Грунты и основания

Министерство Образования Республики Беларусь

Белорусская Государственная Политехническая Академия

Кафедра: «Геотехника и экология в строительстве»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Расчет и конструирование фундаментов.

Выполнил: _____________.

Гр.112429 СФ

Проверил: Никитенко М.И.

Минск 2001

Содержание

Введение 3

2. Фундаменты мелкого заложения на естественном основании 4

2.1 Анализ физико-механических свойств грунтов пятна застройки 4

2.2. Выбор глубины заложения подошвы фундамента 8

2.3. Выбор типа фундамента и определение его размеров 10

2.4. Вычисление вероятной осадки фундамента 12

3. Свайные фундаменты 14

3.1. Основные положения по расчету и проектированию свайных

фундаментов 14

3.2. Расчет и конструирование свайных фундаментов 15

3.3. Расчет основания свайного фундамента по деформациям 18

3.4. Вычисление вероятной осадки свайного фундамента. 20

3.5. Устройство ограждающей стенки. 22

[pic]3.6. Последовательность выполнения работ на строительной площадке.

23

Введение

В данном курсовом проекте по дисциплине Механика грунтов,

основания и фундаменты рассчитаны и запроектированы фундаменты

мелкого заложения и свайные фундаменты. Приведены необходимые данные

по инженерно-геологическим изысканиям, схемы сооружений и

действующие нагрузки по расчетным сечениям. Расчет оснований и

фундаментов произведен в соответствии с нормативными документами

СниП 2.02.01-83 Основания и фундаменты

СниП 2.02.03-85 Свайные фундаменты

СниП 2.03.01-84 Бетонные и железобетонные конструкции

2. Фундаменты мелкого заложения на естественном основании

2.1 Анализ физико-механических свойств грунтов пятна застройки

Исходные данные для каждого из пластов, вскрытых тремя

скважинами:

Таблица 1

|Номер|Мощность |Плотнос|Плотнос|Влаж-|Пределы |Угол |Удельно|

|пласт|пласта по |ть |ть |ность|пластичност|внутренне|е |

|а |скважинам |частиц |грунта | |и |го |сцеплен|

| | |грунта |(, |W,% | |трения |ие |

| | |(s , |т/м3 | | |(( | |

| | |т/м3 | | | | |С , кПа|

| | | | |

| |1 |2 |3 |

| |2.67 |2,68 |2,65 |

|Плотность частиц грунта (s , т/м3 | | | |

| |2,1 |2,03 |2,08 |

|Плотность грунта (, т/м3 | | | |

| |8 |22 |17 |

|Природная влажность W , % | | | |

| |0,55 |0,97 |0,92 |

|Степень влажности Sr | | | |

| |- |10 |- |

|Число пластичности Jp | | | |

| |- |0,7 |- |

|Показатель текучести Jl | | | |

| |0,39 |0,61 |0,49 |

|Коэффициент пористости е | | | |

| |Песок |Суглинок |Песок |

|Наименование грунта и его физическое |гравелис|мягкопласти|пылеваты|

|состояние |тый |чный |й |

| |плотный | |плотный |

| |40 |27 |29 |

|Угол внутреннего трения (( | | | |

| |- |13 |- |

|Удельное сцепление С , кПа | | | |

Определим модуль деформации:

[pic] кПа ,

[pic] кПа ,

[pic]кПа

( - коэффициент зависящий от коэффициента Пуассона (:

[pic]

Где e1 – начальный коэффициент пористости;

cc – коэффициент сжимаемости;

[pic]

e1 – коэффициент пористости при P1=100 кПа

e2 – коэффициент пористости при P2=200 кПа

e3 – коэффициент пористости при P3=300 кПа

0,56-0,525

Cс1= =0.000175 кПа

200

[pic]

0,48-0,457

Cс2= =0.000115 кПа

200

[pic]

Cс3= 0,349-0,327 =0.00011 кПа

200

[pic]

2.2. Выбор глубины заложения подошвы фундамента

Минимальную глубины заложения подошвы фундамента предварительно

назначают по конструктивным соображениям.

