Проектирование фундаментов под 11-этажное здание в открытом котловане

Проектирование фундаментов под 11-этажное здание в открытом котловане

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра Механика грунтов, оснований и фундаментов

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

на тему:

Проектирование фундаментов под 11-этажное здание в открытом котловане

Москва 2010

Содержание

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КЛАССИФИКАЦИОННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ГРУНТОВ

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТА МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ ДЛЯ ЗДАНИЯ С ПОДВАЛОМ

Определение расчетных нагрузок на фундаменты

Определение глубины заложения фундамента

Подбор фундаментной подушки графическим способом и ее рассчет

Определение конечной (стабилизированной) осадки фундамента методом послойного суммирования

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ

Назначение предварительной глубины заложения ростверка

Выбор вида свай, их длины и поперечного сечения

Определение несущей способности по грунту расчет нагрузки на одну сваю

Определение необходимого числа свай и определение габаритных размеров ростверка

Рассчет одиночной сваи по I группе предельных состояний: по несущей способности грунта основания сваи

Рассчет основания свайного фундамента по II группе пред. состояний: по деформациям

Подбор молота для забивки свай и определение расчетного отказа

Определение конечной (стабилизированной) осадки фундамента методом послойного суммирования

Определение конечной (стабилизированной) осадки фундамента методом эквивалентного слоя

Рассчет стабилизации осадки во времени.

ПОДСЧЕТ ОБЪЕМОВ РАБОТ

Фундамент мелкого заложения

Свайный фундамент

Список использованной литературы

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КЛАССИФИКАЦИОННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ГРУНТОВ ПЛОЩАДКИ И ИХ СОПРОТИВЛЕНИЙ R.

фундамент осадка нагрузка свая

Определение табличных расчетных сопротивлений слоев грунта

Слой - 1: Насыпь неслежавшаяся

Глубина отбора образца h=1,5 м.

Плотность частиц грунта ρ=1,58 т/м3

Удельный вес грунта γ=1,58х10=15,8 Кн/м3

Слой - 2: Насыпь (остатки бытовой свалки)

Глубина отбора образца h=3,0 м.

Плотность частиц грунта ρ=1,72 т/м3

Удельный вес грунта γ=1,72х10=17,2 Кн/м3

Удельный вес грунта взвеш γ=7,2 Кн/м3

Слой - 3: глинистый грунт.

Глубина отбора образца h=5,0 м.

а) Определение типа пылевато-глинистого грунта по числу пластичности.

влажность на границе текучести: WL=23,5%=0,235;

влажность на границе раскатывания: WР=17%=0,17;

природная влажность грунта:          W=25, 4%=0,254.

Число пластичности:    ;

Тип пылевато-глинистого грунта:   супесь;

б) Определение разновидности (состояние) супеси по индексу текучести

Индекс текучести:                   ;

Консистенция грунта: супесь текучая;

в) Определение коэффициента пористости:

Коэффициент пористости:    

) Определение Расчетного сопротивления грунтов

Расчетное сопротивление:      не нормируется.

Слой - 4: глинистый грунт.

Глубина отбора образца h=6,5 м.

а) Определение типа пылевато-глинистого грунта по числу пластичности.

влажность на границе текучести: WL=38,4%=0,384;

влажность на границе раскатывания: WР=27,9%=0,279;

природная влажность грунта:          W=42,6%=0,426.

Число пластичности:    ;

Тип пылевато-глинистого грунта:   суглинок;

б) Определение разновидности (состояние) супеси по индексу текучести

Индекс текучести:                   ;

Консистенция грунта: суглинок текучий;

в) Определение коэффициента пористости:

Коэффициент пористости:    

) Определение Расчетного сопротивления грунтов

Расчетное сопротивление:      не нормируется

Слой - 5: Песчаный грунт.

Глубина отбора образца h=9,0 м.

а) Определение типа песчаного грунта производится по гранулометрическому составу:

Содержание частиц размером более 2,0 мм составляет 0%, что не превышает 25%, следовательно, песок не гравелистый.

Содержание частиц размером 2,0 - 0,5 мм составляет 8,2%, что не превышает 50%, следовательно, песок не крупный.

Содержание частиц размером 0,5 - 0,25 мм составляет 25,3%, что не превышает 50%, следовательно, песок не средней крупности.

Содержание частиц с крупностью 0,25-0,1 мм составляет 54,8%, что превышает 50%, следовательно, данный грунт по гранулометрическому составу относится к пескам мелким.

б) Определение вида песчаного грунта по коэффициенту пористости.

Песок средней крупности, ρs = 2,65 т/м3, ρ= 1,96 т/м3, природная влажность грунта W = 27,2 %.

следовательно, что это песок ср. плотности.

в) Определение разновидности песка по степени влажности.

ρw = 1,0 т/м3.

Определяем степень влажности (т.е. степень заполнения пор водой):

следовательно, что это песок насыщенный водой.

Итого имеем слой грунта: Песок мелкий, ср. плотности, насыщенный водой.

г) Определение расчетного сопротивления R0.

Расчетное сопротивление:      R0 = 200 кПа.

Слой - 6: глинистый грунт.

Глубина отбора образца h=12 м.

а) Определение типа пылевато-глинистого грунта по числу пластичности.

влажность на границе текучести: WL=63,4%=0,634;

влажность на границе раскатывания: WР=35,3%=0,353;

природная влажность грунта:          W=48%=0,480.

