между осями свай на 1 пог. м стены.

бр=1/n=1/1,8 =0,55 м

план расположения свай на ростверке.

Так как n<2 принимаем двухрядное шахматное расположение;

С_р=v(3*0,3)² - (0,55)²=0,71

Ширина ростверка определяется по формуле: b_p=d+(m-1) c_p+2c₀,

где c_p-расстояние между рядами свай

c₀ - расстояние от края ростверка до боковой грани сваи;

m-число рядов;

b_p=0,3+(2-1)*0,71+2*0,15=1,31 м

Принимаем ширину монолитного ростверка b_p=1,4 м и дорабатываем конструкцию фундамента.

Проверка 1: Определяем фактическую нагрузку, приходящуюся на одну сваю, по формуле:

N_св=N_|+1.2 (Q_p+G)/n?P_св,

где Q_p-вес ростверка;

G-вес грунтовой пригрузки ростверка;

n-количество свай

Q_p=1,4*0,4*1,0*24=13,44 кН

G=0,5*1,8*18,40=16,56 кН

N_св=494,22+1,2 (13,44+16,56)/1,8=294,57 кН

N_св=294,57 кН<Р_св=308,86 кН

Проверка2: Проверяем давление на грунт под подошвой условного свайного фундамента в плоскости нижних концов свай по формуле:

у=P=(N_||+Q+G)/A_усл ?R

где N_||-нормативная вертикальная нагрузка, действующая по обрезу фундамента;

Q-собственный вес ростверка и стеновой части фундамента;

G-вес грунта и свай в объеме условного свайного фундамента;

A_усл -площадь подошвы условного свайного фундамента;

для ленточного фундамента A_усл=В_усл*1 пог. м;

R-расчётное давление, определяемое по формуле СНиП 2.02.01-83, для тех грунтов куда заходит свая.

б_ср=ц_||^ср/4=1/4 [(ц_||1l₁+ц_||2l₂ + … +ц_||nl_n)/(l₁+ l₂… l_n)]

б_ср=1/4 [(20⁰*0,78+16⁰*3,02+33⁰*0,6+)/4,4)]=4,8⁰

tg4,8⁰=0,084

Определяем ширину условного фундамента по формуле:

В_усл=d*2l_свtg ц_||^ср/4+с_р

В_усл=0,3+2*4,4*0,084+0,71=1,75 (м)

Тогда площадь условного фундамента на 1 пог. м:

A_усл=В_усл*1 пог. м=1,75*1=1,75 (м³)

Объём условного свайного фундамента:

V=1,75*6,6=11,55 (м³)

Объём ростверка и стеновой части:

V_р=1,4*0,4*1,0+1,8*0,4*1,0=1,28 (м³)

Объём свай на 1 пог. м свайного фундамента:

V_св=1,8*0,09*4,4=0,71 (м³)

Объём грунта на 1 пог. м свайного фундамента:

V_гр=11,55 -1,28-0,71=9,56 (м³)

Вес грунта на 1 пог. м условного фундамента:

G_гр=9,56*13,96=133,42 кПа

Вес свай, приходящихся на 1 пог. м свайного фундамента:

G_св=0,71*24=17,04 кПа

Вес ростверка и стеновой части свайного фундамента:

G_р=1,28*24=30,72 кПа

P=(435,3+133,42+30,72+17,04)/1,75= 352,27 кПа

Определяем расчётное давление на грунт под подошвой условного фундамента:

Для песка средней крупности по табл. 3 находим г_c1=1,3,г_c2=1,3 (при L/H - 1,5 м. и менее)

k=1

В_усл=1,64 м

b_в=1,6 м

c_||=0 кПа

Находим осреднённое значение удельного веса грунтов, залегающих выше отметки заложения подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учётом взвешивающего действия воды), кН/м³

г_||^/=(0,85*16,5+2,13*19,7+3,02*9,88+0,6*10,56)/6,6 =13,96 кН/м³

d₁=h_s+h_cf*(г_cf/г_||^/)=4,8+0,2*(22/13,96)=5,12 м

По табл. 4, для значения угла ц_||=33⁰ находим коэффициенты:

M_г=1,44; M_q=6,76; M_c=8,88

Тогда расчётное давление:

R=(1,3*1,3)/1*[1,44 *1*1,64*10,56+6,76 *5,12*13,96 +

(6,76-1)*1,6*13,96 +8,88 *0]=1076 кПа

Следовательно, P=352,27 кПа< R=1076 кПа

3.2 Определение осадки свайного фундамента методом элементарного послойного суммирования

Под «стеной А»:

Ширина подошвы фундамента b=1,64 м; глубина заложения d=6,6 м; среднее давление под подошвой P=314,66 кПа.

