Расчет и проектирование фундаментов в городе Косомольск-на-Амуре
Для каждого слоя грунта в пределах глубины сжимаемой толщи по данным испытания определяют модуль деформации по формуле
,
(7.6)
где b - поправочный коэффициент, принимаемый для суглинков- 0,5, для глины - 0,4; супесей – 0,7; пылеватых и мелких песков – 0,8.
mv – коэффициент относительной сжимаемости, кПа-1;
(7.7)
Величину осадки определяют по формуле
,
(7.8)
где b - корректирующий коэффициент;
szрi – среднее значение дополнительного напряжения в i-ом слое грунта, кПа;
hi – толщина i-го слоя грунта, м;
n – число слоев, на которые разбита сжимающая толща.
4) Производится сравнение величин расчетных осадок с предельными. Если условие 7.1. не соблюдается, изменяем глубину заложения или параметры фундамента (геометрические
7.1 Расчет осадки в сечении 1-1
Строим эпюру szq от собственного веса грунта по формуле (7.2.).
Начальная точка будет находиться в месте пересечения оси фундамента с землёй.
Вертикальные напряжения от собственного веса грунта szq, на границах слоёв находим по формуле
szq
=
,
(7.9)
где:
,
hi –
соответственно
удельный вес
и толщина i-того
слоя грунта.
На поверхности земли: szq0 =0;
Под фундаментом: szq1 = 1,52Ч17,93 = 27,25 кПа; 0,2s1zq=5,45кПа.
На контакте 1 и 2 слоёв: szq2 = 0,78Ч17,93+27,25 =41,24 кПа; 0,2s2zq=8,25кПа.
На контакте 2 и 3 слоёв: szq3 = 2,6Ч18,62+41,24 = 89,64 кПа; 0,2s3zq=17,93кПа.
Па контакте 3 и УГВ: szq4 = 0,2Ч19,6+89,64 = 93,56 кПа; 0,2s4zq=18,71кПа.
На контакте 3 и 4 слоёв: szq5 = 2Ч9,8+93,56 = 113,16 кПа; 0,2s5zq=22,63кПа.
На контакте 4 и 5 слоёв: szq6 = 4Ч9,8+113,16 = 152,36 кПа; 0,2s6zq=30,47кПа.
На последнем слое: szq7 = 3,5Ч11,4+152,36 = 192,26 кПа; 0,2s7zq=38,45кПа.
Строится эпюра дополнительных напряжений szр.
Расчет эпюры дополнительных напряжений сводим в таблицу 7.1.
где Рср – среднее давление под подошвой фундамента, кПа;
σzg,0 – вертикальное напряжение от собственного веса грунта в уровне подошвы фундамента, кПа;
Po = 105,5-27,25 = 78,2 кПа.
Найдем коэффициенты относительной сжимаемости и модули деформации по формулам (7.6) и (7.7)
;
;
;
;
;
;
;
;
;
;
Расчет эпюры дополнительных напряжений сводим в таблицу 7.1.
Таблица 7.1- Распределение напряжений по оси фундамента
| Наименование грунта | h=xb/2,м | x=2h/b | a | szр | 0,2 szq,кПа |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| Песок пылеватый |
0 0,4 |
0 0,4 |
1 0,977 |
78,2 76,4 |
8,25 |
| Супесь тугопластич. |
0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8 3,2 |
0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8 3,2 |
0,881 0,755 0,642 0,550 0,477 0,420 0,374 |
68,9 59,0 50,2 43,0 37,3 32,8 29,2 |
17,93 |
| Песок мелкий |
3,6 4,0 4,4 |
3,6 4,0 4,4 |
0,337 0,306 0,280 |
26,4 23,9 21,9 |
22,63 |
Окончательно величина осадки рассчитывается по формуле (7.8):
Сравниваем значение величины осадки с предельным. По приложению 4 [3] предельное значение осадки равно 8 см, что больше полученного значения 1,61 см, следовательно площадь фундамента и глубина заложения подобраны верно.
Рисунок 7.1 – Осадка в сечении 1-1
7.2 Расчет осадки в сечении 2-2
Расчет для линейно деформируемого слоя производят в следующем порядке:
Слева от оси, проходящей через середину подошвы фундамента, строим эпюру напряжений szq от собственного веса грунта. Эпюру дополнительных вертикальных напряжений строят справа от оси действия нагрузок.