Глубина заложения подошвы фундамента из условий возможного

пучения грунтов при промерзании назначается в соответствии с табл.2

СНиП 2.02.01-83.

Если пучение грунтов основания возможно, то глубина заложения

фундаментов для наружных стен отапливаемых сооружений принимается не

менее расчетной глубины промерзания df , определяемой по формуле:

df=kh(dfn ,

где dfn – нормативная глубина промерзания

kh - коэффициент влияния теплового режима

здания

Принимаем глубину заложения фундамента d=1,5м. Планировку выполняем

подсыпкой грунта до отметки 209.000м и уплотнение его виброплащадкой до

плотности (=1,0т/м3.

[pic]

2.3. Выбор типа фундамента и определение его размеров

При расчете оснований по деформациям необходимо, чтобы среднее

давление Р под подошвой центрально нагруженного фундамента не

превышало расчетного сопротивления грунта R. Для внецентренно

нагруженного фундамента предварительно проверяются три условия:

PMAX(1.2R ; P<R ; PMIN>0

Расчетное сопротивление грунта основания R в кПа определяется

по формуле:

[pic]

Где (c1 и (c2 - коэффициенты условий работы, принимаемые по

табл.3

СНиП 2.02.01-83 или методическое пособие (прил14);

K=1- коэффициент зависящий от прочностных характеристик грунта;

M(, Mq, Mc – коэффициенты принимаемые по табл.4 СНиП 2.02.01-83

или методическое пособие (прил.15);

b - ширина подошвы фундамента, м;

db – глубина подвала - расстояние от уровня планировки до пола

подвала;

d| - глубина заложения фундамента бесподвальных помещений

KZ – коэффициент зависящий от прочностных характеристик грунта (

принимаем KZ=1 );

(((’- осредненное расчетное значение удельного веса грунтов,

залегающих выше подошвы фундамента;

((( - то же для грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента,

кН/м3 ;

c(( - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего

под подошвой фундамента, кПа.

(с1=1,4 (с2=1,2; К=1;

М(=2,46; Мq=10,85; Mc=11,73;

Kz=1 т.к. b<10м

С||=0 кПа , т.к. песок.

db=0 , т.к. нет подвала. d1=1.5

Удельный вес грунта - (=((g=10((

( =(обр.зас=(обр.зас.*10=18кН/м3;

(1=2,1*10=21 кН/м3;

(2=2,03*10=20,3 кН/м3;

(3=20,8 кН/м3;

[pic] [pic]кПа

[pic]

[pic];

Давление под подошвой фундамента:

[pic]; [pic][pic]

Где: Р, Рmax, Pmin – соответственно среднее, максимальное и

минимальное давление на грунт под подошвой фундамента

No,(( - расчетная нагрузка на уровне отреза

фундамента, кН;

Mo,(( - расчетный изгибающий момент, кН(м;

d - глубина заложения фундамента, м;

(m – осредненный удельный вес - 20(22 кН/м3.

A – площадь подошвы фундамента, м2

W – момент сопротивления площади подошвы фундамента в направлении

действия момента, м3

Принимаем, что большая сторона фундамента равна a=1.1b, тогда

А=1.1b*b=1.1b2 и [pic]; (m=21 кН/м3; d=1,5м.

Находим значения Pmax, 1.2R при b=1;1,5; 2; 3; 4; и строим график

зависимости между b и Pmax,1.2R. Точка пересечения, дает нам искомую

величину b.

Pb=1.5max= [pic] кН;

1.2Rb=1м=141,094*1+590,59кПа

[pic] принимая b=1,6м, считаем А, W, Pmax, Pmin, и проверяем условия.