Число пластичности:    ;

Тип пылевато-глинистого грунта:   глина;

б) Определение разновидности (состояние) супеси по индексу текучести

Индекс текучести:                   ;

Консистенция грунта: глина тугопластичная;

в) Определение коэффициента пористости:

Коэффициент пористости:    

) Определение Расчетного сопротивления грунтов

Расчетное сопротивление:      .

. Определение модуля деформации грунтовых слоев в интервале напряжений 100-200 кПа

Компрессионные испытания грунта отобранного на глубине заложения 6,5 м. - 4 слой "Суглинок текучий".

;  

, где

 - коэффициент сжимаемости

 - коэффициент относительной сжимаемости

е - коэффициент пористости

 - вертикальные напряжения

 - коэффициент,учитывающий отсутствие поперечного расширения грунта:

 для песков и супесей = 0,74 ;  для суглинков = 0,62 ;  для глин = 0,40

Е - модуль общей (линейной) деформации

Компрессионные испытания грунта отобранного на глубине заложения 5 м. - 3 слой "Супесь текучая".

;  

где

 - коэффициент сжимаемости

 - коэффициент относительной сжимаемости

е - коэффициент пористости

- вертикальные напряжения

 - коэффициент, учитывающий отсутствие поперечного расширения грунта:

 для песков и супесей = 0,74 ;  для суглинков = 0,62 ;  для глин = 0,40

Е - модуль общей (линейной) деформации

 Штамповые испытания грунта отобранного на глубине заложения 9 м. штампом d=27,7см - 5 слой "Песок мелкий, ср. плотности, насыщенный водой".

где- диаметр штампа- осадка

 - безразмерный коэффициент = 0,79

 - вертикальные напряжения

 - коэффициент Пуассона:

 для глин и суглинков тв. и полутв.

= 0,15;

 для глин и суглинков тугопластичных = 0,22 ;

 для глин и суглинков пластич. и текучепластич.= 0,4 ;

 для глин и суглинков текучих = 0,5

 для супесей = 0,15-0,3 ;

 песков= 0,25 ;

Е - модуль общей (линейной) деформации

 Штамповые испытания грунта отобранного на глубине заложения 12 м. штампом d=27,7см - 6 слой "Глина тугопластичная".

где- диаметр штампа- осадка

 - безразмерный коэффициент = 0,79

 - вертикальные напряжения

 - коэффициент Пуассона:

 для глин и суглинков тв. и полутв.

= 0,15;

 для глин и суглинков тугопластичных = 0,22 ;

 для глин и суглинков пластич. и текучепластич.= 0,4 ;

 для глин и суглинков текучих = 0,5

 для супесей = 0,15-0,3 ;

 песков= 0,25 ;

Е - модуль общей (линейной) деформации

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГРУНТОВ

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТА МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ.

Определение расчетных нагрузок на фундаменты

Расчет оснований и фундаментов производится по расчетным нагрузкам, которые определяются как произведение нормативных нагрузок на соответствующие коэффициенты. При проектировании ленточных фундаментов расчет ведется для одного метра его длины и определяется ширина подошвы фундамента. Проектирование оснований и фундаментов зданий и сооружений ведется в основном по II группе предельных состояний по деформациям.

Нормативные нагрузки на фундаменты стен (1 и 2) от веса сооружения, включая нагрузки от веса перекрытия над подвалом, составляют:

Расчетная нагрузка, действующая по обрезу фундамента, определяется по формуле:

= NП×n + NB×ncn’;

где n и n¢ - коэффициенты перегрузок, применяемые для расчета фундаментов по II группе предельных состояний по деформациям.

для фундаментов мелкого заложения - n = n¢ = 1.с - коэффициент сочетания пост. и вр. нагрузок (снеговая и т. д.). nc = 1.

NII = 268+32 = 300 Кн/м - для внешних стен 1,2,3,5= 335+55 = 390 Кн/м - для внутренних стен 4,7

Определение глубины заложения фундамента

Глубина заложения подошвы фундамента FL должна определяться с учетом назначения конструктивных особенностей сооружения, нагрузок и воздействий на основание, глубины заложения фундаментов примыкающих зданий и сооружений, а также оборудования, геологических условий площадки строительства, гидрогеологических условий, глубины сезонного промерзания и оттаивания грунтов.

Здание имеет подвал. Относительная отметка пола подвала - 2,50 м. Отметка пола первого этажа ± 0,00, на 0,90 м выше планировочной отметки, т.е. высота цокольной части здания hц = 0,9 м

Место строительства - город Дмитров.

Грунтовые условия строительной площадки: с поверхности до глубины 1,7 м - насыпной грунт; далее до глубины 3,5м остатки бытовой свалки, ниже до глубины 5,6 м - супесь текучая; далее до глубины 6,6 м - Суглинок текучий…. Уровень грунтовых вод WL находится на глубине 2,4 м от пов-ти.

Определяем глубину заложения подошвы фундамента, исходя из конструктивных особенностей здания.

При отметке пола подвала -2,50 м и толщине конструкции пола 0,2 м глубина заложения подошвы фундамента, определяется следующим образом:

d = dв + hs + hcf - hц;

где dв - размер от чистого пола подвала до пола первого этажа;- величина заглубления подошвы фундамента от низа пола подвала (обычно 0,3 - 0,5м); - высота принятой конструкции пола подвала;ц - высота цокольной части здания.