Эпюра природных напряжений аналогична сечению I – I.
Напряжения от собственного веса грунта такие же как и в сечении I – I.
Значение дополнительных напряжений на уровне подошвы фундамента будут равны:
,
Р0 = 139,7-27,25 = 112,45 кПа
2) Находим дополнительные напряжения σzp и запишем в таблицу 7.2.
Таблица 7.2- Расчет эпюры дополнительных напряжений szр
| Наименование грунта | h=xb/2,м | x=2h/b | a | szр | 0,2 szq,кПа |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| Песок пылеватый |
0 0,4 0,8 |
0 0,4 0,8 |
1 0,977 0,881 |
112,4 109,8 99,0 |
8,25 |
| Супесь тугопластич. |
1,2 1,6 2,0 2,4 2,8 3,2 |
1,2 1,6 2,0 2,4 2,8 3,2 |
0,755 0,642 0,550 0,477 0,420 0,374 |
84,9 72,2 61,8 53,6 47,2 42,0 |
17,93 |
| Песок мелкий |
3,6 4,0 4,4 4,8 5,2 5,6 |
3,6 4,0 4,4 4,8 5,2 5,6 |
0,337 0,306 0,280 0,258 0,239 0,223 |
37,9 34,4 31,5 28,9 26,9 25,1 |
22,63 |
| Глина полутвердая | 6,0 | 6,0 | 0,208 | 23,4 | 30,47 |
3).Окончательная величина осадки рассчитывается по формуле (7.8)
4) Сравниваем значение величины осадки с предельным. По приложению 4 [3] предельное значение осадки равно 8 см, что больше полученного значения 2,61см, следовательно площадь фундамента и глубина заложения подобраны верно.
Рисунок 7.2 – Осадка в сечении 2-2
7.3 Расчет осадки в сечении 3-3
Расчет для линейно деформируемого слоя производят в следующем порядке:
Эпюра напряжений szq от собственного веса грунта такая же как в первых двух сечениях.
2) Строим эпюру дополнительных напряжений szр.
Значение дополнительных напряжений на уровне подошвы фундамента
,
Po = 136,83-27,25 = 109,58 кПа.
Расчет эпюры дополнительных напряжений szр сводим в таблицу 7.3.
Таблица 7.3- Расчет эпюры дополнительных напряжений szр
| Наименование грунта | h=xb/2,м | x=2h/b | a | szр | 0,2 szq,кПа |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| Песок пылеватый |
0 0,4 0,8 |
0 0,4 0,8 |
1 0,977 0,881 |
109,6 107,1 96,6 |
8,25 |
| Супесь тугопластич. |
1,2 1,6 2,0 2,4 2,8 3,2 |
1,2 1,6 2,0 2,4 2,8 3,2 |
0,755 0,642 0,550 0,477 0,420 0,374 |
82,7 70,4 60,3 52,3 46,0 40,9 |
17,93 |
| Песок мелкий |
3,6 4,0 4,4 4,8 5,2 5,6 |
3,6 4,0 4,4 4,8 5,2 5,6 |
0,337 0,306 0,280 0,258 0,239 0,223 |
36,9 33,5 30,7 28,3 26,2 24,4 |
22,63 |
| Глина полутвердая | 6,0 | 6,0 | 0,208 | 22,8 | 30,47 |
3) Окончательная величина осадки рассчитывается по формуле 7.7.
4) Сравниваем значение величины осадки с предельным. По приложению 4 [3] предельное значение осадки равно 8 см, что больше полученного значения 2,54 см, следовательно площадь фундамента и глубина заложения подобраны верно.
Рисунок 7.3 – Осадка в сечении 3-3
Вывод: В результате расчета фундаментов по второй группе в выбранных сечениях допустимая деформация больше, чем полученные расчётные значения.
7.4 Расчет затухания осадки во времени для сечения 1-1
Т.к. двухсторонняя фильтрация используем случай 0-1.