Условия соблюдаются при b=1,9; a=2,1; W=1,4; A=3,97

Pmax=378.423кН; < 1.2R=550кПа P=192.762кН; <

R=458кПа

Pmin=7,1кН; >0

[pic]

2.4. Вычисление вероятной осадки фундамента

Расчет осадки фундамента производится по формуле:

S<Su ,

Где S – конечная осадка отдельного фундамента, определяемая

расчетом;

Su – предельная величина деформации основания фундамента зданий

и сооружений, принимаемая по СниП 2.02.01-83;

Определим осадку методом послойного суммирования. Расчет

начинается с построения эпюр природного и дополнительного давлений.

Ординаты эпюры природного давления грунта:

n

(zg=((i(hi ,

i=1

где (i – удельный вес грунта i-го слоя, Кн/м3;

hi – толщина слоя грунта, м;

(=10(( т/м3.

Tак как в выделенной толще залегает горизонт подземных вод,

то удельный вес грунта определяется с учетом гидростатического

взвешивания:

[pic]

(s=10((s ,

(s – плотность частиц грунта, т/м3;

e – коэффициент пористости грунта;

(s – удельный вес частиц грунта, Кн/м3.

[pic] кПа

[pic] кПа

(sb|||=(26,7-10)(1-0,37)=10,521 Кн/м3

[pic] кПа

[pic] кПа

Ординаты эпюры природного давления откладываем влево от оси

симметрии.

Дополнительное вертикальное напряжение (zр для любого сечения,

расположенного на глубине z от подошвы фундамента, определяется по

формуле:

(zр=((P0

где ( - коэффициент, принимаемый по табл.1 СниП 2.02.01-83;

P0 – Дополнительное вертикальное давление под подошвой фундамента

определяется как разность между средним давлением по оси фундамента и

вертикальным напряжением от собственного веса грунта на уровне подошвы

фундамента:[pic]

Давление непосредственно под подошвой фундамента:

Расчет осадки отдельного фундамента на основании в виде

упругого линейно деформируемого полупространства с условным

ограничением величины сжимаемой зоны производится по формуле:

[pic]

где S – конечная осадка отдельного фундамента, см;

hi – толщина i-го слоя грунта основания, см;

Ei – модуль деформации i-го слоя грунта, кПа;

( - безразмерный коэффициент, равный 0.8;

(zpi – среднее значение дополнительного вертикального нормального

напряжения в i-м слое грунта, равное полусумме напряжений на

верхней Zi-1 и нижней Zi границах слоя, кПа.

[pic]

Условие соблюдается, т.к. S=4,8см<Su=8см.

4.

3. Свайные фундаменты

3.1. Основные положения по расчету и проектированию свайных

фундаментов

Фундаменты из забивных свай рассчитываются в соответствии с

требованиями СНиП 2.02.03-85 по двум предельным состояниям:

- по предельному состоянию первой группы ( по несущей

способности): по прочности – сваи и ростверки, по устойчивости –

основания свайных фундаментов;

- по предельному состоянию второй группы ( по деформациям ) –

основания свайных фундаментов.

Глубина заложения подошвы свайного ростверка назначается в

зависимости от:

- наличия подвалов и подземных коммуникаций;

- геологических и гидрогеологических условий площадки строительства

( виды грунтов, их состояние, положение подземных вод и т. д.

);

- глубины заложения фундаментов прилегающих зданий и сооружений;

- возможности пучения грунтов при промерзании.

|Описание грунтов |Мощность слоя, м |

|Рыхлый насыпной грунт из мелкого песка с|3.0 |

|органическими примесями | |

|(=1,3(0.9) т/м3, (=12( | |

|Торф коричневый водонасыщенный, |2,0 |

|Jl=0.6,(=(1,2)0.6 т/м3, (=8( | |

|Слой суглинка Jl=0,3 (=1,8(1,15) |5,0 |

|т/м3, | |

|Е=14000 кПа, (=22(, С=50 кПа | |

| глина Jl=0,2 (=2,1 т/м3, |14,0 |

|Е=20000 кПа, (=20(, С=100 кПа | |

|Горизонт подземных вод от |1,5 |

|поверхности | |

|земли , м | |

В скобках указана плотность грунта во взвешанном состоянии. Мощность

пласта в колонне изм-ся от кровли до его подошвы.

