Фундаменты мелкого и глубокого заложения
Учреждение образования
Белорусский государственный университет транспорта
Факультет безотрывного обучения
Кафедра «Строительные конструкции, основания и фундаменты»
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовому проекту по дисциплине
«Основания и фундаменты»
на тему:
«Фундаменты мелкого и глубокого заложения»
Гомель 2009
СОДЕРЖАНИЕ
1. Исходные данные. Оценка инженерно-геологических условий площадки
1.1 Назначение и конструктивные особенности подземной части здания
1.2 Характеристика площадки, инженерно-геологические и гидрологические условия
1.3 Строительная классификация грунтов площадки
1.4 Оценка строительных свойств грунтов площадки и возможные варианты фундаментов здания
2. Фундаменты мелкого заложения
2.1 Выбор типа и конструкции фундаментов. Назначение глубины заложения фундаментов.
2.2 Расчет фундаментов
2.3 Расчет осадки фундамента
2.4 Расчет осадки фундамента во времени
3. Вариант свайных фундаментов
3.1 Выбор типа и конструкции свай и свайного фундамента. Назначение глубины заложения ростверка.
3.2 Определение несущей способности сваи и расчетной нагрузки, допускаемой на сваю по грунту основания и прочности материала сваи. Определение количества свай в фундаменте. Проверка фактической нагрузки, передаваемой на сваю
3.3 Расчет осадки свайных фундаментов
4. Сравнение вариантов фундаментов и выбор основного
4.1 Подсчет объемов работ и расчет стоимости устройства одного фундамента по первому и второму вариантам
4.2 Технико-экономическое сравнение вариантов и выбор основного
4.3 Рекомендации по производству работ, технике безопасности, охране окружающей среды (по выбранному варианту)
Список литературы
1. Исходные данные. Оценка инженерно-геологических условий площадки
1.1 Назначение и конструктивные особенности подземной части здания
Проектирование фундаментов является одним из сложных вопросов проектирования конструкций зданий и сооружений. При проектировании инженер решает сам вопрос о выборе материала, из которого будет выполняться конструкция. При проектировании фундаментов необходимо считаться с имеющимися грунтами на площадке строительства и использовать их строительные качества, с тем, чтобы принять их рациональное решение.
При хороших грунтах и грунтах среднего качества получают сравнительно небольшие деформации, возникающие при развитии осадок фундаментов, т.е. обеспечивается надежное положение здания или сооружения. Такие грунты называются «надежными». В этом случае существенно упрощается задача проектирования фундаментов. Однако иногда приходится пересматривать надземных и подземных конструкций, если первоначальное их решение приводит к значительному удорожанию фундаментов.
При проектировании фундаментов в сложных грунтовых условиях необходимо учитывать совместную работу грунтов основания и надземных конструкций.
Проектирование оснований и фундаментов промышленных и гражданских зданий производят в соответствии с СНБ 5.01.01-99 «Основания и фундаменты зданий и сооружений».
1.2 Характеристика площадки, инженерно-геологические и гидрогеологические условия
Оценка инженерно-геологических условий строительной площадки начинается с изучения напластования грунтов. Для этого по исходным данным строим геологический разрез (уч. шифр 391). В колонке скважина фиксируем уровень воды и указываем водоупорный слой (Таблица 1).
Таблица 1. Геологический разрез по скважине.
№ грунта |
Мощность, м | Глубина подошвы слоя, м | Абсолютная отметка подошвы слоя, м | Скважина, м | Условные обозначения | Наименование грунта |
1 | 0,2 | 0,2 | 139.8 |
Почвенный слой |
||
2 | 4,0 | 4.2 | 135.8 | Песок мелкий | ||
3 | 3,0 | 7.2 | 132.8 | Суглинок | ||
4 | 5,0 | 12,2 | 127.8 |
132.1 |
Песок средней крупности |
|
5 | 4,0 | 16.2 | 125.8 | Глина |
1.3 Строительная классификация грунтов площадки
В механике грунтов выделяют два существенно различающихся по своим механическим свойствам основных класса грунтов: скальные и нескальные.
Скальными называют твердые горные породы, которые в невыветренном состоянии и при отсутствии тектонической раздробленности и трещиноватости отличаются очень малой сжимаемостью и значительной прочностью.
Нескальными – грунты, состоящие из легко разделяющихся в воде несцементированных или слабо сцементированных обломков горных пород и минеральных частиц различной крупности. Они образуют пористые толщи, часто достигающие значительной мощности.
На площадке по исходным данным имеются глинистые грунты, а именно суглинок и глина. Мощность почвенного слоя составляет 0,2 м. Отметка уровня подземных вод равна 132,1 м, и по данным геологического разреза грунтовые воды находятся в слое песка, под которым находится слой глины – водоупора.
