Основания и фундаменты. Свайные фундаменты

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

Задание на проектирование

Сбор нагрузок в характерных сечениях

Общие положения

Определение расчетных значений нагрузок

Оценка инженерно-геологических условий площадки строительства

Построение ситуационного плана и инженерно геологического разреза

Определение производных и классификационных характеристик грунтов

Строительная классификация грунтов

Определение нормативных значений показателей, характеризующих механические свойства грунтов

Определение условного значения сопротивления грунтов основания

Составление сводной ведомости нормативных значений физико-механических характеристик грунтовых свойств

Определение расчетных значений физико-механических характеристик грунта

Расчет фундаментов мелкого заложения на естественном основании по предельным состояниям

Расчет столбчатого центрально-нагруженного фундамента

Подбор площади подошвы фундамента

Расчет осадки основания фундамента

Расчет ленточного центрально-нагруженного фундамента под внутреннюю стену в бесподвальной части здания

Подбор площади подошвы фундамента

Расчет ленточного центрально-нагруженного фундамента под внутреннюю стену в подвальной части здания

Подбор площади подошвы фундамента

3.4 Расчет ленточного фундамента под наружную стену в бесподвальной части здания

3.4.1 Выбор глубины заложения подошвы фундамента

3.4.2 Подбор площади подошвы фундамента

Расчет свайных фундаментов по предельным состояниям

Общие сведения

Расчет кустового свайного фундамента под центрально - нагруженную колонну

Подбор свай

Расчет осадки основания фундамента

Подбор свай в сечении 2-2

Подбор свай в сечении 3-3

Подбор свай в сечении 5-5

Технико-экономическое сравнение вариантов фундаментов

Список использованной литературы

1 Сбор нагрузок в характерных сечениях 1.1 Общие положения

Сбор нагрузок для проектируемого сооружения ведется на обрез фундамента в характерных сечениях, указанных в задании. При сборе нагрузок учитываются указания и рекомендации СНиП {1}. Сбор нагрузок выполняется на основное сочетание нагрузок. Для упрощения расчетов при сборе нагрузок учитываются только наиболее характерные виды вертикальных нагрузок. Ветровая нагрузка не учитывается. Расчетные значения нагрузок по 2-м группам предельных состояний определяются по формуле:

- расчетное значение любого вида нагрузки,

где xn - нормативное значение соответствующей нагрузки, определяется расчетом по формулам или по табл. {1};

- коэффициент надежности по нагрузке, определяется по указаниям {1}.

При определении расчетного значения нагрузки учитывают класс ответственности здания введением коэффициента . Проектируемое сооружение относится ко II классу (=0,95). При определении расчетных значений временных нагрузок их значения принимаются с коэффициентом сочетания нагрузок =0,9.

; ;

Коэффициент, учитывающий одновременность загруженности перекрытий не используется.

Расчет производится в табличной форме.

Сбор нагрузок на столбчатый фундамент производится на 1 м2 площади подошвы, а на ленточный фундамент на 1 погонный метр длины фундамента.

Сбор нагрузок учитывает следующие объемно-планировочные и конструктивные особенности сооружения:

плиты перекрытия и покрытия приняты с опиранием по 2-м сторонам, одинаковые.

стены надземной части здания устраиваются из обыкновенного глиняного кирпича.

1.2 Определение расчетных значений нагрузок Представлены в таблице 1.1
2 Оценка инженерно­-геологических условий площадки строительства Построение ситуационного плана и инженерно-геологического разреза Ситуационный план и инженерно - геологический разрез представлены в графической части. 2.2 Определение производных и классификационных характеристик грунтов

Определение производных и классификационных характеристик грунтов производится в соответствии с рекомендациями ГОСТ {2}. При определении данных характеристик в расчетах принимают участие основные физические показатели грунтов, приведенные в задании (см. табл. 2)

1.) Плотность сухого грунта:

для верхнего слоя: г/см3;

для среднего слоя: г/см3;

для нижнего слоя: г/см3.

2.) Пористость грунта:

для верхнего слоя: ;

для среднего слоя: ;

для нижнего слоя: .