3.2. Расчет и конструирование свайных фундаментов

Прежде всего необходимо выбрать тип сваи, назначить ее длину

и размеры поперечного сечения. Длину сваи определяют как сумму

L=L1+L2+L3.

L1 – глубина заделки сваи в ростверк, которая принимается для свайных

фундаментов с вертикальными нагрузками не менее 5 см.

L2 – расстояние от подошвы плиты до кровли несущего слоя.

L3 – заглубление в несущий слой.

Принимаем железобетонные сваи, квадратного сечения размером

300х300 мм.

[pic]

L=0.15+7.3+1=8,45=9м.

Несущая способность Fd ( в кН ) висячей сваи по грунту

определяется как сумма сопротивления грунтов основания под нижним

концом сваи и по боковой поверхности ее:

Fd=(c(( (cr(R(A+U(((cf(fi(li ),

Где (c –коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый

(c=1.0.

(cr и (cf - коэффициенты условий работы грунта соответственно

под нижним концом и по боковой поверхности сваи ( табл. 3 СНиП

2.02.03-86 ); для свай, погруженных забивкой молотами, (cr =1.0 и

(cf =1.0;

А – площадь опирания на грунт сваи, в м2, принимаемый по

площади поперечного сечения сваи;

R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа;

U – периметр поперечного сечения сваи, м;

fi – расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания по

боковой поверхности сваи, кПа;

li – толщина i-го слоя грунта, м.

При определении fi пласты грунтов расчленяются на слои толщиной не

более 2м.

A=0.3*0.3=0.09 м.

(с=1; (CR=1; (сf=1;

R=4825кПа U=0.3*4=1.2 м.

|№ |h |z |f |

|1 |1,5 |0,75 |26,5 |

|2 |1,5 |2,25 |30 |

|3 |2,00 |4 |0 |

|4 |2,00 |6 |42 |

|5 |1,50 |7,75 |44 |

|6 |1,50 |9,25 |45 |

|7 |0,5 |10,5 |65 |

Fd=1((

1(4825(0,09+1,2((1,5*26,5+1,5*30+0+2*42+1,5*44+1,5*45+0,5*65))=835,95 кН

Расчетная нагрузка Р, допускаемая на сваю, определяются из

зависимости:

где (к – коэффициент надежности,

принимаемый равным 1,4.

[pic] кН;

[pic]

Определим кол-во свай по формуле:

[pic],

где [pic]

Проверка несущей способности сваи:

N<P,

Для внецентренно нагруженого свайного фундамента необходима проверка

нагрузки

yi – расстояние от главной оси свайного поля до оси каждой сваи,

м;

Np,( - расчетный вес ростверка, кН;

[pic]кН; < P=597 кН

n – количество свай в кусте.

Определим отказ сваи, необходимый для контроля несущей способности

сваи.

[pic]

( - коэффициент, принимаемый равным 1500 кН/м2 ;

А – площадь поперечного сечения сваи, м2 ;

A=0.09 м2 ;

Ed – расчетная энергия удара молота, кДж;

Ed=32 кДж;

m1 – полный вес молота, кН;

m1=35,0 кН;

m2 – вес сваи с наголовником, кН;

m2=18.3 кН;

m3 – вес подбабка, кН;

m3=18 кН;

( - коэффициент восстановления энергии удара, (2=0,2;

Ed=0,9(G(H,

G – вес ударной части молота, кН;

H - расчетная высота падения ударной части молота, м;

[pic]

3.3. Расчет основания свайного фундамента по деформациям

При расчете осадки свайный фундамент рассматривается как условный

массивный фундамент, в состав которого входят ростверк, сваи и

грунт.