= 2,5 + 0,3 + 0,2 - 0,9 = 2.1 м.

Определяем расчетную глубину сезонного промерзания

для супесей (т.к. под фундаментом будет песчаная подушка) в районе строительства (город Дмитров) по формулам:

df = kh×dfn;

- нормативная глубина сезонного промерзания. - коэффициент, учит. влияние теплового режима сооруж. В данном случае kh = 0,6.

Mt - безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе (СНиП по строительной климатологии и геофизике); для города Дмитров Mt = 36,2- величина, м, принимаемая для суглинков и глин - 0,23; для супесей, песков мелких и пылеватых - 0,28; песков гравелистых, крупных и средней крупности -0,30; крупнообломочных грунтов - 0,34.

В данном случае d0 = 0,30 так как подошва фундамента находится в песч. подушке.

dfn = 0,3× 6,017 = 1,8 м.

Расчетная глубина сезонного промерзания грунта

= 1,8*0,6=1,08 м

Гидрогеологические условия:

Грунтовые воды бурением вскрыты на глубине 2,4 м от пов-ти Земли. т.е выше отметки фундамента на 0,4м. Это означает,что делать водопонижение не требуется.

Полученная с учетом рассмотренных трех факторов глубина заложения фундамента равна: d=2,1м и DL выше отметки земли на 0,1м

Подбор фундаментной подушки графическим способом и ее расчет

Ширина наружных стен жилого 11-этажного дома составляет 400 мм. Расчетная нагрузка, действующая по обрезу фундамента: NII = 300 Кн/м.

Длина составляет L = 19,5 м, высота Н = 33,2 м, отметка пола подвала -2,50 м.

Глубина заложения подошвы фундамента d = 2,1 м. Отметка пола первого этажа на 90 см выше планировочной.

Подбираем ориентировочную ширину подошвы ленточного фундамента графич. способом.

этот размер подбирается методом последовательных приближений

по условию:

рII ≤ R.

Для этого задаемся как минимум тремя размерами ширины b фундамента, так как площадь подошвы ленточного фундамента равновеликa его ширине b (А=bЧ1пог.м.= b)

определяется среднее давление PII,i под подошвой фундамента для каждой ширины по формуле:

 ,где ( i = 1.2.3….)

 - Неизвестная расчетная нагрузка от веса еще не запроектированного фундамента, включающая вес опорной железобетонной плиты, стены подвала из бетонных блоков, часть бетонного пола подвала и грунта обратной засыпки,пригружающих внутренний и внешний консольные выступы опорной плиты,определяется для принятых 3-х значений ширины b по приближенной формуле: - расчетная нагрузка от массы сооружения на 1 м, кН;

gср - усредненный удельный вес стеновых блоков, фундамента и грунта, на обрезах фундамента принимается условно равным 20 кН/м3;- ширина подошвы фундамента, м.

Итак: кН; кН;

кН

Тогда:

кН; кН;

кН

вычисляется расчетное сопротивление грунта основания по формуле:

где gс1 и gс2 - коэффициенты условий работы грунтового основания и здания во взаимодействии с основанием, определяются по таблице 3 СНиП 2.02.01-83. Принимаем gс1 = 1,1; gс2 = 1,0.- Коэффициент надежности, принимаемый равным 1, когда прочностные характеристики грунта (j и с) определены, как задано в проекте, по результатам непосредственных испытаний грунтов строительной площадки. Принимаем равным k = 1.

Мg, Мq, Мс - коэффициенты, принимаемые по таблице 4 СНиПа 2.02.01-83 в зависимости от расчетного значения угла внутреннего трения j грунта, находящегося непосредственно под подошвой фундамента, т.е. рабочего слоя. При j = 16° (супесь текучая) принимаем:

Мg = 0,36;

Мq = 2,43;

Мс = 4,99.

- коэффициент, принимаемый равным:

при b < 10 м kz = 1;

при b ³ 10 м kz = z0/b + 0,2.

Здесь b - ширина подошвы фундамента, м.

Как было определено, для ленточного фундамента из сборных железобетонных элементов (подушек) b = 1,0 и 1,2 м принимаем kz = 1.- глубина заложения фундамента от уровня планировки срезкой или подсыпкой, м. Согласно проведенным выше вычислениям d = 2,1 м.

gII’ - осредненное (по слоям) значение удельного веса грунта, залегающего выше отметки заложения подошвы фундамента, (при наличии подземных вод gsb определяется с учетом взвешивающего действия воды), кН/м3.

где h1 и h2 - мощности вышележащих слоев грунта (соответственно 0,3 м и 1,8 м);

gII - то же, расчетное значение удельного веса грунта, залегающего ниже подошвы фундамента, можно принять залегающего непосредств. под подошвой фундамента (при наличии подземных вод удельный вес γIIsb определяется с учётом взвешивающего действия воды). В нашем случае (gsb = 9.9 кН/м3) т.к. это слой 3 - супесь текучая.

СII - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа. Принимаем СII = 8 кПа.

d1 - приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, м.

где hs - толщина грунта от отметки подошвы фундамента до отметки низа пола подвала, hs =0,3 м;- толщина конструкции пола подвала, hcf =0,2м;

gcf - расчетное значение веса конструкции материала пола подвала, gcf =22 кН/м3.