3.) Коэффициент пористости грунта:

для верхнего слоя: ;

для среднего слоя: ;

для нижнего слоя: .

4.) Коэффициент пористости грунта при влажности на границе текучести ():

для верхнего слоя: ;

для среднего слоя: .

5.) Степень влажности - степень насыщенности под водой: ;

для верхнего слоя: ;

для среднего слоя: ;

для нижнего слоя:.

6.) Число пластичности: ,

где предел текучести на границе раскатывания;

для верхнего слоя: ;

для среднего слоя: .

7.) Показатель текучести: ,

где предел текучести на границе раскатывания;

для верхнего слоя: ;

для среднего слоя: .

8.) Показатель JSS: ;

для верхнего слоя: ;

для среднего слоя: .

9.) Удельный вес грунта в природном состоянии:

где - ускорение свободного падения на земле;

для верхнего слоя: ;

для среднего слоя: ;

для нижнего слоя: .

10.) Удельный вес частиц грунта: ;

для верхнего слоя: ;

для среднего слоя: ;

для нижнего слоя: .

11.) Удельный вес сухого грунта: ;

для верхнего слоя: ;

для среднего слоя: ;

для нижнего слоя: .

12.) Удельный вес грунта в насыщенном водой состоянии:

где - удельный вес воды;

для среднего слоя: .

13.) Удельный вес грунта во взвешенном водой состоянии: ,

для нижнего слоя: .

2.3 Строительная классификация грунтов

Строительная классификация заключается в определении полного наименования грунтов, характеризующего их строительные свойства. Классификация производится в соответствии с рекомендациями {2} и указаниями {3}.

I. Несвязные грунты.

Песок

По гранулометрическому составу {2}, табл. Б.10: d > 0,1 мм, S=97% > 75 % - мелкий.

По степени влажности {3}, табл. 4: 0,5 < Sr=0,64 Ј 0,8 - влажный.

По плотности сложения {3}, табл. 6: 0,6 Ј e =0,71 Ј 0,75 – средней плотности.

II. Связные грунты.

По виду пылевато-глинистого грунта {3}, табл. 2:

7< JP1 =14% Ј 17 % - суглинок;

7< JP2 =15% Ј 17 % - суглинок.

По консистенции грунта {3}, табл. 3: 0 Ј JL1=0,21Ј 0,25– полутвердый;

0,25<JL2=0,27 Ј 0,5– тугопластичный.

По набуханию грунта {3}, стр. 6: при Jss і 0,3 - набухающий;

Jss1 = 0,11 - ненабухающий;

Jss2 = 0,10 - ненабухающий.

По просадочности грунта {3}, табл. 7: Sr Ј 0,8 и , если оба условия, выполняются, то грунт считается просадочным;

Sr1 =0,88і 0,8 непросадочный;

Sr2 =0,82і 0,8 непросадочный.

Вывод: ИГЭ 1 - Суглинок полутвердый, непросадочный, ненабухающий;

ИГЭ 2 – Суглинок тугопластичный, непросадочный, ненабухающий;

ИГЭ 3 - Песок мелкий, средней плотности, влажный.

2.4 Определение нормативных значений показателей, характеризующих механические свойства грунтов

Нормативные значения механических характеристик грунтов на стадии принятия проектного решения допускается определять по таблицам СНиП {4}.

Для определения нормативных показателей механических свойств грунтов воспользуемся таблицами 1-3 прил. 1 {4}.

Для пылевато-глинистых грунтов прочностные показатели определяем по табл. 2 прил. 1 {4}, для песчаных грунтов по табл. 1 прил. 1 {4}.

- для песчаных грунтов

Нормативные коэффициенты сжимаемости грунтов определяются по формуле:

Нормативные значения коэффициентов фильтрации грунтов определяются по данным справочника {5}:

Значение R0 определяется в соответствии с рекомендациями {4} по табл. 1-6 прил. 3.

