Устройство фундаментов на естественном основании

Устройство фундаментов на естественном основании

Санкт - Петербургский Государственный

Архитектурно-Строительный

Университет

Кафедра оснований, фундаментов и механики грунтов

Курсовой проект

Механика грунтов

Проверил преподаватель

Татаринов С.В.

Санкт - Петербург

г.

Задание на курсовой проект

.Геологические условия                          2.Схема сооружения

Таблица 1 Усилия на обрезе фундамента от расчетных нагрузок в наиболее невыгодных сочетаниях

Схема 1. Химический корпус          Нечетный. 

Подвал в осях

Таблица 2 Расчетные характеристики физико-механических свойств грунтов

1. Оценка инженерно-геологических условий и свойств грунтов. Определение расчетного давления на грунты оснований

Определение недостающих характеристик физико-механических свойств каждого слоя:

Удельный вес скелета грунта

а) Глина .

б) Суглинок .

в) Супесь .

Коэффициент пористости

а) Глина  

б) Суглинок  

в) Супесь  

Пористость

а) Глина .

б) Суглинок .

в) Супесь .

Влажность грунта, соответствующая полному его водонасыщению

а) глина  

б) суглинок  

в) суглинок  

Число пластичности

а) глина  

в) супесь  

Показатель текучести

а) глина  

По значению IL грунт - глина - находится в мягкопластичном состоянии (3, стр.5: ).

б) суглинок  

По значению IL грунт - суглинок - находится в тугопластичном состоянии (3, стр.5: ).

в) супесь  

По значению IL грунт - супесь - находится в пластичном состоянии (3, стр.5: ).

Вычисление коэффициента относительной сжимаемости:

,

где .

Величина коэффициента Пуассона n принят ориентировочно для

Глин - 0,42

суглинка - 0,35

супесь - 0,30

а) глина

б) суглинок

в) супесь

Определение величин расчетных сопротивлений R для всех пластов основания при ширине подошвы фундамента b=1 м:

);

расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа;глубина заложения фундаментов без подвальных сооружений.

Таблица 3 Данные по грунтам из СНиП 2.02.01-83

Почвенно-растительный слой: п.с.=15 кН/м3-в не взвешенном состоянии;

=1

;=4

;=4

;=7

=7

=12

Вывод: По результатам оценки инженерно-геологических условий делаем вывод о возможности строительства проектируемого сооружения на рассматриваемой площадке и выборе несущего слоя основания. Напластование грунтов состоит из глины, суглинка, супеси. При проектировании фундамента на естественном основании несущим слоем будет являться глина, а при проектировании свайного фундамента целесообразно применение свай с опиранием на супесь. Так как глубина промерзания грунта и наличие подвала не позволяет спроектировать глубину заложения подошвы фундамента выше уровня подземных вод, то целесообразным будет применение водоотлива при разработке котлована и устройство защиты подвальных помещений от подземных вод и сырости, обмазка вертикальных поверхностей стен подвала за два раза горячим битумом или мастикой.

2. Конструктивные особенности здания и характер нагрузок

Проектируемое сооружение состоит из химического корпуса, которое представляет из себя здание с полным каркасом. Каркас обслуживающего здания состоит из стоек 400х400 м и 800х600 м.

В соответствии с п. 1 прил. 4 [4] предельные деформации основания для фундаментов, рассматриваемых сооружений:

химический корпус - осадка Su=8см, а относительная разность осадок (∆slL)u= 0,002;

В таблице 1 приведены расчётные нагрузки  при основном их сочетании, действующие по обрезу фундаментов, расчет по второй группе предельных состояний (по деформациям) в двух сочетаниях: одно - при максимальной нормальной силе и соответствующем моменте, другое - при максимальном моменте и соответствующей нормальной силе.

При расчёте по первой группе предельных состояний, по несущей способности (на устойчивость, прочность) и при определении количества свай следует использовать расчетные нагрузки , которые можно определить путем умножения заданных нагрузок  на усредненный коэффициент перегрузки n=1,2.

3. Разработка вариантов фундамента

Разработку вариантов следует проводить для одного наиболее нагруженного и характерного фундамента заданного здания или сооружения. Для химического корпуса таким будет фундамент 2. Фундамент в осях 4-В. NoII=3420 кН, MoII=56 кНм.(1-е сочетание) NoII=3280 кН, MoII= -69 кНм. (2-е сочетание)

.1 Фундамент на естественном основании

.1.1 Определение типа фундамента и глубины его заложения

При наличии подвала фундамент, как правило, следует располагать ниже пола подвала и глубину заложения его подошвы определять по формуле

,

где  - глубина подвала - расстояние от уровня планировки до пола подвала, ;

 - высота ступени фундамента, ;

 - толщина конструкции пола подвала, ;

.

Принимаем глубину заложения подошвы фундамента d=3,6 м.