Итак:

определяем значение R при b = 0 м:

определяем значение R при b = 3 м:

Строим график:

Из графика видно, что минимальная ширина фунд. подушки должна быть равна 4.7м. Это невозможно,т к. Вmax по госту 3,2м это означает,что надо закладывать песчанную подушку.

Принимаем песчанную подушку (песок крупный ср. плотности) из условия .; с=0,;  ;  ; е=0,65;  ; R=300кПа Е=30000кПа

Проверяем условие рII ≤ R на контакте подошвы фунд-та с песчаной подушкой

Экспериментальным методом принимаем b=1,6м.

Собственный вес 1 пог. м фундамента QII складывается из веса железобетонной плиты ФЛ16.30-3, четырех бетонных стеновых фундаментныхблоков сплошных ФБС и пригрузки от пола подвала на внутренней консольной части ак опорной плиты

 ,где

Удельный вес бетона блоков ФБС и пола подвала принят равным γб=γcf =22 кН/м3.

Удельный вес железобетона фундаментной плиты ФЛ принят равным γжб =24 кН/м3.

Вес грунта на консольной части фундаментной плиты с наружной стороны:

= ак Ч hЧ1 Ч γII GII = 0.6*1.8*1*18=19,44кН/м

ак- вылет консольной части плиты в сторону обратной засыпки (и в сторону подвала при вычислении веса пола подвала, входящего в QII);

γII = 18 кН/м3 - удельный вес обратной засыпки.

Итак: полная расчетная нагрузка, действующая на грунт на отметке

подошвы фундамента при ширине опорной плиты b=1,6 м составляет:

При этом среднее напряжение pII под подошвой фундамента на 1 пог.м его длины составит:

Сравниваем полученное значение pII при принятых размерах фундаментной плиты ФЛ16.30-3 с расчетным сопротивлением R грунта основания:

Условие на контакте подошвы фундамента и песчаной подушки выполняется.

Назначаем экспериментальным путем толщину подушки z=1.5м. И проверяем условие

 на контакте подошвы подушки с текучей супесью.

(d=2.1м =13,38кН/м*3 )

Вычисляем R текучей супеси от условного фундамента шириной bz и глубиной заолжения d+z=dz.

Превышение расчётного сопротивления R над средним давлением, действующим под подошвой ленточного фундамента рII не должно составлять более 10%. Так как разница меньше 10%, то можно считать, что фундамент с плитой марки ФЛ 16.30-3 достаточно экономичен и подобран правильно.

окончательно принимаем типовую фундаментную подушку:

Последние цифры -1, 2, 3, 4 в маркировке железобетонных плит ленточныхсборных фундаментов обозначают их несущую способность какконструкции, т.е. численное значение величин максимального реактивного давления на них со стороны грунта, при котором они, в соответствии с ихармированием, могут использоваться: 1 - при давлении до 150 кПа; 2 - до 250кПа; 3 - до 350 кПа и 4 - до 450 кПа. То же обозначают последние цифры вмаркировке фундаментов под колонны

ФЛ 16.30-2 с характеристиками: в=1600 мм; l=2980 мм; h=300 мм; Vбетона=1,09 м3; m=2,71 т.

и 4 стеновых бетонных блока марки - ФБС 24-4-6-T с характеристиками:

=2380 мм; b=400 мм; h=580 мм; m=1,3 т; V=0,543 м3.

Определение конечной (стабилизированной) осадки фундамента мелкого заложения

Подготавливаем графическую схему, необходимую для расчета осадки Вычисляем для ее построения необходимые данные.

Вычисление ординат эпюры природного давления σzg,i

При планировке срезкой эпюра природного давления на отметке пов-ти земли принимается равной нулю. Далее:

На границе 1 и 2 слоев:

Под подошвой:

На уровне WL:

На границе 2 и 3 слоев:

На границе 3 и 4 слоев:

На границе 4 и 5 слоев:

На границе ВС:

На границе 5 и 6 слоев :

Вычитание ординат вспомогательной эпюры 0,2 σzg,i

Вычисление ординат эпюры дополнительного давления σzp,i

Сначала вычисляется верхняя ордината эпюры σzp0 непоср. под подошвой фундамента при z = 0:

Затем вычисляются другие ординаты по формуле для различных глубин zi откладываемых от подошвы фундамента. Коэффициенты αi для условий данного примера берутся в зависимости от отношения длины фундамента стены l к ширине фундамента b, то есть =19,6/1,4>10 (принимается по последней колонке таблицы) Вычисления удобно вести в табличной форме

(Заполн. Из табл.)

Вычисление деформационных характеристик слоев грунта основания.

После вычисления ординат и построения эпюр природного σzg , 0,2σzg и дополнительного σzp давлений появилась возможность увидеть, каким было в середине каждого (i-го) грунтового слоя давление σzg,i от собственного веса вышележащей толщи грунтов в природном состоянии и каким стало полное давление σzполное=σzg +σzp , когда к природному давлению добавилось давление σzp от построенного сооружения. Это позволяет получить интервал изменения напряжения  и соответствующий ему интервал изменения коэффициентов пористости e по компрессионной кривой или осадки s по графику испытаний штампом, которые необходимы для расчета деформационных характеристик грунта mo, mv , Е

Компрессионные испытания грунта отобранного на глубине заложения 6,5 м. - слой "Суглинок текучий".