2.6 Составление сводной ведомости нормативных значений физико-механических характеристик грунтовых свойств

Представлена в таблице 2.1

2.7 Определение расчетных значений физико-механических характеристик грунта

Определение расчетных значений физико-механических характеристик грунта производится в соответствии с рекомендациями {4} по формуле:

В расчетах основания по деформациям для всех грунтовых характеристик

В расчетах основания по несущей способности:

Значения основных расчетных показателей представлены в табл. 2.2

Таблица 2.2

Расчетные значения основных физико-механических свойств грунта

Таблица 1.1

3. Расчет фундаментов мелкого заложения на естественном основании по предельным состояниям 3.1 Расчет столбчатого центрально-нагруженного фундамента 3.1.1 Подбор площади подошвы фундамента

Определяем требуемую площадь подошвы фундамента:

где - суммарная расчетная нагрузка на фундамент по II п.с. (табл. 1.1),

- значение расчетного сопротивления грунта,

усредненное значение удельного веса материала фундамента и грунта на его уступах,

глубина заложения фундамента.

Определяем требуемые размеры подошвы фундамента:

Путем подбора принимаем размеры фундамента:

Находим значение расчетного сопротивления грунтов основания:

где - коэффициенты условий работы грунтового основания и здания во взаимодействии с основанием, определяемые по табл. 3 {3};

- коэффициент надежности, принятый равным 1,1 т.к. прочностные характеристики грунта приняты по табл. 1-3 прил. 1 {3};

- коэффициенты, принимаемые по табл. 4 {3} в зависимости от расчетного значения угла внутреннего трения грунта, находящегося непосредственно под подошвой фундамента;

- коэффициент, при ;

кН/м3 - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента;

- осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента;

кПа - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента;

- глубина заложения подошвы фундамента бесподвальных зданий от уровня планировки или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле: ;

- расстояние от уровня планировки до пола подвала.

Рис. 3.1 Расчетная схема столбчатого центрально-нагруженного фундамента

Определяем среднее давление, действующее под подошвой фундамента:

,

где - расчетная нагрузка от веса фундамента

и грунта на его уступах.

Проверяем условие :

.

7) Проверяем экономичность принятого решения:

.

Условие экономичности не выполняется, но при уменьшении размеров подошвы фундамента не выполняется условие .

Расчет осадки оснований производится в соответствии с рекомендациями {3} исходя из условия S<SU ,

где SU - предельно-допустимая осадка, определяемая по прил. 4. {3};

S - расчетная осадка, определяемая методом послойного суммирования.

1) Строим расчетную схему.

2) Разбиваем грунтовый массив ниже подошвы фундамента на элементарные слои, исходя из следующих условий:

мощность любого элементарного слоя ,

слои должны быть однородными по своим свойствам

3) Строим эпюру природных давлений: ,

,

где dn - расстояние от уровня планировки до низа подошвы фундамента.

Природные давления определяются на границах элементарных слоев.

4) Строим эпюру дополнительных давлений от фундамента.

Значения напряжений определяются на границах элементарных слоев. Начало эпюры от уровня подошвы.

,

где - дополнительное давление на уровне подошвы фундамента,

- среднее давление под подошвой фундамента;

- коэффициент, учитывающий убывание с глубиной дополнительных давлений, прил. 2, табл. 1 {3}.

5) Определяем нижнюю границу сжимаемой толщи, которая на такой глубине от подошвы фундамента, на которой выполняется условие: ,

.

Следовательно мощность сжимаемой толщи Hc=z=5,04 м.

Расчет осадки фундамента ведется в табличной форме и представлен в табл. 3.1

Таблица 3.1

Расчет эпюр природных и дополнительных давлений

Рис. 3.2 Эпюры природных и дополнительных давлений в грунте для расчета осадки столбчатого фундамента

6) Определяем осадку основания в пределах сжимаемой толщи:

,

где - коэффициент, учитывающий боковое расширение;

n - количество элементарных слоев, вошедших в сжимаемую толщу;

- мощность соответствующего элементарного слоя, м;

Ei - модуль деформации соответствующего элементарного слоя, кПа;

- дополнительное вертикальное давление от сооружения в середине элементарного слоя, кПа.

