Храм знаний: » Грунты и основания

Грунты и основания

Дата: 21.05.2016

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
( — 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.

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.

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]

Метки:
Автор:

Опубликовать комментарий