;  , где

 - коэффициент сжимаемости

 - коэффициент относительной сжимаемости

е - коэффициент пористости

 - вертикальные напряжения

 - коэффициент,учитывающий отсутствие поперечного расширения грунта:

 для песков и супесей = 0,74 ;  для суглинков = 0,62 ;  для глин = 0,40

Е - модуль общей (линейной) деформации

Компрессионные испытания грунта отобранного на глубине заложения 5 м. - слой

"Супесь текучая".

;  , где

 - коэффициент сжимаемости

 - коэффициент относительной сжимаемости

е - коэффициент пористости

 - вертикальные напряжения

 - коэффициент, учитывающий отсутствие поперечного расширения грунта:

 для песков и супесей = 0,74 ;  для суглинков = 0,62 ;  для глин = 0,40

Е - модуль общей (линейной) деформации

Штамповые испытания грунта отобранного на глубине заложения 9 м. штампом d=27,7см - слой "Песок мелкий, ср. плотности, насыщенный водой".

 = 0,94мм S2= 1,29мм

; , где

- диаметр штампа

S - осадка

 - безразмерный коэффициент = 0,79

 - вертикальные напряжения

 - коэффициент Пуассона:

 для глин и суглинков тв. и полутв.

= 0,15;

 для глин и суглинков тугопластичных = 0,22 ;

 для глин и суглинков пластич. и текучепластич.= 0,4 ;

 для глин и суглинков текучих = 0,5

 для супесей = 0,15-0,3 ;

 песков= 0,25 ;

Е - модуль общей (линейной) деформации

Г) Штамповые испытания грунта отобранного на глубине заложения 12 м. штампом d=27,7см - слой "Глина тугопластичная".

Слой грунта, Тугопластичной глины весь лежит ниже отметки ВС и осадка на него не распростр-я.

Вычисление осадки.

Осадка в каждом грунтовом слое складывается из осадок входящих в него элементарных слоев полных и неполных).слой (пять элементарных слоев):

слой (восемь элементарных слоев):

слой (четыре элементарных слоя):

слой (тринадцать элементарных слоев):

ИТОГО:

Суммарная осадка

=0,58см+1,85см+0,9см+0,49см=3,82см<Sпред.=10см

Полученная осадка оказалась значительно меньше Su=10см - предельной величины осадки, приведенной в СНиП для многоэтажных бескаркасных зданий с несущими стенами из крупных блоков или кирпичной кладки без армирования. Следовательно, условие расчета по второму предельному состоянию s≤ sи выполненнм и использованные в расчете осадки размеры фундамента - глубину заложения d=2,1 м и ширину фундамента b=1,4 м можно считать достаточными и окончательными, но такое заключение можно делать только в том случае, если осадка внутренней стены этого дома тоже окажется меньше 10 см, а также будет удовлетворено и другое условие: Δs≤ Δ sпред.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ

Назначение предварительной глубины заложения ростверка и решение надростверковой конструкции

На начальном этапе разработки проекта глубина заложения ростверка dр может быть назначена лишь предварительно, так как неизвестна высота ростверка hр, которая вычисляется после определения

Рсв - расчетной нагрузки, допускаемой на одну сваю. Назначив предварительно из конструктивных соображений hр=0,5 м, получим глубину заложения ростверка dр.

р=2,5+0,2+0,5-0,9=2,3 м.

Инженерно-геологические условия и глубина промерзания при назначении dр в данном случае не учитываются. Полученную при dр=2,3 м отметку подошвы ростверка и соответственно дна котлована следует считать так же предварительной. Она должна быть откорректирована после вычисления hр.

Надростверковая конструкция (стена подвала) может оставаться такой же, как в варианте фундамента неглубокого заложения, поскольку каких-либо убедительных аргументов для отказа от той конструкции нет. В соответствии с исходными отметками стена подвала по высоте может быть образована из четырех блоков ФБС24.4.6.

Выбор вида свай, их длины и поперечного сечения

Опыт жилищного строительства указывает на то, что целесообразно применять забивные сваи квадратного сечения 30х30 см. Для назначения длины сваи используется информация о грунтовых условиях площадки строительства по расчетному вертикальному сечению инженерно-геологического разреза, а также о нагрузке и глубине котлована. Чем больше нагрузка, тем длиннее должны быть сваи и больше их поперечное сечение. Нижние концы свай погружают в грунт с достаточно хорошей несущей способностью на глубину 1,5….2 м. Учитывая указанное, выбираем сваю СП 300*9600, (табл. 4.1,4.2 каталога конструкций) длиной 9,6 м и сечением 30х30 см. Так как свая работает на центральное сжатие ее заделка в ростверк достаточна на 10 см. Следовательно, рабочая длина сваи составляет 9,5 м (длина острия 0,25 м в длину сваи не входит). Нижний конец сваи при такой ее длине будет погружен в глину тугопластичную на глубину 1,8м.

В случае несовпадения отметок NL и DL и необходимости планировки территории срезкой, подсыпкой или намывом до 3 м глубину погружения нижнего конца сваи Z и среднюю глубину расположения слоя грунта Zi следует принимать от отметки NL

Определение несущей способности сваи по грунту Fd и расчетной нагрузки Рсв на одну сваю

- определяется по формуле

γс - коэффициент условий работы сваи в грунте ; γс=1;- расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, принимаемое по таблице №4- площадь поперечного сечения сваи, м2;- наружный периметр поперечного сечения сваи, м;

- расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа, принимаемое по таблице №5-толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м;

γсf - коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи В данном случае = γсf = 1.

