Проектирование фундаментов
Федеральное
государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального
образования
«Санкт-Петербургский
государственный политехнический университет»
Инженерно-строительный
институт
Кафедра:
«Строительство уникальных зданий и сооружений»
Курсовая
работа
«Проектирование
фундаментов»
по
дисциплине: «Основания и фундаменты»
Работу выполнил:
Ногинская Агния Валентиновна
Санкт-Петербург
Оглавление
1. Исходные данные
. Проектирование фундамента
мелкого заложения
.1 Определение расчетных
характеристик грунтов основания
.2 Определение размеров подошвы
фундамента
.3 Определение осадки фундамента,
выбор окончательных размеров фундамента
. Проектирование фундамента
мелкого заложения
.1 Выбор типов и размеров свай и
ростверка фундамента
.2 Определение несущей способности
сваи
.3 Определение количества свай
.4 Определение осадки свайного
фундамента
1. Исходные данные
. Схема сооружения - жилое здание.
. Географический район строительства -
d=2,05 м.
. Характеристики грунтов и мощности
слоев, слагающих грунтовое основание, представлены в таблице 1. Геологический
разрез грунтового основания представлен на рисунке 2.
Таблица 1
№
слоя
|
Наименование
грунта
|
Толщина
слоя
|
сs
|
с
|
W
|
IL
|
ϕ
|
c
|
E
|
|
|
м
|
т/м3
|
|
грд
|
МПа
|
1
|
Супесь
|
7,7
|
2,71
|
1,94
|
0,19
|
0,4
|
20
|
0,005
|
15
|
2
|
Суглинок
|
12,0
|
2,71
|
2,00
|
0,18
|
0,4
|
20
|
0,025
|
22
|
2. Проектирование фундамента мелкого заложения
Для фундаментов мелкого заложения отношение
глубины заложения фундамента d к ширине по подошве b не должны превышать двух,
т.е. d / b ≤2.
.1 Определение расчетных характеристик грунтов
основания
Все расчеты оснований должны выполняться с
использованием расчетных значений характеристики грунтов Х, определяемой по
формуле
Х=Хn*гg,
где Хn - нормативное значение данной
характеристики,
гg - коэффициент надежности по
грунту.
Коэффициент надежности по грунту гg
при вычислении расчетных значений прочностных характеристик (удельного
сцепления c, угла внутреннего трения ϕ
нескальных грунтов) устанавливается следующим:
. В расчетах оснований по деформациям гg
=1;
. В расчетах оснований по несущей
способности:
Для угла внутреннего трения:
- песчаных грунтов гg = 1,1;
- пылевато-глинистых гg =1,15.
Для прочих характеристик грунта допускается
принимать гg =1.
Таблица 2
№
слоя
|
Наименование
грунта
|
сs
|
с
|
W
|
IL
|
ϕ
|
c
|
E
|
гg(с)
|
с
|
гg(ϕ)
|
ϕ
|
|
|
т/м3
|
|
грд
|
МПа
|
|
|
|
|
1
|
Супесь
|
2,71
|
1,94
|
0,19
|
0,4
|
20
|
0,005
|
15
|
1,5
|
0,0075
|
1,15
|
23
|
2
|
Суглинок
|
2,71
|
2,00
|
0,18
|
0,4
|
20
|
0,025
|
22
|
1,5
|
0,0375
|
1,15
|
23
|
.2 Определение размеров подошвы фундамента
. Находим среднее давление по подошве
фундамента.
P=
II - внешняя
расчетная нагрузка, равная 98 тс,
гср
- среднее значение удельного веса бетона и грунта по нижнему обрезу фундамента,
равная 2 т/м3,- глубина заложения фундамента, равная 2,05м,- ширина
фундамента.
Подошва
фундамента квадратная в плане, поэтому площадь равна A=b2.
Оптимальные
размеры фундамента определяем графически, построив графики зависимости P(b) и
R(b).cp(b)= (98+1,94*2,05*b2)/ b2=(98+3,977*b2)/
b2
Сопротивление
определяем по формуле
=((гc1*гc2)/k)*(Mг*kz*гII*b+
Mq **d+Mc*cII),
где
R - расчетное сопротивление грунта основания;
гc1
и гc2 - коэффициент условий работы, принимаем гc1=1,25
и определяем соотношение между длиной и высотой здания L/H=15000/10200=1,47,
далее интерполируем
гc2=((1-1,1)/(4-1,5))*(1,47-1,5)+1,1=1,1
(по т.3 СНиП 2.02.01-83*);- коэффициент, принимаем равным k1=1, если
прочностные характеристики грунта (ϕ и с) определяются непосредственными
испытаниями, принимаем 1; и k = 1,1, если указанные характеристики приняты по
таблицам;г, Mq, Mc - коэффициенты, принимаемые
Mг=0,69, Mq=3,65, Mc=6,24 (по т.4 СНиП
2.02.01-83*);z - коэффициент, принимаемый равным 1, зависит от
способа определения характеристик грунта;- ширина подошвы фундамента, м;
гII
- удельный вес грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии
подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды),кН/м3(тс/
м3)
гII=1,94
(тс/ м3);
- то же, залегающих выше подошвы
фундамента (тс/ м3)
= 1,94 (тс/ м3);II
- расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно
под подошвой фундамента, кПа (тс/ м3).II= 0,0075*100=0,75
(тс/ м3).= ((1,25*1,1)/1)*(0,69*1*1,94*b+ 3,65 **2,05+6,24*0,75)
=
=1,375*(1,34*b+14,516+4,68)=1,375*(1,34*b+19,196)=1,84*b+26,39.