[pic]

h – длина сваи, м;

[pic]

Давление Р в кПа по подошве условного фундамента определяется с

учетом веса условного массива:

[pic] ,

Где A1 – площадь подошвы условного фундамента, м2;

Nd1 – суммарный вес условного массива и нагрузок,

приложенных на уровне обреза ростверка, кН.

Nd1=N0+G1+ G2+ G3 .

Здесь N0 – нагрузка, приложенная на уровне обреза ростверка;

G1 – вес ростверка;

G2 – вес свай=4*(8,3*0,09)*25=75;

G3 – вес грунта в объеме выделенного условного массива

G3=13*3+6*2+11,5*5+21*1=129,5.

Nd1=240+29+75+129,5=473,5 кН.

[pic]

Давление Р от расчетных нагрузок не должно превышать расчетного

сопротивления грунта R, то есть необходимо соблюдение условий P<R

.

Расчетное сопротивление грунтов R для свайных фундаментов будет

представлено в следующей форме:

[pic] кПа.

(с1=1,25; (с2=1 ; К=1;

М(=0,51; Мq=3,06; Mc=5,66;

Kz=1 т.к. b<10м

С||=100 , т.к. грунт глина

db=2 , глубина подвала – расстояние от уравня планировки до пола

подвала (для сооружений с подвалом шириной В(20м и глубиной более двух

метров принимается db=2) .

Удельный вес грунта - (=((g=10((

(1=1,3*10=13,0 кН/м3;

(2=0,6*10=6кН/м3;

(3=18 кН/м3; (4=21 кН/м3; [pic] кН/м3;

[pic]

[pic]кПа

[pic]кПа

P=169кПа <R=1139 кПа

Условия выполняются.

3.4. Вычисление вероятной осадки свайного фундамента.

Расчет осадки фундамента производится по формуле:

S<Su ,

Где S – конечная осадка отдельного фундамента, определяемая

расчетом;

Su – предельная величина деформации основания фундамента зданий

и сооружений, принимаемая по СниП 2.02.01-83;

Определим осадку методом послойного суммирования. Расчет

начинается с построения эпюр природного и дополнительного давлений.

Ординаты эпюры природного давления грунта:

n

(zg=((i(hi ,

i=1

где (i – удельный вес грунта i-го слоя, Кн/м3;

hi – толщина слоя грунта, м;

(=10(( т/м3.

((по заданию для свайных фундаментов.

[pic] кПа

[pic] кПа

[pic] кПа

[pic] кПа

Ординаты эпюры природного давления откладываем влево от оси

симметрии.

Дополнительное вертикальное напряжение (zр для любого сечения,

расположенного на глубине z от подошвы фундамента, определяется по

формуле:

(zр=((P0

где ( - коэффициент, принимаемый по табл.1 СниП 2.02.01-83;

P0 – Дополнительное вертикальное давление под подошвой фундамента

определяется : [pic]

Давление непосредственно под подошвой фундамента:

Расчет осадки отдельного фундамента на основании в виде

упругого линейно деформируемого полупространства с условным

ограничением величины сжимаемой зоны производится по формуле:

[pic]

где S – конечная осадка отдельного фундамента, см;

hi – толщина i-го слоя грунта основания, см;

Ei – модуль деформации i-го слоя грунта, кПа;

( - безразмерный коэффициент, равный 0.8;

(zpi – среднее значение дополнительного вертикального нормального

напряжения в i-м слое грунта, равное полусумме напряжений на

верхней Zi-1 и нижней Zi границах слоя, кПа.

[pic]

S=0,70см<Su=8см.Условие выполняется.

3.5. Устройство ограждающей стенки.

