Проектирование оснований и фундаментов многоэтажного гражданского здания

Проектирование оснований и фундаментов многоэтажного гражданского здания

"Проектирование оснований и фундаментов многоэтажного гражданского здания"

Исходные данные для проектирования

Тип геологического разреза

Рис.

Рис.

Оценка инженерно-геологических условий площадки строительства

Участок строительства расположен в городе Херсоне. Рельеф площадки строительства спокойный, равнинный. Геологические условия представлены двумя разрезами по пяти скважинам. Напластование грунтов слоистое неоднородное с несогласным залеганием слоёв.

Под почвенно-растительным слоем мощностью 0,5 м залегает слой макропористых суглинков мощностью от 1,4 м до 5,75 м, подстилаемый мелким песком мощностью от 0 до 7,8 м и супесью неограниченной мощности.

ИГЭ № 2 - Макрополистый суглинок.

грунт фундамент свайный осадка

H=2 м.

r = 16,0 -плотность грунта.

r_s = 26.3  - плотность частиц.

w= 0.08 - природная влажность.

w_p = 0.15 - влажность на границе раскатывания.

w_L = 0.23 - влажность на границе текучести.

j = 20° - угол внутреннего трения.

с = 20 кПа.

m_o = 0.16 МПа ^-1 _- коэффициент сжимаемости грунта .

Число пластичности:

Показатель консистенции:

Плотность сухого грунта:

Пористость:

Коэффициент пористости:

Степень влажности

Плотность грунта во влажном состоянии:

Модуль упрогости:

Определим расчётное сопротивление R₀ по СНиП 2.02.01-83 приложение 3 табл.3 методом интерполяции: R₀=375 кПа.

Вывод: макропористый суглинок -твёрдый, слабосжимаемый является просадочным (пригоден в качестве основания только после уплотнения).

ИГЭ № 3 -Песок мелкий.

H=2,5 м.

r = 18,5 -плотность грунта.

r_s = 26,7  - плотность частиц.

w= 0,09 - природная влажность.

j = 37° - угол внутреннего трения.

m_o = 0.06 МПа ^-1 _- коэффициент сжимаемости грунта .

Плотность сухого грунта:

Пористость:

Коэффициент пористости:

Степень влажности

Плотность грунта во влажном состоянии:

Модуль упрогости:

Определим расчётное сопротивление R0 по СНиП 2.02.01-83 приложение 3, табл.3 методом интерполяции: R0=400 кПа.

Вывод: песок мелкий, плотный (e=0,57<0.59), маловлажный (Sr=0.421 >0.8), слабосжимаемый.

Может являться надёжным основанием.

ИГЭ № 4 - Глина.

H=2 м.

r = 19,7 -плотность грунта.

r_s = 27.2  - плотность частиц.

w= 0.3 - природная влажность.

w_p = 0.23 - влажность на границе раскатывания.

w_L = 0.42 - влажность на границе текучести.

j = 16° - угол внутреннего трения.

с = 23 кПа.

m_o = 0.13 МПа ^-1 _- коэффициент сжимаемости грунта .

Число пластичности:

Показатель консистенции:

Плотность сухого грунта:

Пористость:

Коэффициент пористости:

Степень влажности

Плотность грунта во влажном состоянии:

Модуль упрогости:

Определим расчётное сопротивление R₀ по СНиП 2.02.01-83 приложение 3, табл.3 методом интерполяции: R₀=300 кПа.

Вывод: глина (=0.19>0.17)-непросадочная, тугопластичная.

( =0.2<0.25) полутвёрдые может являться основанием.

Сводная таблица физико-механических характеристик грунтов

Таблица 3

  Наименование грунта                    ,

кН/м³,

кН/м³,

кН/м³,

кН/м³

,

МПа^-1n,

%,

МПа,

кПа,

град,

Разработка вариантов фундаментов

В данном курсовом проекте рассматриваем три варианта фундаментов:

)        фундамент мелкого заложения на естественном основании. ИГЭ-3 и ИГЭ-3 могут являться основанием.

) фундамент мелкого заложения на искусственном основании. ИГЭ-3 требует замены на песок со средней плотности.

)        фундамент глубокого заложения.

После расчёта фундаментов производим технико-экономическое сравнение вариантов фундаментов и производим дальнейший расчёт по выгодному варианту.

Проектирование фундамента мелкого заложения на естественном основании. Выбор глубины заложения фундамента

Глубину заложения фундамента исчисляем как разность отметок планировки и подошвы фундамента.

Рис.