Расчёт осадки фундамента ведётся в табличной форме.

1	Растит.слой	l1=0,85 м
2	Супесь пластичная	l2=2,13 м
3	Супесь текучая	l3=3,02 м
4	Песок средней плотности средней крупности нас. водой	l4=3,13 м
5	Глина полутвёрдая	l5=5,87 м

Определяем величину действующего по подошве фундамента дополнительного давления:

у_zр,0=Р-у_zq,0

где Р-среднее фактическое давление по подошве фундамента.

у_zq,0-природное давление на отметке подошвы фундамента.

у_zq,0=0,85*16,5+2,13*19,7+3,02*9,88+0,6*10,56=92,16 кПа

Тогда у_zр,0=314,66-92,16 =222,50 кПа

Вычисляем ординаты эпюры природного давления и вспомогательной эпюры 0,2у_zq, с помощью которой графическим методом находим положение нижней границы сжимаемой толщи.

на поверхности: у_zq=0; 0,2у_zq=0

на границе 1и2 слоёв: у_zq¹=0,85*16,5=14,03 кПа; 0,2у_zq=2,81 кПа

на границе 2и3 слоёв: у_zq²=14,03+2,13*19,7=55,99 кПа; 0,2у_zq=11,20кПа

на границе 3и4 слоёв: с учётом г_взв=(26,8-10)/(1+0,7)=9,88 кН/м³

у_zq³=55,99+3,02*9,88=85,83 кПа; 0,2у_zq=17,17кПа

на границе 4и5 слоёв: с учётом г_взв=(27-10)/(1+0,61)=10,56 кН/м³

у_zq⁴=85,83+3,13*10,56=118,88 кПа; 0,2у_zq=23,78 кПа

5 слой является водоупором, поэтому на кровлю водоупора будет действовать давление не только от вышележащей толщи грунтов, но и от веса столба воды выше кровли этого слоя. Давление от воды:

P_w=г_w*h_w

на границе 4и5 слоёв:у_zq^5/=118,88+6,15*10 =180,38 кПа; 0,2у_zq=36,08 кПа

на глубине 15,0 метров:у_zq⁶=180,38+5,87*19,7=296,02 кПа;

0,2у_zq=59,20 кПа

Для построения эпюры изменения осадочного давления с глубиной по вертикальной оси, проходящей через центр фундамента, воспользуемся формулой:

у_zр= у_zр,0*б

где б-коэффициент рассеивания напряжений (определяется по табл. 1 прил. 2 СНиП 2.02.01. - 83 в зависимости от соотношения длины всего фундамента к его ширине, т.е. от формы фундамента).

Ординату z для грунтового основания ниже подошвы фундамента, для которой вычисляется у_zр, определяем по формуле:

ж=2*z/b, для n=l/b

где b-ширина подошвы фундамента, м.

l-длина всего фундамента, м.

Результаты вычислений сводим в таблицу:

Дополнительно определяем природное давление у_zq

на глубине 5,27 м. (2,74 метров в 5 слое)

у_zq=180,38+2,74*19,7=234,36 кПа; 0,2у_zq=46,87 кПа

ж	z=ж*b/2, мм	б	уzр, кПа	h, см	0,2уzq, кПа	Слои основания
0	0	1	222,50	0	36,08	Песок средней крупности средней плотности насыщ. водой
0,4	0,33	0,977	217,38	33
0,8	0,66	0,881	196,02	33
1,2	0,98	0,755	167,99	33
1,6	1,31	0,642	142,85	33
2,0	1,64	0,550	122,38	33
2,4	1,97	0,477	106,13	33
2,8	2,30	0,420	93,45	33
3,2	2,63	0,374	83,22	33	46,87	Глина полутвёрдая
3,6	2,96	0,337	74,98	33
4,0	3,27	0,306	68,09	33
4,4	3,62	0,280	62,30	33
4,8	3,95	0,258	57,41	33
5,2	4,28	0,239	53,18	33
5,6	4,61	0,223	49,62	33
6,0	4,94	0,208	46,28	33
6,4	5,27	0,196	43,61	33