1.4 Оценка строительных свойств грунтов площадки и возможные варианты фундаментов здания
Для качественной оценки строительных свойств грунтов производится их классификация согласно ГОСТ 25100-82. По исходным данным в таблице 2 вычисляем характеристики физических свойств, к которым относятся:
- для песчаных грунтов – коэффициент пористости и степень влажности;
- для пылевато-глинистых грунтов – число пластичности, показатель текучести, коэффициент пористости и степень влажности;
Коэффициент пористости (отношение объема пор к объему частиц грунта) определяется по формуле:
где - плотность частиц грунта;
– плотности грунта;
w – природная влажность в долях единицы;
Степень влажности грунта определяется по формуле:
где - плотность воды, 1г/см3;
– коэффициент пористости;
Типы пылевато-глинистых грунтов устанавливают по числу пластичности определяемому по формуле:
где – влажность на границе текучести;
– влажность на границе раскатывания;
Показатель текучести пылевато-глинистых грунтов находится по формуле:
По значениям характеристик физических свойств грунтов, определяющих их тип и разновидность выписываются из соответствующих таблиц СНиП 2.02.01-83
Значения угла внутреннего трения φ, удельного сцепления С, модуля деформации Е, и расчетного сопротивления грунта .
Оценка строительных свойств грунтов приведена в таблице 2.
Таблица 2.
№ слоя | Плотность частиц | Плотность | Влажность | Граница теку- чести | Граница раскатывания | Относительная просадочность | Относи- тельное набухание | Показатель пластичности | Показатель теку- чести | Коэффициент пористости | Степень водонасыщенности | Наименование грунта по ГОСТу |
Угол внутреннего трения | Удельное сцепление | Модуль деформации | Расчетное сопротивление |
rs г/см | r d г/см | W | W L % | W P % | Еse | Еsw | IP | IL | e | Sr | jn град | Cп кПа | E | R кПа | ||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 |
1 | - | 1, 5 | - | - | - | - | - | 0 | - | - | - | - | - | - | - | - |
2 | 2,66 | 1,90 | 0,12 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0.57 | 0.56 | Песок мелкий плотный | 36 | 4.0 | 38 | 400 | ||
3 | 2,70 | 1,94 | 0,26 | 30 | 20 | 10 | 0.60 | 0.75 | 0.94 | Суглинок мягкопластичный | 18 | 20 | 12 | 200 | ||
4 | 2,66 | 2.00 | 0,25 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0.66 | 1.00 | Песок средней плотности | 35 | 1.0 | 30 | 400 | ||
5 | 2.73 | 1.92 | 0,32 | 47 | 27 | 20 | 0.25 | 0.87 | 1.00 | Глина полутвердая | 20 | 68 | 14 | 280 |
2. Фундаменты мелкого заложения
2.1 Выбор типа и конструкции фундаментов. Назначение глубины заложения фундаментов
Тип фундамента выбирается в зависимости от характера передачи нагрузки на фундамент: под стены зданий обычно устраиваются ленточные фундаменты из сборных элементов, под сборные железобетонные колонны — отдельные фундаменты стаканного типа.
Глубина заложения фундамента зависит от многих факторов. Определяющими из них являются:
- инженерно-геологические и гидрологические условия площадки и положение несущего слоя грунта;
- глубина промерзания грунта, если в основании залегают пучинистые грунты;
- конструктивные особенности подземной части здания.
Глубину заложения ленточного фундамента Ф1 назначаем по конструктивным соображениям на 0.4 м ниже пола подвала т.е. -3.4м;
Глубину заложения фундамента Ф3 назначаем по конструктивным соображениям, верх стакана должен быть на 0.1 м ниже пола подвала (высоту фундамента принимаем 1.2м с глубиной стакана 0.9 м) т.о.
Отметка подошвы фундамента Ф3: -3.00-0.1-1.2= -4.3м;
2.2 Расчет фундаментов
В соответствии п. 4.2 СНБ 5.01.01-99 основания фундаментов должны рассчитываться по двум группам предельных состояний: первая группа — по несущей способности, вторая — по деформациям.
Расчет фундамента Ф1
Размеры подошвы фундамента зависят от ряда связанных между собой параметров и устанавливаются путем последовательного приближения. В порядке первого приближения площадь подошвы фундамента А определяется по формуле:
Где – Расчетная нагрузка в плоскости обреза фундамента для расчета основания по предельному состоянию второй группы;
– Расчетное сопротивление грунта, залегающего под подошвой фундамента;
- Осредненное значение удельного веса материала фундамента и грунта на его уступах, принимается равным 20 кН/м3;
– глубина заложения фундамента от уровня планировки, м.
– 150 кН; – 24 кНЧм;
– 200 кПа; - 3.4 м.
Принимаем ширину подошвы фундамента 1.2м.
По расчетному сопротивлению глубина заложения - 4.0 м удовлетворяет. Фундамент будет располагаться во втором слое – песка мелкого плотного с
R= 400 кПа, который может быть несущим.