Расчет ведут методом эквивалентного слоя при слоистой толще грунтов в следующей последовательности:
Полную стабилизированную осадку определяем по формуле
,
(7.11)
где hэ - мощность эквивалентного слоя, м;
mvm – средний коэффициент относительной сжимаемости грунта, МПа-1;
определяют мощность эквивалентного слоя по формуле
hэ = Awmb, (7.12)
где Awm – коэффициент эквивалентного слоя, зависящий от коэффициента Пуассона, формы подошвы, жесткости фундамента принимаемый по табл. 6.10 ,
Awm=2,4 (для пылевато-глинистых грунтов);
hэ = 2,4 Ч 2 = 4,8м
Н = 2 hэ = 2 Ч4,8 = 9,6 м
Рисунок 7.4
определяют средний относительный коэффициент сжимаемости по формуле:
,
(7.13)
где hi – толщина i-го слоя грунта, м;
mni – коэффициент относительной сжимаемости i-го слоя, МПа-1;
zi – расстояние от середины слоя i-го слоя до глубины 2hэ, м.
4) По формуле (7.11.) найдем осадку
5) Определяют коэффициент консолидации по формуле
,
(7.14)
где gw – удельный вес воды, кН/м3;
Кфт – средний коэффициент фильтрации, определяемый по формуле
,
(7.15)
где Н – мощность сжимаемой толщи, м;
kфi - коэффициент фильтрации i-го слоя грунта, см/год.
,
6) Вычислим время, необходимое для уплотнения грунта до заданной степени по формуле
(7.16)
год
= 0,23N суток
= 5,52N ч
Задаемся значениями U по таблице V.4[14], значения N для трапецеидального распределения уплотняющих давлений определяют по формуле
(7.17)
где I- величина интерполяционных коэффициентов по таблице V.5.
Данные сводим в таблицу 7.4.
Таблица 7.4
| U | N | t = NT | St = SU |
0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 |
0,06 0,15 0,27 0,42 0,6 0,82 1,1 1,5 2,2 |
0,014 0,035 0,06 0,097 0,138 0,189 0,253 0,345 0,506 |
0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 |
Расчет затухания осадки во времени для сечения 2-2
Расчет ведут методом эквивалентного слоя при слоистой толще грунтов в следующей последовательности:
определяют мощность эквивалентного слоя по формуле(7.12.)
hэ = 2,4Ч1,4 = 3,36 м
Н = 2 hэ = 2 Ч 3,36 = 6,72 м
Рисунок 7.5
Определяют средний относительный коэффициент сжимаемости по формуле(7.13.)
По формуле (7.11.) найдем осадку
Находим средний коэффициент фильтрации по формуле(7.15.)
,
Определяют коэффициент консолидации по формуле(7.14.):
,
Вычислим время, необходимое для уплотнения грунта до заданной степени по формуле (7.16)
год
=0,9N суток
=21,6N ч,
Расчет осадки St сводим в таблицу 7.5.
Таблица 7.5 - Расчёт затухания осадки
| U | N | t = NT | St = SU |
|
0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 |
0,06 0,15 0,27 0,42 0,6 0,82 1,1 1,5 2,2 |
0,054 0,135 0,243 0,378 0,54 0,738 0,99 1,35 1,98 |
0,23 0,46 0,69 0,92 1,15 1,38 1,61 1,84 2,07 |
Вывод: так как осадки во всех сечения не превышают предельных значений, то размеры фундаментов и их глубина заложения рассчитаны верно.
Рисунок 7.7– График затухания осадок во времени
8 Конструирование фундаментов
После геодезической разбивки осей здания производят установку железобетонных плит для ленточных фундаментов. Сборные фундаменты состоят из ленты, собираемой из железобетонных плит (ФЛ 20.12), и стены, собираемой из бетонных блоков. Фундаментные железобетонные плиты укладываются сплошь по длине стены.
Плиты армируют одиночными сетками или плоскими арматурными блоками, собираемыми из двух сеток: верхней, имеющей маркировочный индекс К, и нижней — С. Рабочая арматура — стержневая горячекатаная периодического профиля из стали класса A-III и проволока периодического профиля из стали класса Вр-1. Распределительная арматура — гладкая арматурная проволока из стали класса B-I.