Определение осадок:

Осадка 4 слоя:

S₄=[(222,50+217,38)/2*33+(217,38+196,02)/2*33+(196,02+167,99)/2*33+

+(167,99+142,85)/2*33+(142,85+122,38)/2*33+(122,38+106,13)/2*33+ +(106,13+93,45)/2*33+(+)/2*33+(+)/2*33+] 0,8/35586=0,82 (см)

Осадка 5 слоя:

S₅=[(93,45+83,22)/2*33+(83,22+74,98)/2*33+(74,98+68,09)/2*33+

+(68,09+62,30)/2*33+(62,30+57,41)/2*33+(57,41+53,18)/2*33+ +(53,18+49,62)/2*33+(49,62+46,28)/2*33+

+(46,28+43,61)/2*33] 0,8/17917=0,83 (см)

Полная осадка основания фундамента: S=0,82+0,83=1,65 (см)

Предельно допустимая осадка для здания рассмотренного типа составляет 10 см по СНиП 2.02.01. - 83.

S_а=1,65 см<S_доп=10 см, следовательно при принятом размере фундамента требования СНиП 2.02.01. - 83 выполнены.

Под «стену Б»:

1	Растит.слой	l1=0,85 м
2	Супесь пластичная	l2=2,13 м
3	Супесь текучая	l3=3,02 м
4	Песок средней плотности средней крупности нас. водой	l4=3,13 м
5	Глина полутвёрдая	l5=5,87 м

Ширина подошвы фундамента b=1,75 м; глубина заложения d=6,6 м; среднее давление под подошвой P=352,27 кПа.

Расчёт осадки фундамента ведётся в табличной форме.

Определяем величину действующего по подошве фундамента дополнительного давления:

у_zр,0=Р-у_zq,0

где Р-среднее фактическое давление по подошве фундамента.

у_zq,0-природное давление на отметке подошвы фундамента.

у_zq,0=0,85*16,5+2,13*19,7+3,02*9,88+0,6*10,56=92,16 кПа

Тогда у_zр,0=352,27-92,16 =260,11 кПа

Вычисляем ординаты эпюры природного давления и вспомогательной эпюры 0,2у_zq, с помощью которой графическим методом находим положение нижней границы сжимаемой толщи.

на поверхности: у_zq=0; 0,2у_zq=0

на границе 1и2 слоёв: у_zq¹=0,85*16,5=14,03 кПа; 0,2у_zq=2,81 кПа

на границе 2и3 слоёв: у_zq²=14,03+2,13*19,7=55,99 кПа; 0,2у_zq=11,20кПа

на границе 3и4 слоёв: с учётом г_взв=(26,8-10)/(1+0,7)=9,88 кН/м³

у_zq³=55,99+3,02*9,88=85,83 кПа; 0,2у_zq=17,17кПа

на границе 4и5 слоёв: с учётом г_взв=(27-10)/(1+0,61)=10,56 кН/м³

у_zq⁴=85,83+3,13*10,56=118,88 кПа; 0,2у_zq=23,78 кПа

5 слой является водоупором, поэтому на кровлю водоупора будет действовать давление не только от вышележащей толщи грунтов, но и от веса столба воды выше кровли этого слоя. Давление от воды:

P_w=г_w*h_w

на границе 4и5 слоёв:у_zq^5/=118,88+6,15*10 =180,38 кПа; 0,2у_zq=36,08 кПа

на глубине 15,0 метров:у_zq⁶=180,38+5,87*19,7=296,02 кПа;

0,2у_zq=59,20 кПа

Для построения эпюры изменения осадочного давления с глубиной по вертикальной оси, проходящей через центр фундамента, воспользуемся формулой:

у_zр= у_zр,0*б

где б-коэффициент рассеивания напряжений (определяется по табл. 1 прил. 2 СНиП 2.02.01. - 83 в зависимости от соотношения длины всего фундамента к его ширине, т.е. от формы фундамента).

Ординату z для грунтового основания ниже подошвы фундамента, для которой вычисляется у_zр, определяем по формуле:

ж=2*z/b, для n=l/b

где b-ширина подошвы фундамента, м.

l-длина всего фундамента, м.