Таблица
3. Значения функций:
b,м
|
1
|
2
|
3
|
4
|
101,97
|
28,47
|
14,865
|
10,1
|
R,
тс/м2
|
28,23
|
30,07
|
31,91
|
33,75
|
Графики пересекаются в точке с абсциссой b=1,9
м. Принимаем ширину подошвы фундамента 1,9 м, тогда соответственно длина -
l=b=1,9 м.
Рисунок 1.
Среднее давление в центре тяжести подошвы.
=NпII/ A≤ R
=98/(1,9)2= 27,14 (тс/ м2)=1,84*1,9+26,39=29,88
(тс/ м2)=27,14≤ R=29,88 - условие выполняется.
.3 Определение осадки фундамента, выбор
окончательных размеров фундамента
Определение осадки подошвы фундамента мелкого
заложения ведется с использованием схемы в виде линейно-деформируемого
полупространства методом послойного суммирования по формуле:
S= в*
Где в=0,8 - безразмерный
коэффициент;
уz,pi - среднее значение
вертикального нормативного давления;i - толщина i-го слоя;i
- модуль деформации i-го слоя;- число слоев, на которые разбивается сжимаемая
толща.
Осадка не должна превышать
допустимую осадку по СНиП 2.02.01-83* равную S=8 см.
Для определения осадки применяем
графический метод.
Вертикальная сила на подошву
фундамента определяется по формуле:
nII = NoII+Gф+гр
Давление на грунт подошвой
фундамента определяется по формуле:
=NпII/ A
Необходимо определить давление с
учетом напряжений после открытия котлована:
o= P- уzg
= P-*d
Где
удельный вес грунта, расположенный
выше подошвы;=2,05 м - глубина заложения фундамента.
Напряжение,
возникающее в грунте основания от указанного выше давления на грунт,
определяется по формуле:
уzpo,i=
б*Po
где б - коэффициент, принимаемый из СНиП
2.02.01-83* по таблице 1, б зависит от заглубления в грунт Z через коэффициент
ж. Для зависимости б(ж) составляется таблица.
Размеры: b=l=1,9 м,oII’=
98 тс,= 27,14 тс/ м2,o=27,14 - 1,94*2,05 = 23,17 тс/ м2
уzpo,i= 23,17
Разбиваем толщу на элементарные слои.
Коэффициент б для соотношения l/b=1 находим интерполяцией.
Вертикальные напряжения от собственного веса
грунта считаем по формуле:
уzg= *d+
Расчет от отметки природного
рельефа.
Таблица 4. Расчет значений уzpo,i
в зависимости от заглубления Z.
zi,
м
|
(2*z)/b
|
l/b
|
б
|
уzp,
тс/ м2
|
уzg,
тс/ м2
|
0,2*уzg,
тс/ м2
|
, м
|
0
|
0,00
|
1
|
1
|
23,17
|
3,977
|
0,79
|
0
|
0,7
|
0,74
|
1
|
0,82
|
18,99
|
5,335
|
1,07
|
0,7
|
1,4
|
1,47
|
1
|
0,5
|
11,585
|
6,693
|
1,34
|
2,1
|
2,21
|
1
|
0,29
|
6,72
|
8,051
|
1,61
|
0,7
|
2,8
|
2,95
|
1
|
0,185
|
4,28
|
9,409
|
1,88
|
0,7
|
3,5
|
3,68
|
1
|
0,12
|
2,78
|
10,767
|
2,15
|
0,7
|
4,2
|
4,42
|
1
|
0,09
|
2,08
|
12,125
|
2,425
|
0,7
|
4,9
|
5,16
|
1
|
0,068
|
1,575
|
13,483
|
2,69
|
0,7
|
5,65
|
5,95
|
1
|
0,052
|
1,2
|
14,938
|
2,98
|
0,75
|
Таблица 5. Определение суммарной осадки
фундамента.