Из конструктивных требований

d _f1=250+50+400+150+1900=2750 мм.= . =2.75м

Расчётная глубина сезонного промерзания грунта , м, определяем по формуле:

, где

 - коэффициент теплового режима в здании;

 - нормативная глубина промерзания для г. Херсон.

В качестве расчётной принимаем наибольшую глубину заложения фундамента

Рис.

Определение ростверков фундамента в плане

.S £ S_u

Приложение 4. СНиП 2.02.01.-83 S_u<15см.

.

Рис.

3.Находим требуемую площадь фундамента, чтобы среднее давление на основание под подошвой было приблизительно равно значению расчётного сопротивления грунта основания R:

, где

 - вертикальная нагрузка от сооружения в уровне обреза фундамента по второй группе предельных состояний;

 - расчётное сопротивление 1 слоя грунта основания (искусственное основание).

 - осреднённый удельный вес материала фундамента и грунта на его обрезах;

 - глубина заложения фундамента.

Предварительно принимаем отношение сторон фундамента равным:

, следовательно, ,

Принимаем размеры фундамента кратными 10 см:  и  с площадью A_s=15.18 см²

. Конструируем жёсткий фундамент, тогда

5. Определяем фактическое расчётное сопротивление грунта основания по формуле Пузыревского:

, где

 - коэффициенты условий работы, принимаемые по СНиП 2.02.01-83;

 - коэффициент зависящий от определения  и с по СНиП 2.02.01-83;

 - коэффициенты, зависящие от угла внутреннего трения и принимаемые по СНиП 2.02.01-83;

 - коэффициент, равный  при b < 10 м;

 - ширина подошвы фундамента;

 - осреднённые удельные веса грунтов, расположенные соответственно ниже и выше подошвы фундамента;

 - приведенная глубина заложения фундамента для сооружения с подвалом;

 - глубина подвала;

 - удельное сцепление грунта основания.

Проверка :

< R=583.5 кПа , следует уменьшить площадь фундамента:

, следовательно, ,

Принимаем размеры фундамента кратными 10 см:  и с площадью A_s=10.64 см²

Определяем фактическое расчётное сопротивление грунта основания по формуле Пузыревского:

,

Рис.

Проверка :

=< R=572 кПа ,

Рис.

Проектирование фундамента мелкого заложения на искусственном основании

В учебных целях заменяем ИГЭ-3 (r_d=16,9 кН/м³ песок плотный, мелкий) на песок крупный, уплотнив его при этом до r_d=16,5 кН/м³ .

Выполним искусственное основание на песчаный подушках, заменив слой толщиной 1 м.

Тогда коэффициент пористости искусственного основания:

-песок средней плотности.

По приложению 3. табл. 2 СНиП 2.02.01-83 R_o=500 кПа.

По приложению 1. табл. 1 нормативным значением удельного сцепления с=0, угол внутреннего трения j_n=38.5°, модуль деформации E=37 МПа.

Глубина заложения подошвы фундамента остаёться такой же как и в п4.1 и будет равна d=2.8 м.

Определяем размеры фундаменты в плане

.S £ S_u

Приложение 4. СНиП 2.02.01.-83 S_u<15см.

2.

.Находим требуемую площадь фундамента, чтобы среднее давление на основание под подошвой было приблизительно равно значению расчётного сопротивления грунта основания R:

, где

 - вертикальная нагрузка от сооружения в уровне обреза фундамента по второй группе предельных состояний;

 - расчётное сопротивление 1 слоя грунта основания (искусственное основание).

 - осреднённый удельный вес материала фундамента и грунта на его обрезах;

 - глубина заложения фундамента.

Т.к. фундаменты внецентреннонагружены принимаем их прямоугольного сечения в плане.

, следовательно, ,

Принимаем размеры фундамента кратными 10 см:  и

с площадью A_s=11.54 см²

Конструируем жёсткий фундамент, тогда

. Определяем фактическое расчётное сопротивление грунта основания по формуле Пузыревского:

, где

 - коэффициенты условий работы, принимаемые по СНиП 2.02.01-83;

 - коэффициент зависящий от определения  и с по СНиП 2.02.01-83;

 - коэффициенты, зависящие от угла внутреннего трения и принимаемые по СНиП 2.02.01-83;

Рис.

- коэффициент, равный при b<10 м;

 - ширина подошвы фундамента;

 - осреднённые удельные веса грунтов, расположенные соответственно ниже и выше подошвы фундамента;

 - приведенная глубина заложения фундамента для сооружения с подвалом;

 - глубина подвала;

 - удельное сцепление грунта основания.

Проверка :

< R=676,4 кПа , следует уменьшить площадь фундамента:

, следовательно, ,

Принимаем размеры фундамента кратными 10 см:  и с площадью A_s=8,32 см²

Определяем фактическое расчётное сопротивление грунта основания по формуле Пузыревского:

,

Проверка :

< R=652,8 кПа ,

Рис.

