Проектирование фундамента мелкого заложения

Введение

Фундамент — это подземная или подводная конструкция, предназначенная для передачи нагрузки от искусственного сооружения на грунт.

Грунт, непосредственно воспринимающий нагрузки от фундамента — основание.

I. Нагрузки На фундамент действуют вертикальные нагрузки, которые создают продольную силу и горизонтальные нагрузки, которые создают опрокидывающие моменты.

Рассчитываем сумму вертикальных нормативных (N_II) и расчётных (N_I) нагрузок Коэффициент n для получения расчётных нагрузок приведён в таблице 1.1.

Таблица 1.1

Рис 1.1 Схема распределения нагрузок

N_II = Qоп + Qпр + Nвр = 490 + 129 + 600 = 1219 тс = 12 190 (кН)

N_I = (Qоп + Qпр + Nвр) * n = (490 + 129 + 600) * 1.1 = 1340,9 тс =13 409 (кН) Определяем моменты от горизонтальных нагрузок относительно обреза фундамента. Составляем схему распределения горизонтальных нагрузок в плане.

Момент вдоль оси моста (ось х) Момент поперёк оси моста (ось y)

II. Инженерно-геологические условия строительной площадки

1) Глина

;

где

e — коэффициент пористости,

г_S — удельный вес твердых частиц грунта,

г — удельный вес грунта в естественном состоянии,

W — влажность грунта в естественном состоянии.

(рыхлая глина)

где J_P — число пластичности, Wp — предел раскатывания, W_T — предел текучести;

J_L = ;

где J_L — коэффициент консистенции, Wp — предел раскатывания, W_T — предел текучести, W — влажность грунта в естественном состоянии;

J_L =

По таблице определяем R₀ = 220кПа (22тс/м2)

2) Пески средней крупности

(пески средней плотности)

_;

где

G — степень влажности,

г_В — удельный вес воды

(насыщенные водой пески) По таблице определяем R₀ = 400кПа (40тс/м2)

3) Супесь

(рыхлая супесь)

J_L = супесь

По таблице определяем R₀ = 160кПа (16тс/м2)

III. Проектирование фундамента мелкого заложения

3.1 Определение отметки обреза плоскости фундамента В данном курсовом проекте задан русловой вариант фундамента.

При возможности размыва грунта в русле реки отметка плоскости обреза фундамента назначается ниже ГМВ не менее 0,5 м.

3.2 Определение размеров обреза фундамента Размеры обреза фундамента назначаются больше размеров опоры в нижнем сечении на величину, равную двум технологическим свесам (С = 0,3 м).

Ширина основания опоры bo = 2.6 м, длина l = 9.6 м.

м;

м.

3.3 Определение глубины заложения фундамента Глубина заложения фундаментов мостовых опор назначается не менее 2,5 м ниже уровня возможного размыва дна в русле реки:

d= h_p + 2.5 м.,

где

h_p — глубина размыва; h_p=0,8 м (по заданию)

d= 0,8 + 2.5=3,3 м Глубина заложения мостовых опор назначается от 3 до 6 м. По конструктивным соображениям принимаем 5,4 м.

h_ф=d+(ГМВ-0,5)=5,4+1,4=6,8 м

3.4 Определяем предварительные размеры подошвы фундамента Предварительно площадь подошвы фундамента может быть определена по формуле

A = ;

где

N — расчётная вертикальная нагрузка на обрез фундамента,

зкоэффициент, учитывающий влияние момента внешних сил = 1,1−1,2; Ro — условное сопротивление грунта, на котором установлен фундамент;

hф — высота фундамента;

г_ср = средняя объёмная масса грунто-бетона, принимается равной 2 тс/м³ (20 кН/м³);

A = = 64,3 м².

Принимаем предварительно b = 5,2 м, l = 12,2 м, А = 63,4 м².

Предварительно ширину подошвы прямоугольного фундамента находят подбором или из выражения

Где — коэффициент отношения длины подошвы прямоугольного фундамента к ширине

Определяем расчётное сопротивление грунтов основания (СНиП 2.02.01−83, формула 7). Фундамент без подвала:

По таблице 3 и 4 СНиП 2.02.01−83 находим:

= 1.4 и = 1.4;

и — удельный вес грунта с учётом взвешивающего действия воды;

При

Уточняем размеры подошвы фундамента:

A = = 14,6 м².

Определяем максимальные размеры подошвы фундамента:

max м.

max м.

max м²

По конструктивным соображениям принимаем b = 5.2 м, l = 12.2 м и при h_ф = 6,8 м проектируем фундамент из 3 блоков (рис.1). Высота блоков назначается 0.7 — 2.5 м, ширина уступов 0.4 — 0.7. Принимаем высоту блока 2,2; 2,2 и 2,4 м, а ширину уступов 0,5 м.

Определяем вес фундамента:

где

— удельный вес бетона (= 14 кН/м³) с учетом взвешивающего действия воды;

— объём блоков фундамента, м³,

Определяем вес грунта на уступах фундамента:

где

— объём котлована, м³

— объём фундамента в котловане, м³

— удельный вес глины с учётом взвешивающего действия воды.

.

Рис. 1. Фундамент мелкого заложения Определяем суммарную вертикальную нагрузку на основание фундамента:

;

Определяем горизонтальную нагрузку относительно подошвы фундамента:

Где — сумма горизонтальных нагрузок по осям x и y.

3.5 Проверка давления в основании под подошвой фундамента Проверка заключается в сравнении средних, максимальных и минимальных напряжений с расчётным сопротивлением грунта под подошвой фундамента.

Рис. 2. Эпюра распределения напряжений в основании

Определяем напряжение под подошвой фундамента:

где — коэффициент надёжности по назначению сооружения, принимаемый равным 1.4.

.

29,3 89.4

Краевые напряжения, возникающие в грунте по краям фундамента от нагрузок, не должны превышать несущей способности грунта:

Где — коэффициент условий работы, принимается равным 1.2;

W — момент сопротивления подошвы фундамента, .

Вывод: условие прочности основания выполнено.

IV. Расчет осадки фундамента фундамент строительный мелкое заложение Осадка основания фундамента определяется методом послойного суммирования осадок элементарных слоёв в пределах сжимаемой толщи грунта (СНиП 2.02.01 — 83, приложение 2). Расчёт осадок мостовых опор производится по средним величинам давления на грунт от постоянных нормативных вертикальных нагрузок. Расчёт по деформации сводится к выполнению условия:

где в — безразмерный коэффициент, равный 0.8;

у — среднее дополнительное вертикальное напряжение в i — ом слое грунта;

n_i и E_i — соответственно толщина и модуль деформации i — го слоя грунта;

n — число слоёв, на которое разбита сжимаемая толща грунта.

Нормативная нагрузка Порядок расчёта:

1. На геологический разрез строительной площадки наносятся контуры фундамента.

2. Определяется контактное давление:

3. Определяем природное давление на уровне подошвы фундамента:

4. Определяем дополнительное давление под подошвой фундамента:

5. Назначаем мощность элементарного слоя и разбиваем сжимаемую толщу грунта на слои:

8.6−5.4=3.2, толщина слоя не должна превышать 2,08, тогда принимаем 2 слоя по 1,6 м

6. Определяем природное давление на уровне подошвы каждого слоя, строим эпюры Р_пр:

7. Определяем дополнительное давление на уровне подошвы каждого элементарного слоя:

где

— коэффициент, определяемый по таблице 1 приложения 2, СниП 2.02.01 — 83 из соотношения

; ;

; ;

; ;

; ;

; ;

8. Находим границу сжимаемой толщи грунта (ГСТ).

Она находится на глубине,

9. Определение среднего дополнительного напряжения в каждом слое:

10. Рассчитываем осадку:

Принимаем b = 5.2 м; l = 12.2 м; d = 5,4 м.

Рис. 3

Проектирование свайного фундамента.

В данном курсовом проекте задан пойменный вариант фундамента.

1. Определение глубины заложения и предварительных размеров ростверка:

На суходоле и водотоке при глубине воды менее 3 м следует проектировать фундаменты с низким ростверком (рис.4). В русле реки отметка плоскости обреза фундамента назначается ниже ГМВ не менее 0,5 м.

2. Определение размеров обреза:

3. Определение подошвы низкого ростверка:

В русле реки подошва ростверка располагается ниже линии местного размыва:

d = ГР+0,2=0,8+0,2=1,0 м Определение длины, несущей способности сваи и количества свай.

Несущая способность висячей сваи определяется по формуле:

Fd = г_{C *}(г_CR*R_*A + U_*?г_{cf *} f_{i *} h_i), [тс]; где

Fd — несущая способность висячей сваи;

г_C, г_CR, г_cf — коэффициенты работы сваи (при забивке сваи молотом = 1); U_*?г_{cf *} f_{i *} h_i — суммарное сопротивление сваи по боковой поверхности; R*А — сопротивление грунта под концом сваи;

А — площадь сваи;

U — периметр сваи;

h_i — толщина слоя;

f_i — сила трения по боковой поверхности, зависит от глубины слоя Z_i.

Z₁ = 1,2 м f₁ = 3,5 тс/м² h₁ = 2,0 м R = 500 тс/м²

Z ₂ = 3,15 м f ₂ = 4,8 тс/м² h ₂ = 1,9 м, А = 0,09 м²

Z ₃ = 5,05 м f ₃ = 5,6 тс/м² h ₃ = 1,9 м L = 10 м

Z ₄ = 6,9 м f ₄ = 6,0 тс/м² h ₄ = 1,8 м U = 1.2м

Z ₅ = 8,9 м f ₅ = 6,3 тс/м² h ₅ = 1,4 м

Fd = 1 _*[1_*500_*0,09 + 1,2_*(3.5*2.0+4.8*1.9+5.6*1.9+6.0*1.8+6.3*1.4)] = 100,7 тс/м2

Определяем необходимое количество свай.

n_с = N_I*1.2/ Fd, шт

N_I = (Qоп + Qпр + Nвр + Qр)*1.1, где Qр = Vр*г_Б

Qр = (3,2*10,5*2)*(2,5−1) = 98 т

N_I = (490+129+600+98)*1.1 = 1448,7 т

n_с = 1448,7*1,2/100,7 = 17,3? 18 свай Размещение свай в ростверке.

Сваи в ростверке располагают рядами. Минимальное расстояние от края ростверка, до края сваи = 25 см. Для наиболее лучшей работы сваи необходимо расположить их в ростверке, соблюдая условие: минимальное расстояние меду осями свай должно составлять min = 3*d, а максимальное max = 6*d, где d= для круглых — диаметр, для квадратных — ширина стороны.

С учетом вышеизложенных требований и d = 0,3 м; получается, что по ширине в ростверке можно разложить не более 3- х свай, а по длине должно располагаться не менее 7 свай. Итого в ростверке данного размера при соблюдении всех условий должно располагаться не менее 21 сваи.

По расчету необходимо 18 свай, но мы принимаем минимально возможное число свай = 21 шт.

Расположение свай в ростверке.

М = 1: 100

Определяем вес свай.

Qсв = Lсв*q_св; Lсв = 21*12 = 252 м; q_св = 0,22 т/м;

Qсв = 252*0,22 = 55,5 т

определение давления в основании под подошвой плиты ростверка.

(I — ое предельное состояние)

Краевые напряжения, возникающие в основании

под подошвой ростверка от нагрузок не должны

превышать несущей способности сваи по грунту.

у_max x, y = (N₁/n_c)+Mx, y/n_ci*(y_i);

где n_c — количество свай; n_ci — количество свай, работающих на выдергивание; y_i — плечо сваи;

N_I = 1448,7+55,5=1504,2т

Приводим моменты к подошве ростверка:

Мх_роств = УМх_обр + УТ₁*h_р; УТ₁ = T + W₁ + P₂ = 60+16,6+14,7 = 93,1 т

Мх_роств = 620,27 + 91,3*2 = 803 т_*м

Му_роств = УМу_обр + УТ₂*h_р; УТ₂ = W₂ + P₁ + N_уд = 10,6+23,9+31 = 65,5 т

Му_роств = 691,7 + 65,5*2 = 822,7 т_*м

у_max x = 1504,2/21 + 803*1,2/(7*1,2² + 7*1,2²) = 102,7 т

у_max у = 1504,2/21 + 822,7*4,86/(6*1,62² + 6*3,12² + 6*4,68²⁾ =87,1 т

у_max = 102,7 < Fd = 100,7 с учетом допуска 5%

Вывод: Усилия под подошвой ростверка не превышают несущей способности сваи по грунту. Принимаем длину сваи = 10 метров.

Расчет осадки фундамента. (расчет по деформации) Расчет осадки выполняется по методу послойного, элементарного суммирования, как для условно — массивного фундамента. В состав условного массива входят ростверк, сваи, грунт между сваями и плоскостью, проведенной под углом = ц/4

d = ?*tg ц/4

1) Рассчитываем средний угол трения: ц_ср

ц_ср = (ц_суп*h_суп +ц_п*h_п + ц_глин*h_глин)/(h_п+h_глин+h_суп);

ц_ср = (14*4,9+36*3,7+14*1,4)/10= 22?08'; ц_ср/4 = 5?31';

tg 5?31' = 0,0929;

d = 10*0.0929 = 0.93 м,

b_c= 2.4 + 2*0.93 = 4.26 м, а_с = 9,6 + 2*0,93 = 11,46 м

2) Определяем вес грунта:

Qгр = а_с*b_c*?*г_гр; г_{гр =} г_ср= (г_п*h_п + г_глин*h_глин + г_суп*h_суп)/(h_п+h_глин+h_суп);

г_ср = (2,01*3,7 + 1,92*1,4 + 1,88*4,9)/10 = 1,93 т/м³

Qгр = 11,46*4,26*10*1,93 = 942,2 т Сумма вертикальных нагрузок:

N = N1+(942.2)*1.1= 1448.7+1036.4=2485.1 тс.

3) Проверяем напряжения по подошве условно-массивного фундамента

R = 1.7*{R₀*[1+k₁*(b_c-2)] + k₂* г_ср*(d-3)};

где

R₀ — условное сопротивление грунта под концом сваи; k₁ = 0,02; k₂ = 1,5

R = 1.7*{35*[1+0.02*(4.26−2)] + 1.5* 1.93*(10−3)}= 96.6 тс/м²

P = Nc/a_c*b_c? R/г_п

Р = 2485.1/11,46*4,26 = 50.9? 96.6/1,4 = 69

Вывод: условие проверки выполняется.

Дальнейший расчет осадки свайного фундамента аналогичен определению осадки фундамента мелкого заложения

1. Костерин Э. В. '' Основания и фундаменты'', М, Высшая школа. 1990 г.

2. СНиП 2.02.01 — 83 '' Основания зданий и сооружений.''

3. СНиП 2.02.03 — 85 '' Свайные фундаменты. ''

4. СНиП 2.05.03 — 84 '' Мосты и трубы.''