уzр,
тс/ м2
|
, м, тс/м2Si=
в* , м
|
|
|
21,09
|
0,8
|
1500
|
0,0089
|
13,82
|
0,8
|
1500
|
0,0059
|
7,17
|
0,8
|
1500
|
0,003
|
4,28
|
0,8
|
1500
|
0,0018
|
2,7
|
0,75
|
1500
|
уzр определяем по графику в середине
каждого слоя.
0,0207 м = 2,07 см.≤S=8 см.
Осадка не превышает допустимую.
Оставляем размер подошвы фундамента
b=l=1,9 м.
3. Проектирование свайных фундаментов
Свайный фундамент состоит из:
свай;
ростверка, объединяющего все сваи.
По способу заглубления в грунт надлежит
различать следующие виды свай:
а) забивные железобетонные, деревянные или
стальные, погружаемые в грунт без его выемки с помощью молотов,
вибропогружателей, вибровдавливающих и вдавливающих устройств, в также
железобетонные сваи - оболочки, заглубляемые вибропогружателями без выемки или
с частичной выемкой грунта и не заполняемые бетонной смесью;
б) сваи-оболочки железобетонные, заглубляемые
вибропогружателями с выемкой грунта и заполняемые бетонной смесью частично или
полностью;
в) набивные бетонные и железобетонные,
устраиваемые в грунте путем укладки бетонной смеси в скважины, образованные в
результате принудительного отжатия (вытеснения) грунта;
г) буровые железобетонные, устраиваемые в грунте
путем заполнения пробуренных скважин бетонной смесью или установки в них
железобетонных элементов;
д) винтовые.
В данной курсовой работе будут рассматриваться
забивные сваи.
.1 Выбор типов и размеров свай и ростверка
фундамента
Выбираем тип свай - забивные. Размер свай
определяем согласно указанной в задании глубины заложения подошвы фундамента
d=2,05 м, а также по СНиП 2.02.03-85 п.7.10 и заданным мощностям слоев грунта.
Lp= z-d =8,7 - 2,05 = 6,65 м
Где
Lp - расчетная длина сваи, - глубина от поверхности до начала
заострения сваи,- глубина заложения подошвы ростверка.
В
соответствии с п.7.4. СНиП 2.02.03-85 заделка сваи в ростверк составляет 5-10
см.
С
учетом заделки сваи в ростверк Lконстр = 6,65+0,1 = 6,75 м.
Принимаем
длину сваи Lсв = 7,0 м.
Определив
необходимую длину, выбираем по сортаменту сечение сваи.
Для
свай до 12 м сечение 30х30 см.
Размер
подошвы ростверка определяем исходя из: по периметру свай отступаем по 0,2 м,
между осями свай не менее 3*dсв. Т.о. принимаем размер ростверка р=
3*0,3+2*0,2+0,3= 1,6 м.
Рисунок
2
3.2
Определение несущей способности сваи
Несущая
способность Fd забивной висячей сваи определяется по формуле:
Fd =гс*(гсR*R*A+u**fi*hi)
Где R - расчетное сопротивление
фундамента под нижним концом сваи по т.1 СНиП 2.02.03-85;- площадь поперечного
сечения сваи;=d2=0,3*0,3= 0,09 м2
u - наружный периметр поперечного
сечения сваи;=0,3*4= 1,2 мi - толщина i-го слоя грунта,
соприкасающегося с боковой поверхностью сваи;i - расчетное
сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи по т.2
СНиП 2.02.03-85;
гс - коэффициент условия
работы сваи в грунте, принимаем гс=1;
гсR, - коэффициенты условий работы
грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи,
учитывающие влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления грунта и
принимаемые по т.3 СНиП 2.02.03-85.
гсR = 1, =1.1= 2,51 тс/м2,
при z1= 3,05 м;2= 2,71 тс/м2, при z1=
4,05 м;3= 2,91 тс/м2, при z1= 5,05 м;4=
3,105 тс/м2, при z1= 6,05 м;5= 3,205 тс/м2,
при z1= 7,05 м;6= 3,3025 тс/м2, при z1=
8,05 м;7= 3,3525 тс/м2, при z1= 9,05 м.=233,65
тс/м2 (методом интерполяции,при IL=0,4)d=1*(1*233,65*0,09+1,2*(2,51*1+2,71*1+2,91*1+3,105*1+3,205*1+3,3025*1+3,3525*1))d=46,34
тс.
3.3 Определение количества свай
Определение количества свай производим при
условии центрального нагружения, т.е. при отсутствии моментов, по следующей
зависимости:
n=
где Nd - суммарная
нагрузка, передаваемая на свайное поле и определяемая по формуле:
d= NII
+ G
где NII - нагрузка от
верхнего строения приведенная к обрезу фундамента;- собственный вес плиты
ростверка, определяется по формуле:
= hp*Ap* гж/б
- сила расчетного сопротивления по
грунту
≤
где - несущая способность грунта
основания одиночной сваи;
- коэффициент запаса, зависящий от
способа определения несущей способности сваи, принимаемый равным 1,4.II=98
тс.= 2,05*1,6*1,6*2,5= 13,12 тс.d= 98+13,12= 111,12 тс.= 46,34/1,4=
33,1 тс.= 111,12/ 33,1 = 3,35
Округляем значение n до 4 и таким
образом принимаем 4 сваи.