Проверяем условие S<SU :

S=1,8 см < SU=10 см.

Предельно допустимая осадка для зданий рассматриваемого типа составляет 10 см , следовательно принятые размеры фундамента удовлетворяют расчету по деформации.

3.2 Расчет ленточного центрально-нагруженного фундамента под внутреннюю стену в бесподвальной части здания 3.2.1 Подбор площади подошвы фундамента

1) Определяем требуемую площадь подошвы фундамента: ;

2) Определяем требуемые размеры подошвы фундамента:

3) Принимаем размеры фундамента:

Рис. 3.3 Расчетная схема ленточного центрально нагруженного фундамента под внутреннюю стену в бесподвальной части здания

4)Определяем расчетное сопротивление грунтов основания:

5)Определяем среднее давление, действующее под подошвой фундамента:

,

где

6) Проверяем условие : .

Условие выполняется следовательно размеры фундамента достаточны.

7) Проверяем экономичность принятого решения:

.

Условие экономичности не выполняется, но размеры фундамента приняты минимальные.

3.3 Расчет ленточного центрально-нагруженного фундамента под внутреннюю стену в подвальной части здания 3.3.1 Подбор площади подошвы фундамента

1) Определяем требуемую площадь подошвы фундамента: ;

Определяем требуемые размеры подошвы фундамента:

Принимаем размеры фундамента:

Определяем расчетное сопротивление грунтов основания:

;

Определяем среднее давление, действующее под подошвой фундамента:

,

Рис. 3.4 Расчетная схема ленточного центрально нагруженного фундамента под внутреннюю стену в подвальной части здания

Проверяем условие :

.

- условие выполняется, следовательно размеры фундамента достаточны.

Проверяем экономичность принятого решения:

- условие экономичности выполняется.

3.4 Расчет ленточного фундамента под наружную стену в бесподвальной части здания

3.4.1 Выбор глубины заложения подошвы фундамента

Определяем расчетную глубину сезонного промерзания грунтов:

Проверяем условие :

.

3.4.2 Подбор площади подошвы фундамента

Определяем требуемую площадь подошвы фундамента: ;

Определяем требуемые размеры подошвы фундамента:

Принимаем минимальные размеры фундамента:

Рис. 3.5 Расчетная схема ленточного фундамента под наружную стену

в бесподвальной части здания

Определяем расчетное сопротивление грунтов основания:

Определяем среднее давление, действующее под подошвой фундамента:

,

где

Проверяем условие :

.

Условие выполняется следовательно размеры фундамента достаточны.

9) Проверяем экономичность принятого решения:

.

Решение экономичное.

4. Расчет свайных фундаментов по предельным состояниям 4.1 Общие сведения

Расчет свайных фундаментов производится в соответствии с рекомендациями СНиП {7}.

Сваи приняты готовые, сборные, железобетонные, призматические, сплошного квадратного сечения. Способ устройства свай - забивка дизель-молотом. По характеру передачи нагрузки на грунт - сваи висячие. Ростверки приняты монолитные железобетонные в сечениях 1-1 в виде плиты с подколонником; в остальных сечениях - в виде балки (ленты). Сопряжение свай с ростверком - шарнирное. Тип ростверка - низкий.

4.2 Расчет кустового свайного фундамента под центрально - нагруженную колонну 4.2.1 Подбор свай

Задаемся количеством и размером поперечного сечения свай:

n=4 шт.; axb=0,3x0,3 м2.

Конструируем ростверк

Определяем допускаемую нагрузку на одну сваю:

,

Определяем требуемую несущую способность сваи по грунту:

;

где - коэффициент надежности, зависящий от способа определения несущей способности сваи {7}.

Рис. 4.1 Конструкция кустового свайного фундамента

Изменяя длину сваи, подбираем такое значение несущей способности сваи, при котором выполняется условие .