Находим значения R и fi для наших инженерно-геологических условий:

для глины , на глубине 13,2м R=2160 кПа;

для супеси текучей с IL=1,4 на средней глубине слоя z2=4,8 м, f2=6кПа;

для суглинка текучего с IL=1,4 на средней глубине z3=6,3 м, f3=6кПа;

для песка мелкого, ср плотности , на глубине z4=10 м, f3=46кПа

для Глины , на глубине z4=15 м, f3=33кПа

Площадь поперечного сечения сваи A=0,32=0,09 м2.

Периметр площади поперечного сечения сваи u=1,2 м.

=1[1·2160·0,09+1,2(6*2,1+6*1+46*4,6+33*1,8)]=194,4+347,52 =541,92 кН.

Расчетная допускаемая нагрузка на сваю Рсв определяется по формуле:

- коэффициент надежности. Если Fd определена расчетом, как в нашем случае, =1.4

Определение необходимого числа свай в свайном фундаменте, размещение их в плане, определение габаритов ростверка

Необходимое число свай n на один погонный метр длины ленточного фундамента определяется по формуле:

- заданная вертикальная нагрузка.

d2 - осредненная грузовая площадь вокруг сваи, с которой передается нагрузка от собственного веса ростверка, надростверковой конструкции и грунтовой пригрузке на ростверке;- диаметр (сторона сваи);- высота ростверка и надростверковой подземной конструкции, нагрузка от которых не вошла в расчет при определении N1;

- средний удельный вес грунта и бетона над подошвой ростверка.

Определяем расстояние а между осями свай.

Сваи в составе фундамента должны размещаться на расстоянии, равном (3… 6) d между их осями. Очевидно, что наиболее экономичным будет ростверк с однорядным расположением свай при расстоянии а между их осями, равном 1 м.

Расстояние от внешней грани вертикально нагруженной сваи до края ростверка принимается равным 0,2d +5 cм при однорядном размещении свай и 0,3d + 5 см при двух и трех рядном (d - в см), но не менее 10 см. В нашем случае это расстояние будет равно 25см. Исходя из этого, получаем ширину ростверка:

Высота ростверка ленточного двухрядного фундамента должна определяться из условия продавливания его сваей. Но, так как в данном случае расстояние от внутренней грани сваи до внешней грани стены подвала составляет 350 мм > 50 мм, то есть вся площадь поперечного сечения сваи попадает под стену, то продавливание ростверка оказывается невозможным и расчет на продавливание не производится. Поэтому, из конструктивных соображений и практики строительства, оставляем hp=0,5 м и не делаем пересчетов.

Итак, полученные размеры ростверка составляют: ширина bр=0,80 м, высота hр=0,5 м.

Расчет одиночной сваи в составе фундамента по первой группе предельных состояний (по несущей способности грунта основания сваи)

Расчет предусматривает проверку выполнения условия I предельного состояния:

т.е.

расчетная нагрузка передаваемая на сваи, то есть фактическая нагрузка;

- расчетная несущая способность грунта основания одиночной сваи (несущая способность сваи по грунту);

- расчетная нагрузка допускаемая на сваю

- коэффициент надежности, равный 1,4.

Вычисление фактической нагрузки F, передаваемой на сваю.

Вес ростверка Qр=(в*ш)*1 пог.м*плотность =0,5·0,8·1·22=8,8 кН; ()

Вес надростверковой конструкции Qнк (одного пог. м стены подвала) из 4 блоков ФБС24.4.6 Qнк=(0,6·0,4·1·4)* 22=21,12 кН;

Общий вес Q ростверка и надростверковой конструкции:

=Qр+Qнк=30 кН;

Вес грунта на внешнем обрезе ростверка Gгр= 1,8·0,23· , где

- средний удельный вес засыпки пазухи = 20 кН/м2. Gгр= 1,8*0,2·18= 6,48кН

Пригрузка внутреннего обреза ростверка бетонным полом подвала GП= 0,2*0,2·22= 0,8кН

Общий вес G пригрузки ростверка грунтом и полом подвала: G=Gгр+GП =6,48+0,8= 7,36кН

Итак:

Расчетная допустимая нагрузка на сваю

Проверяем выполнение условия первого предельного состояния:  или  

,36кН<387кН - условие выполняется

Следовательно, размещение свай в плане и ширина ростверка принимается для дальнейших расчетов. Если бы условие первого предельного состояния не было выполнено, следовало добиться его выполнения, путем уменьшения расстояния между сваями в ряду или удлинения свай. Принятые размеры свайного фундамента будут считаться окончательными при удовлетворении условия расчета по второму предельному состоянию - по деформациям.

Расчет основания свайного фундамента по II группе предельных состояний - по деформациям

Расчет основания по деформациям включает определение средних максимальных осадок s наружной и внутренней стен методом послойного суммирования и эквивалентного слоя, относительной разности осадок между ними Δs и сравнение их с предельными значениями, su и Δsu., т.е. s ≤ su и Δs ≤ Δsu. Расчеты осадок этими методами основаны на теории линейного деформирования грунта, область применимости которой ограничивается расчетным сопротивлением грунта R.

Для того, чтобы проверить правильность использования упомянутых методов расчета осадок в условиях данного примера, необходимо определить среднее давление рII под подошвой условного фундамента и убедиться в том, что оно не превышает расчетного сопротивления R грунта, на который опирается условный фундамент, т.е. соблюдается условие: рII≤R.