Для обеспечения пространственной жесткости сборного фундамента предусматривают связь между продольными и поперечными стенами путем привязки их фундаментными стеновыми блоками или закладки в горизонтальные швы сеток из арматуры диаметром 8-10мм. От поверхностных и подземных вод стены защищают путем устройства отмосток и укладки горизонтальной гидроизоляции на уровне не ниже 5 см от поверхности отмостки и не выше 30 см от подготовки пола подвала. Внешняя поверхность подвальных стен защищается обмазочной изоляцией в один или в два слоя.
Защита наземных помещений от грунтовой сырости ограничивается устройством по выровненной поверхности всех стен на высоте 15—20 см от верха отмостки или тротуара непрерывной водонепроницаемой прослойки из жирного цементного раствора или одного-двух слоев рулонного материала на битуме. Этот слой составляет с бетонной подготовкой пола одно целое. В местах понижения пола устраивают дополнительную изоляцию. Для защиты подвальных и заглубленных помещений во влажных грунтах обмазку делают по оштукатуренной цементным раствором поверхности стены.
Поверхности стен подвалов защищают горизонтальной водонепроницаемой прослойкой в стене, доходящей до пола подземного помещения или подвала. Изоляцией полов подвала при низком уровне вод служит сам бетонный слой.
9. Схема производства работ
Рисунок 9.1- Размеры котлована
Размеры дна котлована в плане определяются расстояниями между наружными осями сооружения, расстояниями от этих осей до крайних уступов фундаментов, размерами дополнительных конструкций, устраиваемых около фундаментов с наружных сторон и минимальной шириной зазора (позволяющей заводить подземные части сооружения) между дополнительной конструкцией и стенкой котлована. Размеры котлована поверху складываются из размеров дна котлована, ширины откосов или конструкций крепления стенок и зазора между гранями фундаментов и откосов. Глубина котлована определяется отметкой заложения фундамента.
Рабочий слой основания предохраняют от нарушений защитным слоем грунта, который снимают только перед введением фундамента. Для отвода атмосферных осадков поверхность защитного слоя выполняется с уклоном в сторону стенок, а по периметру котлована устраиваются водоотводные канавки с уклоном в сторону приямков из которых по мере необходимости откачивают воду. Устройство канавок и зумпфов и откачка из воды производятся с соблюдением требований открытого водопонижения.
Для доставки материалов, деталей и транспортирования механизмов в котлован предусматривают спуски. Устойчивость стенок котлована обеспечивается различными видами креплений или приданием им соответствующих уклонов. Способ крепления зависит от глубины котлована, свойств и напластования грунтов, уровня и дебита подземных вод, условий производства работ, расстояния до существующих строений.
Возведение фундаментов и подземных элементов, а также засыпка пазух котлованов должны производиться сразу же вслед за разработкой грунта
Котлованы с естественными откосами устраивают в маловлажных устойчивых грунтах. При глубине котлована до 5 м стенки могут выполняться без крепления, но с уклоном и крутизной откосов, которые указаны в табл.
Крепление котлованов осуществляется шпунтовыми стенами. Деревянные шпунтовые ограждения (дощатые и брусчатые) применяют для крепления неглубоких котлованов (3...5 м). Дощатый шпунт при меняют для крепления неглубоких котлованов (3...5 м). Дощатым шпунт изготовляют из досок толщиной до 8 см, брусчатый — брусьев толщиной от 10 до 24 см. Длина шпунтин определяется глубиной их погружения, но, как правило, не превышает 8 м.
В процессе работы необходимо предохранять котлован от заполнения атмосферными осадками. Для этого следует проводить планировку поверхности вокруг котлована и обеспечить сток за пределы строительной площадки.
Разрабатывать грунт котлована и возводить фундамент нужно в сжатые сроки, не оставляя открыты дно котлована на продолжительное время (чем больше промежуток между окончанием земляных работ и устройством фундамента, тем сильнее разрушается грунт основания и откосы котлована).
После возведения фундамента, пазухи между стенами фундамента и котлована заполняется грунтом, укладываемого послойно с трамбовкой.
Для данного объема земляных работ нулевого цикла подбираем скреперный комплект землеройных машин: одноковшовый экскаватор Э1252 (с емкостью ковша 1,25м3), несколько скреперов Д – 498 (с емкостью ковша 7м3), бульдозеров Д3 – 18 (на базе трактора Т – 100), автосамосвалов ЗИЛ – ММ3 – 555.