Принимаем Lсв=4 м.

h1 = 2,0 м. Z1 = 2,55 м. f1 = 44,0 кПа

h2 = 0,95м. Z2 = 4,025 м. f2 = 51,6 кПа

h3 = 0,85м. Z3 = 4,925 м. f3 = 44,6 кПа

ZR = 5,35 м. R = 3237 кПа

где - коэффициент условия работы сваи в грунте {7};

- коэффициент условия работы грунта соответственно под нижним концом сваи и на боковой поверхности, табл.3 {7};

A - площадь поперечного сечения сваи, м2;

u - периметр сваи, м;

n - количество грунтовых элементов, которые соприкасаются с боковой поверхностью сваи;

hi -толщина i-того слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи;

fi -расчетное сопротивление i-того слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа, табл. 2, прим. 3 {7};

R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, табл. 1, прим. 3 {7};

Проверяем условие :

.

Проверяем конструкцию свай по прочности материала:

Условие выполняется. Прочность свай по прочности материала обеспечена.

где коэффициент условия работы бетона;

- коэффициент, зависящий от размеров поперечного сечения сваи;

- дополнительный понижающий коэффициент условия работы;

- расчетные сопротивления сжатию для I п.с. бетона и арматуры соответственно (арматура класса А-I, бетон класса В – 15);

- площади поперечного сечения соответственно сваи и сжатой арматуры;

- коэффициент продольного изгиба {6}.

Проверяем экономичность принятого решения:

.

Решение экономичное.

Расчет осадки основания фундамента

Определяем размеры грунтового массива:

;

,

где ;

где к - количество рядов свай;

а - расстояние между осями свай, м;

;

;

Определяем расчетное сопротивление под подошвой условного массива:

Определяем среднее давление, действующее под подошвой фундамента:

,

Проверяем условие :

.

Определяем осадку условного массива методом послойного суммирования:

а) Строим расчетную схему.

б) Разбиваем толщу грунтов под подошвой фундамента, исходя из условия:

;

в) Строим эпюру природных давлений:

г) Строим эпюру дополнительных давлений :

д) Определяем нижнюю границу сжимаемой толщи, которая находится на такой глубине, на которой выполняется условие: ,

.

е) Определяем осадку основания в пределах сжимаемой толщи: ,

Расчет осадки фундамента ведется в табличной форме (табл. 4.1)

Таблица 4.1

Расчет эпюр природных и дополнительных давлений

Рис 4.2 Эпюры природных и дополнительных давлений в грунте для расчета осадки свайного кустового фундамента

ж) Проверяем условие S<SU :

S=2,1 см < SU=10 см , следовательно при принятых размерах свайного

фундамента требования СНиП выполняются.

4.3 Подбор свай в сечении 2-2

Задаемся количеством свай на 1 п.м. и размерами поперечного сечения:

n=1/1,5=0,667 шт.; axb=0,3x0,3 м2 , шаг свай 1,5 м.

Конструируем ростверк axb=1x0,4 м2

Определяем допускаемую нагрузку на одну сваю:

,

Определяем требуемую несущую способность сваи по грунту:

;

Изменяя длину сваи, подбираем такое значение несущей способности сваи, при котором выполняется условие .

Принимаем Lсв=4 м.

h1 = 2,0 м. Z1 = 2,60 м. f1 = 44,1 кПа

h2 = 0,9 м. Z2 = 4,05 м. f2 = 51,6 кПа

h3 = 0,9 м. Z3 = 4,95 м. f3 = 44,6 кПа

ZR = 5,4 м. R = 3336 кПа

Рис. 4.3 Конструкция ленточного свайного фундамента под внутреннюю стену в бесподвальной части здания

Проверяем условия

.

Условие выполняется.

Проверяем конструкцию свай по прочности материала:

8) Проверяем экономичность принятого решения:

.

Решение экономичное.

4.4 Подбор свай в сечении 3-3

Задаемся количеством свай на 1 п.м. и размерами поперечного сечения:

n=1шт.; axb=0,3x0,3 м2, шаг свай 1,0 м.