Определение среднего давления р под подошвой условного фундамента

Для вычисления р необходимо определить площадь подошвы условного ленточного фундамента Аусл и нагрузки, передающиеся на эту площадь от собственного веса всех элементов, входящих в объем условного фундамента, а также и от сооружения.

Площадь условного ленточного фундамента:

  ,где

- среднее значение угла внутреннего трения грунтов, залегающих в пределах рабочей длины сваи lсв=5 м.

Объемы условного фундамента, всех входящих в него конструктивных элементов и грунта.

условного фундамента  (hусл - от планир. отм. до конца сваи)

ростверка

части стены подвала, расположенной ниже верха условного фундамента (ниже отметки DL):

части пола подвала (справа от стены подвала):

части подвала, примыкающего к стене и ограниченного справа стороной условного фундамента:

грунта

Объем свай не вычитается из объема Vусл. При подсчете веса грунта в условном фундаменте Gгр.усл. не учитывается увелечение его удельного веса за счет уплотнения при забивке свай. Принимается, что Gгр.усл.= Vгр.усл*~( Vгр.усл-Vсв)*

Нагрузки от собственного веса всех составных частей условного фундамента и от сооружения:

ростверка и всей надростверковой конструкции, то есть всей стены подвала, включая ее часть, расположенную выше отметки DL:

=Qр+Qнк=30 кН; (определены ранее при вычисл. фактич. нагрузки)

части пола подвала: Qчпп=Vчпп*=0,04*22=0,88кН

свай (1 свая с рабочей длиной lсв=9,5 м, из которых 9,5 м - в водонасыщенном грунте): Qсв=[0.32*9,5*(18-10)]1=6,84кН

грунта в объеме условного фундамента: Qгр=Vгр. усл.*

Отсюда сразу считаем Gгр: Gгр.усл.=10*9,21 =92,1кН

Среднее давление р под подошвой условного фундамента

Вычисление расчетного сопротивления R для Глины (6 слой), залегающей под подошвой условного фундамента. (на конце сваи)

где Принимаем gс1 = 1,1; gс2 = 1,0. k = 1.

Мg, Мq, Мс - коэффициенты, принимаемые по таблице 4 в зависимости от расчетного значения угла внутреннего трения j грунта, находящегося непосредственно под подошвой фундамента, т.е. рабочего слоя. При j = 10° (глина) принимаем:

Мg = 0,18;

Мq = 1,73;

Мс = 4,17.- коэффициент, принимаемый равным:

при b < 10 м kz = 1;

при b ³ 10 м kz = z0/b + 0,2.

Здесь b - ширина подошвы фундамента, м.

Как было определено, для свайного фундамента b = 0,8 м принимаем kz = 1.- глубина заложения фундамента от уровня планировки срезкой или подсыпкой, м. Согласно проведенным выше вычислениям d = 2,3 м. С=25

gII’ - осредненное (по слоям) значение удельного веса грунта, залегающего выше отметки заложения подошвы фундамента, (при наличии подземных вод определять определяется с учетом взвешивающего действия воды), кН/м3.

 gII = g6=8,3

- приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, м.

где , hs =9,5 м; hcf =0,2м; , gcf =22.

Итак:

,9кН<305,2кН - условие выполняется

Подбор молота для забивки свай и определение расчетного отказа

Данные: Свая 0,3*0,3*9,5м ; Fd=541,92кН; Pсв=387кН

Подбор молота. Э=1,75*а*Рсв; где а = 25Дж/кН Э=1,75*25*387=16931Дж=16,9кДж

Подходит Дизель-молот марки С-995 С энергией удара 19кДж

Проверка пригодности молота. (Gм+Gс)/Эр<Kм

где Gм - полный вес молота =26кНс - вес сваи с наголовником и подбабком (принимаем вес наголовника 100кгс=1кН, подбабок не используется.

Вес железобетонной сваи 0,32·9,5·24=20,5кН; Gс=20,5+1=21,5кН

Эр - расчетная энергия удара, определяемая для трубчатых дизель-молотов по формуле:

Эр=0,9G*Н (G - вес ударной части молота - 12,5кН,)

Н - фактическая высота падения молота, на стадии

окончания забивки принимаемая по табл - 2,8м . Эр=0,9·12,5·2,8=31,5кДж.

Км=6кДж - коэффициент применимости молота

Итого: (26+21,5)/31,5=1,5<6. Условие выполнено. Молот пригоден.

Определение расчетного отказа.

где  - k-m, принимаемый для железобетонных свай, забиваемых с наголовником, равным 1500кН/м2;

А - площадь поперечного сечения сваи 0,3·0,3=0,009м2;

 - коэффициент восстановления удара при забивке железобетонных свай с применением наголовника и деревянного вкладыша в нем; - несущая способность сваи по грунту, =529,3кН

Эр =31,5 кДж ; Gм =26кН ; Gс =21,5 кН

что окончательно подтверждает выбор молота

Определение конечной осадки свайного фундамента (послойным суммированием)

Подготавливаем графическую схему, необходимую для расчета осадки довычисляем для ее построения необходимые данные.