.1.2 Определение значения расчётного сопротивления R на уровне заложения подошвы фундамента при b=1 м

;

.1.3 Определение площади подошвы фундамента А и его размеров в плане: ширины b и длины l

,

где NOII - усилие, передаваемое по обрезу фундамента №2, равное 3280 кН;- расчетное сопротивление, кПа;

gm - средний удельный вес фундамента и грунта на его обрезах, принимаемый для фундамента с подвалом, .

.

Для квадратного фундамента:

где А - площадь фундамента, м.

.

С учётом модуля 0,3 м принимаем размеры подошвы фундамента 4,8´3,3 м.

3.1.4 Уточнение R при установленной ширине подошвы фундамента м

.1.5 Конструирование фундамента и определение веса фундамента NфII и грунта на его ступенях NгрII

Проектируем отдельно стоящий сборный фундамент:

Собственный вес фундамента можно определить по следующей формуле:

где Vф - объем фундамента, м3;

gжб - удельный вес железобетона, равный 24 кН/м3.

;

.

Вес грунта, находящегося на ступенях фундамента:

где Vгр - объем грунта, находящегося на ступенях фундамента, м3;

g¢II - удельный вес грунта, находящегося на ступенях фундамента, кН/м3 (gII=20,5 кН/м3).

.

.1.6 Определение среднего давления р по подошве фундамента и сравнение его с расчётным сопротивлением грунта основания R

.

При устройстве стандартных сборных фундаментов допускается недогрузка до 10%.

 - условие выполняется.

Принимаем размеры подошвы фундамента 3,9х3,6.

.1.7 Определение абсолютной осадки основания фундамента S и сравнение с предельной величиной деформации основания Su установленной для рассматриваемого типа здания или сооружения

Целью расчета является ограничение абсолютных перемещений фундаментов и подземных конструкций такими пределами, при которых гарантировалась бы нормальная эксплуатация сооружения и не снижалась бы его долговечность.

Расчет сводится к удовлетворению условия:

£Su

где S - совместная деформация основания и сооружения, определяемая расчетом;- предельное значение совместной деформации основания и сооружения.

Осадка основания S может быть рассчитана различными методами, и в частности с использованием схемы в виде линейно деформируемого полупространства или слоя, методом эквивалентного слоя, предложенным Н. А. Цытовичем, или же методом ограниченной сжимаемой толщи (Б. И. Далматова).

Определение осадки фундамента методом послойного суммирования.

Осадка основания S с использованием расчетной схемы в виде линейно деформируемого полупространства определяется методом послойного суммирования по формуле:

где b-безразмерный коэффициент, равный 0,8;

szp.i-среднее, значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i-м слое грунта, равное полусумме указанных напряжений на верхней zi-1 и нижней zi границах слоя по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента;и Еi-соответственно толщина и модуль деформации i-гo слоя грунта;число слоев, на которое разбита сжимаемая толща основания.

Для построения эпюр szg и szp разбивают толщу грунта ниже подошвы фундамента на элементарные слои. При однородном основании высота элементарного слоя hi может быть принята равной 0,4b, а при неоднородном основании, принимают hi£0,4b таким образом, чтобы одна из точек находилась на границе двух различных по составу грунтов.

В нашем случае высота элементарного слоя hi=0,4×3,6=1,44 м.

Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента szg 0 при планировке срезкой определится по формуле:

szg 0=g¢d

szg 0=18,1х3,6=65,16м2.

где gi и hi - удельный вес и толщина i-го слоя грунта.

Дополнительное вертикальное давление на основание на уровне подошвы фундамента определяют по формуле:

szp 0=p0=p-szg 0,

где p - среднее давление под подошвой фундамента.

szp 0=276,43- 65,16=211 кН/м2.

Дополнительные вертикальные нормальные напряжения на глубине z от подошвы фундамента по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента, определятся по формуле: szp 0=ap0

где a-коэффициент, принимаемый по табл. 1 прил. 2 СНиП в зависимости от формы подошвы фундамента, соотношения сторон прямоугольного фундамента h=l/b и относительной глубины x=2z/b.

Нижняя граница сжимаемой толщи основания условно находится на глубине z=Hс там, где szp=0,2szg, если модуль деформации этого слоя или непосредственно залегающего под этой границей больше или равен 5 МПа. Если же E<5 МПа, то граница сжимаемой толщи определяется исходя из условия szp=0,1szg.

Для удобства вычисления конечной осадки определяемые величины сведены в таблицу:

Таблица 4 Величины, используемые при расчете осадок фундаментов по методу послойного суммирования

Мощность сжимаемого слоя Нс=5,44 м. Осадку вычисляем по следующей формуле:

Осадка фундамента 6,5 см меньше предельно допустимой осадки фундаментов .

.1.8 Расчёт материала фундамента на прочность

Расчет материала фундамента на прочность осуществляют в том случае, когда применяется нетиповой монолитный железобетонный фундамент. При этом стремятся максимально использовать прочность материала при минимальном его расходе.