Проектирование свайного фундамента. Выбор типа вида свай, определение глубины заложения ростверка и посадка свайного фундамента на геологический разрез

Рис.

Т.к. фундаменты внецентренно загружены, следует принимать жёсткую заделку свай в ростверке.

d=190+15+40+5+25+3+10=3.2м

К расчёту принимаем висячии забивные сваи С4-40., погружаемые механическим способом.

Сечение сваи 40х40, l=3,3 м.

Определяем несущую способность сваи (как висячей сваи) по грунту по СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты» по формуле:

, где

 - коэффициент условий работы сваи в грунте, принимается ;

 - расчётное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа;

 - площадь опирания на грунт сваи, м², принимаемая по площади сечения сваи;

 - наружный периметр поперечного сечения сваи, м;

 - расчётное сопротивление i - го слоя грунта основания по боковой поверхности сваи, кПа;

 - толщина i - го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м

 - коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие способ погружения сваи на расчётные сопротивления грунта. При погружении свай дизельмолотом:

Определение нагрузки, допускаемой на сваю

Нагрузка, допускаемая на сваю определяется путём деления несущей способности сваи  на коэффициент надёжности :

Определение количества свай и конструирование свайного ростверка

Определяем число свай и условия, что ростверк осуществляет равномерное распределение нагрузки на свайный куст. Расчёт ведём по первой группе предельных состояний.

Принимаем 12 свай и размещаем их, как показано на рис. 13. При этом минимально допустимые расстояния между сваями составляют от 3d до 6d, где d = 40 см - сторона сечения квадратной сваи. Расстояние от осей крайних свай до кромки ростверка принимаем равным d = 40 см.

Рис.

Определение фактической нагрузки на сваю и выполнение проверки

Определяем фактический вес ростверка и грунта на его обрезах и определяем фактическую нагрузку на каждую сваю:

При этом должно удовлетворятся условие:

Технико-экономическое сравнение вариантов фундаментов

В качестве критерия при оценке в выборе основного варианта фундаментов принимаем минимум приведённых затрат.

В курсовом проекте расчёт стоимости производим по укрупнённым показателям, причём в учёт принимаем только те виды работ и конструкций, объёмы которых различны по сравниваемым вариантам. Сравнение вариантов ведём по стоимости одного погонного метра или одного отдельностоящего фундамента, т.е. все объёмы необходимых работ, конструкций и материалов определяем из расчёта 1 фундамент.

Сравнение вариантов фундаментов сводим в таблицы

Таблица. Стоимость устройства 1 фундамента мелкого заложения на естественном основании.

Таблица. Стоимость устройства 1 фундамента мелкого заложения на искусственном основании

Таблица 7. Стоимость устройства 1 свайного фундамента

Фундамент мелкого заложения на естественном основании является наиболее выгодным.

Проектирование фундамента крайнего ряда для основного варианта

Глубину заложения фундамента крайнего ряда принимаем равной глубине заложения фундамента среднего ряда .Начинаем расчёт с определения размеров подошвы фундамента методом последовательных приближений.

Находим требуемую площадь центрально нагруженного фундамента, чтобы среднее давление на основание под подошвой было приблизительно равно значению расчётного сопротивления грунта основания R:

, где

 - вертикальная нагрузка от сооружения в уровне обреза фундамента крайнего ряда по второй группе предельных состояний;

 - расчётное сопротивление 1 слоя грунта основания (искусственное основание).

 - осреднённый удельный вес материала фундамента и грунта на его обрезах;

 - глубина заложения фундамента.

Принимаем размеры фундамента кратными 10 см:

Определяем фактическое расчётное сопротивление грунта основания по формуле Пузыревского:

, где

Проверка :

< R₁= 564 кПа ,

Принимаем размеры фундамента кратными 10 см: с A_s=6,25см²

Определяем фактическое расчётное сопротивление грунта основания по формуле Пузыревского:

,,

Рис.

Проверка:

< R=587 кПа ,

Определение осадки фундамента

Расчёт осадки основания производим по следующему алгоритму:

1.  Определяем природное давление на уровне подошвы фундамента:

2.  Определяем дополнительное давление на уровне подошвы фундамента:

3.  Определяем толщину элементарного слоя грунта:

, где

 - ширина подошвы фундамента

Таблица. Грунт под подошвой фундамента разбиваем на элементарные слои и дальнейший расчёт ведём в табличной форме

№ п/п Наименование грунта     ,

мz,

м,

кПаE,

кПаS,