Конструируем ростверк axb=1x0,4 м2

Определяем допускаемую нагрузку на одну сваю:

,

Определяем требуемую несущую способность сваи по грунту:

;

Изменяя длину сваи, подбираем такое значение несущей способности сваи, при котором выполняется условие .

Принимаем Lсв=3 м.

h1 = 1,7 м. Z1 = 3,65 м. f1 = 49,8 кПа

h2 = 1,1м. Z2 = 5,05 м. f2 = 44,9 кПа

ZR = 5,6 м. R = 3424 кПа

6) Проверяем условия

. Условие выполняется.

Проверяем конструкцию свай по прочности материала:

Рис. 4.4 Конструкция ленточного свайного фундамента под внутреннюю стену в подвальной части здания

8) Проверяем экономичность принятого решения:

.

Решение экономичное.

4.5 Подбор свай в сечении 5-5

Задаемся количеством свай на 1 п.м. и размерами поперечного сечения:

n=1/1,5=0,667 шт.; axb=0,3x0,3 м2 , шаг свай 1,5 м.

Конструируем ростверк axb=1x0,6 м2

Определяем допускаемую нагрузку на одну сваю:

,

Определяем требуемую несущую способность сваи по грунту:

;

Изменяя длину сваи, подбираем такое значение несущей способности сваи, при котором выполняется условие .

Принимаем Lсв=4 м.

h1 = 2,0 м. Z1 = 2,60 м. f1 = 44,1 кПа

h2 = 0,9 м. Z2 = 4,05 м. f2 = 51,6 кПа

h3 = 0,9 м. Z3 = 4,95 м. f3 = 44,6 кПа

ZR = 5,4 м. R = 3336 кПа

Рис. 4.5 Конструкция ленточного свайного фундамента под наружную стену в бесподвальной части здания

Проверяем условия

.

Условие выполняется.

Проверяем конструкцию свай по прочности материала:

8) Проверяем экономичность принятого решения:

.

Решение экономичное.

Технико-экономическое сравнение вариантов фундаментов проводится в соответствии с рекомендациями {11}. Технико-экономическое сравнение в курсовом проекте производится для максимально-нагруженного сечения здания. Сравнение проводится по прямым затратам и трудозатратам в ценах 1984 года с учетом переводного коэффициента удорожания стоимости работ n=45. Технико-экономическое сравнение представлено в таблице 5.1.

Список использованной литературы

ГОСТ 25100-96. Грунты. Классификация. / Госстрой СССР - М.: Стройиздат. 1995 - 24 с.

СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений / Госстрой СССР - М.: Стройиздат. 1985 - 40 с.

Методические указания по решению отдельных этапов проектирования оснований и фундаментов зданий и сооружений. Часть I. Фундаменты мелкого заложения / Самара. 1996 - 52 с.

Основания, фундаменты и подземные сооружения / М.И. Горбунов-Посадов, В.А. Ильичев, В.И. Крутов и др.; Под общ. Ред. Е.А. Сорочана и Ю.Г. Трофименкова. - М.: Стройиздат, 1985 - 480 с., ил. - (Справочник проектировщика).СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия/Госстрой СССР. - М.: Стройиздат. 1985. - 58 с.

СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия/Госстрой СССР. - М.: Стройиздат. 1985. - 58 с.

СНиП 2.03.01-84*. Бетонные и железобетонные конструкции / Госстрой СССР. - М.: Стройиздат. 1985. - 156 с.

СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты. / Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986 - 48 с

Справочник. Основания и фундаменты. / Под ред. Г.И. Швецова / М.:Высшая школа, 1991 - 383 с.

Пособие по проектированию фундаментов на естественном основании под колонны зданий и сооружений (к СНиП 2.03.01-84 и СНиП 2.02.01-83) / Ленпромстройпроект. - Ленинград.: 1989 - 88 с.

СНиП 3.02.01 - 87. Земляные сооружения, основания и фундаменты / Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1989 - 82 с.

Г.А. Дружинин, О.В. Дидковская. Оценка и выбор вариантов проектных решений оснований и фундаментов (Методические указания по дипломному проектированию) / КуИСИ. 1987