Результаты вычислений сводим в таблицу:

ж	z=ж*b/2, мм	б	уzр, кПа	h, см	0,2уzq, кПа	Слои основания
0	0	1	260,11	0	36,08	Песок средней крупности средней плотности насыщ. водой
0,4	0,35	0,977	254,12	35
0,8	0,7	0,881	229,16	35
1,2	1,05	0,755	196,38	35
1,6	1,4	0,642	166,99	35
2,0	1,75	0,550	143,06	35
2,4	2,1	0,477	124,67	35
2,8	2,8	0,420	109,25	35	50,93	Глина полутвёрдая
3,2	3,15	0,374	97,28	35
3,6	3,5	0,337	87,66	35
4,0	3,85	0,306	79,59	35
4,4	4,2	0,280	72,83	35
4,8	4,55	0,258	67,11	35
5,2	4,9	0,239	62,17	35
5,6	5,25	0,223	58,00	35
6,0	5,6	0,208	54,10	35
6,4	5,95	0,196	50,98	35
6,8	6,3	0,185	48,12	35

Дополнительно определяем природное давление у_zq

на глубине 6,3 м. (3,77 метра в 5 слое)

у_zq=180,38+3,77*19,7 =254,65 кПа; 0,2у_zq=50,93 кПа

Определение осадок:

Осадка 4 слоя: S₄=[(260,11+254,12)/2*35+(254,12+229,16)/2*35+(229,16+196,38)/2*35+

+(196,38+166,99)/2*35+(166,99+143,06)/2*35+

+(143,06+124,67)/2*35] 0,8/35586=0,93 (см)

Осадка 5 слоя:

S₅=[(124,67+109,25)/2*35+(109,25+97,28)/2*35+(97,28+87,66) 2*35+

+(87,66+79,59)/2*35+(79,59+72,83)/2*35+(72,83+67,11)/2*35+

+(67,11+62,17)/2*35+(62,17+58,00)/2*35+(58,00+54,10)/2*35+

+(54,10+50,98)/2*35+(50,98+48,12)/2*35] 0,8/17917=0,97 (см)

Полная осадка основания фундамента получается суммированием осадок всех слоёв: S=0,93+0,97=1,9 (см)

Предельно допустимая осадка для здания рассмотренного типа составляет 10 см по СНиП 2.02.01. - 83.

S_а=1,9 см<S_доп=10 см, следовательно при принятом размере фундамента требования СНиП 2.02.01. - 83 выполнены.

ДS=(S_а-S_б)/l=(1,9-1,65)/250=0,001?ДS_доп=0,002,

Следовательно, при принятом размере фундамента требования СНиП 2.02.01. - 83 выполнены.

3.3 Определение осадки методом эквивалентного слоя.

Осадку определяем под наиболее нагруженной стеной, т.е.

Под «стеной Б»:

Ширина подошвы фундамента b=1,75 м; глубина заложения d=6,6 м; осадочное давление под подошвой у_zр,о=260,11кПа.



1	0,85	Раст. слой
2	2,13	Супесь пластичная
3	3,02	Супесь текучая
4	3,13	Песок ср. крупности ср. плотн. нас. водой
5	5,87	Глина полутвёрдая

Осадка фундамента методом эквивалентного слоя вычисляется по формуле:

S=h_экв*m_v*у_zp

где h_экв-мощность эквивалентного слоя, который определяется по формуле:

h_экв=А_н*b

где А_н-коэффициент эквивалентного слоя, учитывающий форму и жёсткость подошвы фундамента.

А_н =2,4, т.к. (н₀ =0,2 по табл. 7.2. С.Б. Ухов «Механика грунтов, оснований и фундаментов.»)

b-ширина подошвы фундамента, равная 1,75 м.

h_экв=2,4 *1,75=4,2 (м)

Сжимаемая толща грунта, которая оказывает влияние на осадку фундамента, принимается равной двум мощностям эквивалентного слоя:

Н=2* h_экв=2*4,2=8,4 (м)

Определяем средний коэффициент сжимаемости для всей сжимаемой толщи:

m_v=Уh_i*m_0i*z_i/2* h_экв²,

где h_i-толщина отдельных слоёв грунта до глубины Н;

m_0i-коэффициент относительной сжимаемости i-го слоя грунта;

z_i - расстояние от точки, соответствующей глубине Н, до середины рассматриваемого слоя.