При разработке котлована (см. рисунок 9.1) производят разработку грунта под жилое здание до отметки экскаватором ЭО 1621 с вместимостью ковша 0,15 м3. Для вывоза грунта используют автосамосвал ГАЗ-93А.
Плодородный слой почвы в основании насыпей и на площади, занимаемой различными выемками, до начала основных земляных работ должен быть снят в размерах, установленных проектом организации строительства и перемещен в отвалы для последующего использования его при рекультивации или повышении плодородия малопродуктивных угодий.
Запрещается использовать плодородный слой почвы для устройства перемычек, подсыпок и других постоянных и временных земляных сооружений
Заключение
В данном проекте был разработан наиболее рациональный фундамент под 4х-этажное жилое здание - ленточный фундамент мелкого заложения. Выбор рационального вида фундамента осуществили на основе технико-экономического сравнения двух вариантов фундаментов, наиболее часто используемых в строительстве фундаментов: мелкого заложения и свайного. Сравнение вариантов было сделано на основе их стоимости, установленной по укрупненным показателям для одного метра фундамента стоимость составила для ленточного фундамента – 791,03 руб., для свайного фундамента – 848,46 руб.
Ленточный фундамент устанавливают на отметке 128,6 м, то есть он располагается в песке пылеватом, средней плотности с R=150 кПа.
В результате расчетов приняты плиты марки ФЛ 20.12, ФЛ 14.12 и ФЛ 12.12, и стеновые блоки ФБС 12.4.6 и ФБС 12.4.3.
Для выбранного типа фундамента в трех характерных сечениях зданий был произведен расчет оснований по предельному состоянию 2 группы и сравнение полученных значений с предельными значениями равными 10 см: для сечения 1-1 осадка равна 1,61 см, для сечения 2-2 – 2,61 см, для сечения 3-3 – 2,54 см.
Было произведено конструирование фундамента; рассчитана схема производства работ нулевого цикла, а также даются краткие сведения об устройстве котлована.
Список использованных источников
Берлинов, М.В. Примеры расчета оснований и фундаментов: Учеб. для техникумов/ М.В. Берлинов, Б.А. Ягупов. – М.: Стройиздат, 1986. – 173с.
Веселов, В.А. Проектирование оснований и фундаментов: Учеб. пособие для вузов / В.А.Веселов.- М.: Стройиздат, 1990. – 304с.
ГОСТ 25100-82. Грунты. Классификация. – М.: Стандарты, 1982.-9с.
Далматов, Б.И. Механика грунтов, основания и фундаменты/Б.И. Далматов. - Л.: Стройиздат, Ленингр. отд-ние, 1988.-415с.
Куликов, О.В. Расчет фундаментов промышленных и гражданских зданий и сооружений: Метод. указания по выполнению курсового проекта/ О.В.Куликов. – Братск: БрИИ, 1988. – 20с.
Механика грунтов/Б.И. Далматов [и др.]. – М.: Изд-во АСВ; СПб.: СПбГА-СУ, 2000. – 204с.
Механика грунтов, основания и фундаменты: Учеб.пособие для строит. спец. Вузов/С.Б. Ухов [и др.]. – М.: Высш.шк., 2004. – 566с.
Основания, фундаменты и подземные сооружения (Справочник проектировщика)/ под ред. Е.Н. Сорочана, Ю.Г, Трофимова. – М.: Стройиздат, 1985. – 480с.
Проектирование фундаментов зданий и подземных сооружений/Б.И. Далматов [и др.]. – М.: Изд-во АСВ; СПб.: СПбГА-СУ, 2006. – 428с.
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. – 48с.
СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия/Госстрой СССР. – М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986. – 36с.
СНиП 3.02.01-83. Основания и фундаменты/Госстрой СССР. – М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1983. – 39с.
Цытович, Н.А. Механика грунтов/Н.А. Цытович. – М.: Высш.шк., 1979. – 272с.
ГОСТ 25100-82. Грунты. Классификация. – М.: Стандарты, 1982.-9с
СНиП 2.02.04-88. Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах/Госстрой СССР. – М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1990. – 39с.