Вычисление ординат эпюры природного давления σzg,i

Эпюра природного давления на планировочной отметке пов-ти земли принимается равной нулю. Далее:

На границе 5 и 6 слоев :

На подошве усл фунд-та:

На конце 6 слоея :

Вычитание ординат вспомогательной эпюры 0,2 σzg,i

Вычисление ординат эпюры дополнительного давления σzp,i

Сначала вычисляется верхняя ордината эпюры σzp0 непоср. под подошвой фундамента при z = 0:

Затем вычисляются другие ординаты по формуле для различных глубин zi откладываемых от подошвы фундамента. Коэффициенты αi для условий данного примера берутся в зависимости от отношения длины фундамента стены l к ширине фундамента b, то есть =19,6/0,8>10 (принимается по последней колонке таблицы) Вычисления удобно вести в табличной форме.

(Заполн. Из табл.)

Вычисление осадки методом послойного суммирования

Осадка в каждом грунтовом слое складывается из осадок входящих в него элементарных слоев полных и неполных).слой (восемь элементарных слоев):

ИТОГО:

Суммарная осадка S=0,27см<Sпред.=10см

Определение стабилизированной осадки свайного фундамента методом эквивалентного слоя

Осадка методом эквивалентного слоя рассчитывается по формуле

-средневзвешенное значение относительного коэффициента сжимаемости в пределах сжимаемой толщи Нс.

Мощность эквивалентного слоя

-коэффициент эквивалентного слоя определяется по табл 7 в зависимости от значения , которое в нашем случае можно приближенно принять равным =0,20,(коэффициент Пуассона) так как в сжимаемой толще основания преобладают пески , а также глина тугопластичная и соотношения сторон >10. Фундамент следует считать обладающим конечной жесткостью ( ). Поэтому Aω нужно брать из колонки Aωm, относящейся к v=0,20, в таблице 7 Получаем Aω=2,4 и hэ= Aω·b=2,4·0,8 = 1,92 м.

Так как основание не слоистое, находим глубину сжимаемой толщи м. Зная Нс можно уточнить приближенно принятое υ=0,20, вычислив его средневзвешенное значение по формуле:

Оно оказалось равным принемавшемуся. Если  будет существенно отличаться от ранее взятого приближенно, то следует найти новое значение Aωm в зависимости от  ,уточнить hэ и Нс и произвести осреднение тν - относительного коэффициента сжимаемости. При известных значениях σzp,0=79,6кПа и Нс=1,92м строим треугольную эпюру дополнительного давления и определяем расстояние z, необходимое для вычисления mv

Осредненное (средневзвешенное) значение относительного коэффициента сжимаемости определяется по формуле:

- относительный коэффициент сжимаемости i-го слоя грунта в пределах сжимаемой толщи Hc ;

- мощность i-го слоя;

- расстояние от середины i-го слоя до нижней границы сжимаемой толщи.

Вычисляем относительные коэффициенты сжимаемости i-тых грунтовых слоев по формуле:  используя значения модулей деформации этих слоев. Коэффициенты определяем через коэффициенты Пуассона v, принимаемые для глины тугопластичной - 0,22 по формуле:

глина тугопластичная

Подставляя в формулу осадки, получаем:

Полученная величина осадки s=3,0 см < su=10 см - предельной осадки для бескаркасного многоэтажного дома. Условие второго предельного состояния s≤ su выполнено.

Расчет стабилизации осадки во времени

Нестабилизированная осадка st на период времени t определяется по формуле:

где u -степень консолидации, представляющая собой долю от конечной стабилиз. осадки S.

Причем,

где N фактор времени, определяемый формулой:

Значения u в зависимости от N приводятся в таблице 6 По значениям N при различных величинах

степени консолидации u (от 0 до 1) можно вычислять время ti , соответствующее сформированию нестабилизированных осадокSt,I Время ti находят по формуле:

Для определения ti предварительно находят значение коэффициента консолидации сv по формуле:

где и - средневзвешенные значения соответственно коэффициентов фильтрации и относительной сжимаемости.

 =0.0000763 (вычислено ранее

Коэффициент консолидации сv целесообразно привести к размерности , имея в виду, что 1 год= 365·24·60·60 секунд.

Для определения время стабилизации t по выражению

вычислим сомножитель, обозначенный буквой Т:

Вычисления стабилизации осадки во времени целесообразно вести в табличной форме:

По результатам вычислений строим график s=f(t)

ПОДСЧЕТ ОБЪЕМОВ ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ И ОБЪЕМОВ БЕТОННЫХ И Ж/Б КОНСТРУКЦИЙПРОЕКТИРУЕМЫХ ВАРИАНТОВ ФУНДАМЕНТОВ

Фундамент мелкого заложения

Объем грунта:

где S1 и S2 соответственно площади нижнего и верхнего оснований

Объем ж/б конструкции:

Свайный фундамент

Объем грунта:

где S1 и S2 соответственно площади нижнего и верхнего оснований

Объем ж/б конструкции:

ВЫВОД:

Из 2х рассчитанных вариантов целесообразно выбрать свайный фундамент

Список использованной литературы:

«Проектирование основание и фундаментов», В.А. Веселов;

«Механика грунтов, основания и фундаменты», С.Б. Ухов, В.В. Семенов, В.В. Знаменский, З.Г. Тер-Мартиросян, С.Н. Чернышева;

«Механика грунтов, основания и фундаменты», Б.И. Далматов;

«Методические указания к выполнению курсового проекта», кафедра МГрОиФ, доц. А.М. Корнилов;

СНиП 2.02.01-85;

СНиП 2.02.03-85.

СП 50-101-2004

1.