Определяем коэффициент относительной сжимаемости для каждого слоя:

- для песка в=0,74; m₀= в/Е₀=0,74/35586=0,000021 кПа^-1

- для глины в=0,43; m₀= в/Е₀=0,43/17917=0,000024 кПа^-1

m_v=(2,53*0,000021*7,14+5,87*0,000024*2,94)/2*4,2²=0,000022 кПа^-1

Полная осадка фундамента:

S=4,2*0,000022*260,11=0,0246 м=2,46 см.

3.4 Выбор сваебойного оборудования

1. Определяем минимальную энергию удара молота по формуле:

Е_d=1,75бN_св

геологический фундамент заложение котлован

где б=0,025 кДж/кН

N_св-допустимая нагрузка, приходящуюся на одну сваю;

Е_d=1,75*0,025*294,57=12,89 кДж

Принимаем молот паровоздушный простого действия МПВП 3000, вес молота m₁=32,67 кН, а энергия удара молота Е_d=38,5 кДж.

Проверка 1: (m₁+m₂)/E_d?k_m

где k_m-коэффициент, принимаемый для железобетонных свай k_m=5

(32,67+9,72)/38,5=1,1? k_m=5

2. Определяем проектный отказ сваи по формуле:

S_a=[з*A*E_d/(m₁+m₂+m₃)]*[(m₁+е²(m₂+m₃))/(F_d/M)*(F_d*M+з*A)]

где з - коэффициент, принимаемый в зависимости от материала свай: для железобетонных свай з=1500 кПа;

А - площадь поперечного сечения сваи, А=0,09 м²;

Е_d - энергия удара молота, Е_d=38,5 кДж;

m₁-полный вес молота, m₁=32,67 кН;

m₂-вес сваи и наголовника, m₂=9,72 кН;

m₃-вес подбабка, m₃=0

е² - коэффициент восстановления удара молота: для молотов ударного действия е²=0,2;

F_d-несущая способность сваи, F_d=432,4 кН;

М-коэффициент, зависящий от способа забивки сваи: для удара молота М=1;

S_a=[1500*0,09*38,5/(32,67+9,72)]*

*[(32,67+0,2*9,72)/(432,4/1)*(432,4*1+1500*0,09)]=0,003 м

Проверка 2: S_a?0,002 м

S_a=0,003 м?0,002 м

4. Проектирование котлована

4.1 Технико-экономическое сравнение вариантов фундаментов

№ вар-та	Вид работ	Наименование процесса	Объём работ, м3	Расценки 1 м3, руб.	Стоимость, руб.
1	1. Земляные работы.	Разработка грунта под фундаменты	При глубине выраб. до 2 м	3,60	3,60
			Более 2 м, на каждые 0,5 м	+10%	0,36
			При ширине больше 1м3	+7%	557,69
	2. Устройство фундаментов.	Устройство фунд. подушек	86,31	46,50	4013,42
		Устройство фунд. блоков	104,33	36,00	3755,81
		Устройство песчаной подушки	1137,15	7,20	8187,42
	Общая стоимость	У=16518,36
2	1. Земляные работы.	Разработка грунта под фундаменты	При глубине выраб. до 2 м	3,60	3,60
			Более 2 м, на каждые 0,5 м	+10%	0,36
			При ширине больше 1м3	+7%	384,82
	2. Устройство фундаментов.	Устройство ж/б свай, дл. до 12 м.	93,05	88,40	8225,51
		Устройство ростверка	74,93	31,10	2330,39
	Общая стоимость	У=10944,68

16518 руб. 42 коп.>10944 руб. 68 коп.

Принимаем второй вариант-устройство свайных фундаментов, т.к. он наиболее экономичен.

Список используемой литературы

1. Веселов В.А. Проектирование оснований и фундаментов (основы теории и примеры расчёта). М.: Стройиздат., 1978.

2. Ухов С.Б. Механика грунтов, основания и фундаменты. М.: Стройиздат., 1994.

3. СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений. Нормы проектирования. М.: Стройиздат., 1982.

4. СНиП ||-6-74. Нагрузки и воздействия. Нормы проектирования. М.: Стройиздат., 1976.

5. СНиП ||-|-82. Строительная климатология и геофизика. Нормы проектирования. М.: Стройиздат., 1983.

6. СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты. М.: Стройиздат., 1986.

Размещено на Allbest.ru