Определим суммарные нагрузки и воздействия на подошве фундамента:
Боковое давление грунта на отметке планировки:
На отметке подошвы фундамента:
Где = 16 кН/м2 удельный вес грунта засыпки;
- приведенная толщина эквивалентного веса временной нагрузки;
Где = 10 кН/м2 временная нагрузка на поверхности планировки;
d – глубина заложения фундамента, относительно поверхности земли, -2.4м.
- Осредненное значение угла сдвига грунта засыпки, принимаем 24˚;
Равнодействующая бокового давления грунта засыпки на стену подвала расчетной длиной 1.0 м:
Точка приложения равнодействующей:
- Нормальная вертикальная нагрузка:
Где - расчетная нагрузка от веса фундамента;
- расчетная нагрузка от веса грунта на консоли подушки;
- Момент в плоскости подошвы фундамента:
Где - момент в плоскости обреза фундамента, 24 кН*м (по заданию);
Проверка напряжений в основании фундамента:
(менее 10%)
(12)
где P – среднее давление под подошвой фундамента, кПа;
– соответственно максимальное и минимальное значение краевого давления по подошве внецентренно нагруженного фундамента, определяется по формуле:
(14)
условие 3 не выполняется, необходимо увеличение ширины фундамента, принимаем ширину подошвы фундамента 1.5м;
Тогда
- расчетное сопротивление грунта основания кПа, находится по формуле:
, (16)
где
gс1 = 1,3 (зависит от типов грунтов)
gс2 = 1,15 (зависит от соотношения L/H и интерполировать по данным
таблицы В.1 СНБ 5.01.01-99)
k = 1
МY = 1.81
Mq = 8.24 зависят от j по таблице В.2
MC = 9.27
kz = 1
dI = 2.4 (глубина заложения фундаментов без подвальных сооружений от уровня планировки или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов)
кПа
Р = 141.5 кПа Ј 593.4 кПа
Pmax =255.6 кПа Ј 1,2 * 593.4 кПа
Pmin = 27.4 кПа > 0
Рисунок 1. Расчетная схема фундамента Ф1.
Окончательно принимаем ширину подошвы фундамента Ф1 1.5м, толщину стены фундамента 0.6 м из блоков ФБС.
Расчет фундамента Ф3
Размеры подошвы фундамента:
–3400 кН
– 400 кПа; – 1.2 м.
Принимаем размеры подошвы фундамента кратными 300мм
Площадь подошвы = 9.9 м2.
Высоту фундамента принимаем 1200 с глубиной стакана 900 мм.
- Нормальная вертикальная нагрузка:
- Среднее давление под подошвой фундамента, кПа;
-Максимальное и минимальное напряжение в основании фундамента:
Проверка напряжений в основании фундамента:
Условие:
Р = 367.4 кПа Ј 400 кПа (< 10%)
Pmax == 367.4 кПа Ј 1,2 * 400.41 = 480.5 кПа
Pmin = = 367.4 кПа > 0
Выполняется.
Окончательно для фундамента Ф3 оставляем размер подошвы 3.3 х 3.0 м.
2.3 Расчет осадки фундамента мелкого заложения
Значение конечной осадки фундамента определяется по методу послойного суммирования по формуле:
Где s – конечная (стабилизированная) осадка фундамента;
– осадка i – слоя грунта основания;
- безразмерный коэффициент принимаемый 0.8;
n – число слоев, на которое разбита сжимаемая толща основания;
- среднее значение дополнительного напряжения в i-слое грунта;
- толщина i- го слоя;
- модуль деформации i –го слоя грунта.
Расчет осадки производится в такой последовательности:
На геологический разрез наносят контур фундамента;
Толщу основания делят на слои ах некоторой ограниченной глубины (ориентировочно 4-кратной ширины подошвы фундамента). Толщину слоем принимают 0.4 ширины фундамента (;
Вычисляют значения вертикального напряжения от собственного веса грунта на границах выделенных слоев по оси Z, проходящей через центр подошвы фундамента, по формуле:
где – напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента;
- удельный вес грунта, залегающего выше подошвы фундамента;
– глубина заложения фундамента от поверхности природного рельефа;
- соответственно удельный вес и толщина i-го слоя грунта.
Удельный вес грунта, залегающего ниже уровня подземных вод, но выше водоупора, принимается с учетом взвешивающего действия воды. При определении в водоупорном слое следует учитывать давление столба воды;
Определяют дополнительные вертикальные напряжения на границах выделенных слоев по оси Z, проходящей через центр подошвы фундамента по формуле:
Где - коэффициент принимаемый по табл. I прил.2 СНиП 5.01.01-99;
– дополнительное вертикальное давление на основание;
P – среднее давление под подошвой фундамента;
Устанавливают нижнюю границу сжимаемой толщи грунта основания, принимая ее на глубине z = hc, где выполняется условие:
Вычисляют значение деформации каждого слоя сжимаемой толщи, а затем определяют осадку фундамента суммированием деформаций отдельных слоев.
Расчет осадки фундамента Ф1:
l Ч b = 1Ч1.5 м.
Напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента: