Расчет и проектирование фундамента под строительство здания

Министерство образования Российской Федерации

Санкт-Петербургский государственный

архитектурно-строительный университет

Кафедра геотехники

Контрольная работа

Работу выполнила студентка гр. ТГВ-IV

Журавлева М.В.

Санкт-Петербург

Геологические условия

Задание на контрольную работу

Место строительства - Санкт-Петербург, нормативная глубина промерзания - 1.20м

Несущий слой - супесь легкая пылеватая с растительными остатками.

Ширина фундамента - 6м, длина фундамента - 7м

Таблица 1

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:

Таблица 2

Коэффициент относительной сжимаемости:

ν₀=0,25 для песков, ν₀=0,30 для супесей, ν₀=0,35 для суглинков ν₀=0,40 для глин

Оценка физического состояния грунтов:

1. Песок средней крупности:

а) E=40000, m_v=2*10^-8 кПа^-1® грунт обладает низкой сжимаемостью;

б) грунт непучинистый.

2. Супесь:

а) 0<J_L=0,66<1 - супесь пластичная;

б) E=14000, m_v=5,28*10^-8 кПа^-1® грунт обладает средней сжимаемостью.

3. Суглинок:

а) 0,25<J_L=0,33<0,50 - суглинок тугопластичный;

б) E=9000, m_v=6,89*10^-8 кПа^-1® грунт обладает средней сжимаемостью.

Глубину заложения фундамента принимаем 1,2+0,3=1,5м.

Размеры подошвы фундамента 6,0м х 7,0м.

Расчет ведется по скважине №2

Определение величин расчетных сопротивлений R для всех пластов основания при ширине подошвы фундамента b=6 м:

где γ_c1 и γс₂-коэффициенты условий работы;

коэффициент, принимаемый равным 1,1;

М_γ, M_q, M_c - коэффициенты, принимаемые в зависимости от значения ;_z - коэффициент, принимаемый равным 1 при b<10 м;ширина подошвы фундамента, м;

γ_II - расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), кН/м³;

γ_II' -то же, залегающих выше подошвы (при наличии нескольких видов грунтов определяется как средневзвешенное );

c_II - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа;_I - глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений.

Таблица 3. Данные по грунтам из СНиП 2.02.01-83

Величина сцепления:

Супесь с_II=8кПа

Суглинок с_II=20кПа

По СП 50-101-2004, п 5.5.11, расчетные показатели g’_II принимаются для слоя грунтов ниже подошвы фундамента, залегающих до глубины b/2 при b<10 м, т.е. 6/2=3м.

На глубине заложения фундамента d₁ = 1,5 (супесь):

кН/м³

γ’_II = 19,2 кН/м³

1,1 x 172,4 = 189,6 кПа

На глубине на 0.5м выше нижней границы несущего слоя (супесь):

 кН/м³

Н/м³1,1 x 245,2 = 269,7 кПа

На глубине на 0.5м ниже верхней границы подстилающего слоя (суглинок):

 кН/м³

Н/м³1,2 x 238,3 = 285,9 кПа

На глубине на 0.5м выше нижней границы подстилающего слоя (суглинок):

 кН/м³

Н/м³1,2 x 392,9 = 471,6 кПа

грунт основание фундамент

Вывод

На рассматриваемой площадке под строительство в г. Санкт-Петербург произведены инженерно-геологические изыскания 5 скважин глубиной 10,5м. Уровень грунтовых вод находится на глубине 2м. Слои залегают не равномерно с уклоном на ЮВ, поэтому следует ожидать развития не равномерной осадки здания. Верхний слой насыпной грунт супесь со строительным мусором мощностью от 0 до 0,85м. Несущий грунт - супесь легкая пылеватая с растительными остатками мощностью от 0 до 0,8м. По результатам расчета этот грунт является среднесжимаемым, имеет расчетные характеристики: на глубине заложения фундамента R_f=189,6кПа, R₁=269,9кПа, E=14000кПа,φ=24°. Подстилающий слой суглинок мощностью от 0,4 до 1,8м находится в тугопластичном состоянии, имеет следующие характеристики R₂=285,9кПа, R₃=471,6кПа, E=9000кПа,φ=18°, доходит до низа скважин.

2. Расчет осадки фундамента методом послойного суммирования

.1 Определение значения расчётного сопротивления R на уровне заложения подошвы фундамента при b=6 м

189,6 кПа

γ’_II = 19,2 кН/м³

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

,

Принимаем размеры подошвы фундамента 6´7 м. Следовательно, площадь фундамента составит 42 м².

.3 Определение абсолютной осадки основания фундамента S и сравнение с предельной величиной деформации основания S_u 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:

S£S_u

где S - совместная деформация основания и сооружения, определяемая расчетом;_u - предельное значение совместной деформации основания и сооружения, устанавливаемое по прил.4 [3]

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=0,8-безразмерный коэффициент;

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

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

В нашем случае высота элементарного слоя h_i£0,4 *6,0=2,4м.

Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента s_{zg 0} при планировке срезкой определится по формуле:

s_{zg 0}=g¢d

s_{zg 0}=19,2×1,44=27,6кН/м².

Вертикальное напряжение от собственного веса грунта s_zg на границе слоя, расположенного на глубине z от подошвы фундамента, определяется по формуле

где g_i и h_i - удельный вес и толщина i-го слоя грунта.

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

s_{zp 0}=ap₀

где a- коэффициент, принимаемый по табл. 1 прил. 2 СНиП2.02.01-83* 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=H_с там, где s_zp=0,5s_zg.

Для удобства вычисления конечной осадки определяемые величины сведены в таблицу 4.

Принимаем: p_II=189.6кПа

Таблица 4

Мощность сжимаемого слоя Н_с=6,86м. (0,5*146,2=73,1> 69,2)

Осадку вычисляем по следующей формуле:

3. Определение несущей способности основания

Вертикальную составляющую силы предельного сопротивления N_u основания, сложенного нескальными грунтами в стабилизированном состоянии, допускается определять по

формуле: <#"579627.files/image058.gif">

где  и  - обозначения те же, что в формуле (12 <#"579627.files/image061.gif"> и  - расчетные значения удельного веса грунтов, кН/м³ (тс/м³), находящихся в пределах возможной призмы выпирания соответственно ниже и выше подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяются с учетом взвешивающего действия воды);

с₁ - расчетное значение удельного сцепления грунта, кПа (тс/м² );

d - глубина заложения фундамента, м (в случае неодинаковой вертикальной пригрузки с разных сторон фундамента принимается значение d, соответствующее наименьшей пригрузке, например, со стороны подвала);

xg, x_q, x_c - коэффициенты формы фундамента, определяемые по формулам:

xg = 1 - 0,25/h; x_q = 1 + 1,5/h; x_c = 1 + 0,3/h,

здесь h = l/b;

l и b - соответственно длина и ширина подошвы фундамента, принимаемые в случае внецентренного приложения равнодействующей нагрузки равными приведенным значениям

Таблица 5

Коэффициенты формы фундамента:

при

Расчетное значение удельного веса грунта, находящегося в пределах возможной призмы выпирания (H_c=6,87 м) ниже/выше подошвы фундамента:

для супеси: γ = 16,4 кН/м³, γ_sb = 9,8 кН/м³

для суглинка: γ = 15,5 кН/м³, γ_sb = 8,7 кН/м³

 кН/м³

 кН/м³

Глубина заложения фундамента d = 1,44 м

Удельное сцепление грунта C_I = 6 кПа

Подставив все значения в формулу для определения несущей способности, получим:

 24658 кН

Проверка выполнения условия

Условие не выполняется. Следует изменить размеры фундамента или глубину заложения. Либо применить методы усиления грунта.

Список литературы:

1. Механика грунтов, основания и фундаменты: Методические указания по изучению курса, задания на курсовой проект и указания по его выполнению (I). Л.: ЛИСИ, 1984. 34 с.

. Механика грунтов, основания и фундаменты: Методические указания по выполнению курсового проекта (II). Л.: ЛИСИ, 1985.

. Основания зданий и сооружений. СНиП 2.02.01-83. М.: Стройиздат, 1985.

. Основания и фундаменты. СНиП 3.02.01-83. М.: Стройиздат, 1983.