Рисунок 3
3.4 Определение осадки свайного фундамента
Расчет фундамента будет производиться для
условного фундамента на естественном основании в соответствии с СНиП
2.02.01-83*
Границы условного фундамента определяются (по
СНиП 2.02.03-85):
усл.ф.=
b’+2*h*tg(ϕII,mt/
4)
где ϕII,mt
- осредненное значение углов внутреннего трения толщи грунтов, в которых
находятся сваи;
ϕII,mt=
(ϕ1*l1+
ϕ2*l2+
ϕ3*l3+
ϕ4*l4)/
(l1+ l2+ l3+ l4)
h - длина сваи;
усл.ф.=
l’+2*h*tg(ϕII,mt/
4);
Аусл.ф.= b усл.ф.* l усл.ф.;усл.ф.=
гприв* Аусл.ф.*(lзагл+dр) - вес
условного фундамента;= Qф/ Аусл.ф o= P- гприв*
(lзагл+dр)
уzpo,i= б*Po
б= ϕII,mt
/
4
ϕII,mt= = 20 град.=7 м;
б= 20 / 4=5 град.
гприв= = 1,97 тс/м2усл.ф.=1,6+2*7*0,0874=
2,82 мусл.ф.= b усл.ф=2,82 м
Аусл.ф.= 2,82*2,82= 7,95
м2усл.ф.=1,97*7,95*(7+2,05)= 141,74 тсф=
98+141,74= 239,74 тс== 30,15 тс/м2o=30,15-1,97*9,05=
12,32 тс/м2
Задаваясь Z, определяем б, затем по
формуле уzpo,i= б*Po дополнительные вертикальные
напряжения. Результаты расчетов сводим в таблицу 6.
Определение осадки подошвы условного
фундамента, как фундамента мелкого заложения, ведется с использованием схемы в
виде линейно-деформируемого полупространства методом послойного суммирования по
формуле:
S= в*
Где в=0,8 - безразмерный
коэффициент;
уz,pi - среднее значение
вертикального нормативного давления;i - толщина i-го слоя (hi=0,4*b);i
- модуль деформации i-го слоя;- число слоев, на которые разбивается сжимаемая
толща.
Осадка не должна превышать
допустимую осадку по СНиП 2.02.01-83* равную S=8см.
грунт фундамент свая
здание
Таблица 6. Расчет значений уzpo,i
в зависимости от заглубления Z.
zi,
м
|
(2*z)/b
|
l/b
|
б
|
уzp,
тс/ м2
|
уzg,
тс/ м2
|
0,2*уzg,
тс/ м2
|
, м
|
0
|
0,00
|
1
|
1
|
12,32
|
17,83
|
3,566
|
0
|
1,1
|
0,78
|
1
|
0,81
|
9,97
|
19,997
|
3,99
|
1,1
|
2,2
|
1,56
|
1
|
0,465
|
5,73
|
22,164
|
4,43
|
1,1
|
3,3
|
2,34
|
1
|
0,268
|
3,3
|
24,331
|
4,86
|
1,1
|
4,4
|
3,12
|
1
|
0,168
|
2,07
|
26,498
|
5,29
|
1,1
|
5,5
|
3,9
|
1
|
0,114
|
1,4
|
28,665
|
5,733
|
1,1
|
6,6
|
4,68
|
1
|
0,081
|
0,99
|
30,832
|
6,16
|
1,1
|
7,7
|
5,46
|
1
|
0,061
|
32,999
|
6,59
|
1,1
|
8,8
|
6,24
|
1
|
0,047
|
0,58
|
35,166
|
7,03
|
1,1
|
9,9
|
7,02
|
1
|
0,038
|
0,47
|
37,333
|
7,46
|
1,1
|
10,65
|
7,55
|
1
|
0,0325
|
0,4
|
38,81
|
7,76
|
0,75
|
Таблица 7. Определение суммарной осадки
фундамента.
уzр,
тс/ м2
|
, м, тс/м2Si=
в* , м
|
|
|
12,1
|
0,9
|
1900
|
0,0045
|
8,75
|
0,9
|
1900
|
0,0033
|
5,62
|
0,9
|
1900
|
0,0021
|
уzр определяем по графику в середине
каждого слоя.
0,0099 м = 1 см ≤S=8 см.
Условие расчета по деформации
основания и фундамента выполнено.