Расчет козловой системы в качестве ограждения котлована сводиться к

определению давления грунта в состоянии покоя на глубине (Н+1м), т.е.

примерно на 1м ниже уровня пола подвала (дно котлована): [pic]

Это давление полностью воспринимается козловой системой из свай. При этом

вертикальные сваи работают на сжатие, а наклонные, - анкерные, на

выдергивание. Расчет устойчивости производиться на восприятие

опрокидывающего момента на 1 погонный метр ограждения от бокового давления

грунта в состоянии покоя и пригрузки на поверхности в 20кПа от веса

механизмов(боковое давление от пригрузки – q=20кПа(1-sin().

Опрокидывающий момент по глубине(Н+1) составит:

[pic]

Усилие в ряду вертикальных свай на 1 погонный метр ограждающей стены

равно:

[pic]

Усилие на погонный метр ряда наклонных свай:

[pic] [pic]

[pic] Что бы грунт между сваями не высыпался за счет арочного эффекта,

расстояние между вертикальными сваями нужно принять по 0,6м. Анкерные сваи

рассчитываем на трение по боковой поверхности:[pic]

[pic][pic]

[pic](cf – коэффициент надежности=1,6. [pic]кН, т.к. стойки сваи

расположены через 0,6м, то усилие на одну сваю [pic]кН.

[pic]Несущая способность сваи будет [pic]

[pic]т.к. свая анкерная работает на растяжение, то дополнительно сваи

армируют стержнем (10A III. Определим длину корня анкерной сваи исходя из

того, что свая работает на трение по боковой поверхности: Fs=(с*u*(*(cf fi

li<Ns 1.60.6281*36.5*ts<53.64

[pic][pic][pic]Принимаем длину корня ts=2,0м. Тогда несущая способность

анкерной сваи: Fs=1.6*0.628*1*(36.5+38)=74кН > 53.6кН. т.к. свая работает

на расстояние то её необходимо армировать стержнем, диаметр которого

определили из условия: [pic]

[pic]Принимаем арматуру (14 А III с площадью сечения As=1.539 cм2.

[pic]3.6. Последовательность выполнения работ на строительной

площадке.

[pic]В данном курсовом проекте рассматривается два фундамента:

[pic]столбчатый на естественном основании и ленточный свайный.

[pic]При проектировании столбчатого фундамента на естественном основании

проанализировав физико-механические свойства грунтов и построив геолого-

литологического разрез по линии 1-3 скважин определили, что после

подготовительных работ таких как расчистка строительной площадки от мусора,

деревьев и кустов, срезки и удаления растительного слоя производят

планировку строительной площадки бульдозером с поворотным отвалом, до

отметки 210.000м (от уровня моря). По контуру котлована выполняем приямки

для сбора и удаления атмосферных осадков с помощью насосов. Последующий

монтаж строительных конструкций таких как фундаменты, колонны, ограждающие

конструкции, стропильные фермы и плиты покрытия выполняются бригадами

монтажников с использованием монтажных кранов с телескопической стрелой на

пневмоколесном ходу. Обратную подсыпку выполняют бульдозерами и

последующую уплотнение грунта вибро-площадкой в частности в

рассматриваемом варианте – песок плотности (=1,0 т/м3.

[pic] По данным физико-механических свойств грунтов( вариант свайного

фундамента). Мы сделали вывод, что верхние слои грунта не могут не смогут

воспринимать нагрузку от тяжелой техники. Для монтажа конструкций

рекомендуется выполнять строительство в зимний период времени, или если это

невозможно то рекомендуется выполнить песчаную подсыпку, по ней ж/б плиты.

Забивку свай выполняют с помощью трубчатого дизель-молота марки С-859.

После проверки действительного отказа сваи выполняется ж/б ростверк по всем

требованиям расчетов и последующее возведение кирпичных стен. Обратную

подсыпку выполняют бульдозерами и последующую уплотнение грунта катками.

-----------------------

[pic]

[pic]