Расчет на продавливание. Для железобетонных фундаментов, строятся пирамиды продавливания посредством проведения наклонных сечений под углом 45° от основания подколенника или низа колонны в подколеннике до пересечения с арматурой. В каждой из пирамид рассматривается, как правило, одна наиболее нагруженная ее грань. Расчет сводится к удовлетворению условия.

пр£kRpbсрh0,

где Fпр - расчетная продавливающая сила, кН;пр=pгрAпр;гр - реактивное давление грунта;пр - часть площади подошвы фундамента, находящаяся за пределами нижней грани пирамиды продавливания, м2;- расчетное сопротивление бетона при растяжении, кПа;ср - средняя линия наклонной грани (трапеции);

- высота пирамиды продавливания, считая от арматуры, или полезная высота фундамента, м;- коэффициент, принимаемый для тяжелых бетонов равным 1.

пр=pгрAпр=276,43х1,98=547,3 кНгр=276,43 кН/м3

=600-70=530 см =0,53 мпр=547,3£kRpbсрh0=1х900х3,3х0,53=1574,1пр=pгрAпр=276,43х1,08=298,5 кНгр=276,43 кН/м3

=300-70=230 см =0,23 мпр=298,54£kRpbсрh0=1х900х3,6х0,23=745,2

.2 Фундамент на железобетонных висячих сваях

Свайные фундаменты рационально применять при большой толще слабых грунтов, залегающих сверху, для понижения трудоемкости, увеличения степени механизации работ нулевого цикла и экономической их целесообразности.

Сваями обычно прорезают слабые пласты грунтов и стремятся передать нагрузку от сооружения на более плотные слои грунта.

По характеру статической работы сваи подразделяют на сваи-стойки и висячие сваи.

К висячим сваям относят сваи всех видов и сваи-оболочки, погруженные в сжимаемые грунты. Висячие сваи передают нагрузку на грунт боковой поверхностью и нижним концом.

К сжимаемым грунтам относят пески, супеси, суглинки и глины от текучей до полутвердой консистенции. В зависимости от плотности песчаных и консистенции глинистых грунтов, залегающих вокруг сваи, значение сопротивления грунтов на их боковой поверхности и под их нижними концами колеблются в широких пределах.

3.2.1 Определение глубины заложения подошвы ростверка

При установлении глубины заложения подошвы ростверка руководствуются теми же соображениями, что и при определении глубины заложения подошвы фундаментов, возводимых на естественном основании. Ростверк бесподвальных зданий в непучинистых грунтах могут закладываться у поверхности, на 0,1-0,15 м ниже планировочной отметки, в пучинистых же грунтах их подошву необходимо располагать не выше расчетной глубины промерзания грунтов. При наличии подвала фундамент, как правило, следует располагать ниже пола подвала и глубину заложения его подошвы определять по формуле

,

где  - глубина подвала - расстояние от уровня планировки до пола подвала, ;

 - высота ростверка, ;

 - толщина конструкции пола подвала, ;

.

Принимаем глубину заложения ростверка 3,9 м.

.2.2 Выбор типа, длины и марки сваи

Для данных грунтовых условий более рациональными будут висячие сваи. Учитывая глубину заложения подошвы ростверка, заделку cваи в ростверк и расположение несущего слоя грунта, можно наметить тип и длину сваи.

В первом приближении выбираю сваи марки С16-35 - свая длиной 16,0 м сплошного квадратного сечения 35´35 см с поперечным армированием ствола 8Æ16 кл. A-I. Марка бетона В 25.

3.2.3 Определение расчетной нагрузки Р, допускаемой на сваю по материалу.

где  - коэффициент условия работы для свай b>20см (сторона сваи).

- коэффициент продольного изгиба для низкого ростверка.

 - расчетное сопротивление сжатию бетона В15.

 - расчетное сопротивление сжатию арматуры А-I

 - площадь поперечного сечения бетонной сваи.

 - площадь поперечного сечения арматуры равная:

по грунту:

где  - коэффициент условия работы.

 и  - коэффициент условия работы для забивных свай по табл.9.5 [3].

 - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи на глубине 16,0м.

 - площадь поперечного сечения бетонной сваи.

 - наружный периметр поперечного сечения сваи.

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

 - расчетное сопротивление i-го слоя грунта по боковой поверхности сваи, кПа.

В последующих расчетах принимаем меньшую величину F из двух, т.е.

.2.4 Определение условного давления под подошвой ростверка

где d=0,35м - диаметр или поперечная сторона сваи.

.2.5 Определение ориентировочной площади подошвы ростверка

где -глубина заложения ростверка.

 - средний удельный вес материала ростверка и грунта на его ступенях.

 - коэффициент перегрузки.

.

.2.6 Определение расчетной нагрузки от веса ростверка с грунтом на его ступенях и количества свай

Ориентировочное значение веса ростверка и грунта на его ступенях

где -глубина заложения ростверка.

 - средний удельный вес грунта и ростверка.

 - коэффициент перегрузки.

- требуемая площадь ростверка

Принимаем 6 свай.