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

1. Исходные данные

2. Проектирование фундамента мелкого заложения

2.1 Определение расчетных характеристик грунтов основания

2.2 Определение размеров подошвы фундамента

2.3 Определение осадки фундамента, выбор окончательных размеров фундамента

3. Проектирование фундамента мелкого заложения

3.1 Выбор типов и размеров свай и ростверка фундамента

3.2 Определение несущей способности сваи

3.3 Определение количества свай

3.4 Определение осадки свайного фундамента

1. Исходные данные

1. Схема сооружения — жилое здание.

2. Географический район строительства — d=2,05 м.

3. Характеристики грунтов и мощности слоев, слагающих грунтовое основание, представлены в таблице 1. Геологический разрез грунтового основания представлен на рисунке 2.

Таблица 1

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.

2.1 Определение расчетных характеристик грунтов основания Все расчеты оснований должны выполняться с использованием расчетных значений характеристики грунтов Х, определяемой по формуле Х=Х_n*г_g,

где Х_n — нормативное значение данной характеристики, г_g — коэффициент надежности по грунту.

Коэффициент надежности по грунту г_g при вычислении расчетных значений прочностных характеристик (удельного сцепления c, угла внутреннего трения? нескальных грунтов) устанавливается следующим:

1. В расчетах оснований по деформациям г_g =1;

2. В расчетах оснований по несущей способности:

2.1. Для удельного сцепления г_g=1,5;

Для угла внутреннего трения:

— песчаных грунтов г_g = 1,1;

— пылевато-глинистых г_g =1,15.

Для прочих характеристик грунта допускается принимать г_g =1.

Таблица 2

2.2 Определение размеров подошвы фундамента

1. Находим среднее давление по подошве фундамента.

P=

N_II — внешняя расчетная нагрузка, равная 98 тс, г_ср — среднее значение удельного веса бетона и грунта по нижнему обрезу фундамента, равная 2 т/м³,

d — глубина заложения фундамента, равная 2,05 м,

b — 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).

P_{cp (b)}= (98+1,94*2,05*b²)/ b²=(98+3,977*b²)/ b²

Сопротивление определяем по формуле

R=((г_c1*г_c2)/k)*(M_г*k_z*г_II*b+ M_q **d+M_c*c_II),

где R — расчетное сопротивление грунта основания;

г_c1 и г_c2 — коэффициент условий работы, принимаем г_c1=1,25 и определяем соотношение между длиной и высотой здания L/H=15 000/10200=1,47, далее интерполируем

г_c2=((1−1,1)/(4−1,5))*(1,47−1,5)+1,1=1,1 (по т.3 СНиП 2.02.01−83*);

k — коэффициент, принимаем равным k₁=1, если прочностные характеристики грунта (? и с) определяются непосредственными испытаниями, принимаем 1; и k = 1,1, если указанные характеристики приняты по таблицам;

M_г, M_q, M_c — коэффициенты, принимаемые M_г=0,69, M_q=3,65, M_c=6,24 (по т.4 СНиП 2.02.01−83*);

k_z — коэффициент, принимаемый равным 1, зависит от способа определения характеристик грунта;

b — ширина подошвы фундамента, м;

г_II — удельный вес грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), кН/м³(тс/ м³)

г_II=1,94 (тс/ м³);

— то же, залегающих выше подошвы фундамента (тс/ м³)

= 1,94 (тс/ м³);

c_II — расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа (тс/ м³).

c_II= 0,0075*100=0,75 (тс/ м³).

R = ((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:

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.

P=Nп_II/ A? R

P=98/(1,9)²= 27,14 (тс/ м²)

R=1,84*1,9+26,39=29,88 (тс/ м²)

P=27,14? R=29,88 — условие выполняется.

2.3 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;

у_{z, pi} — среднее значение вертикального нормативного давления;

h_i — толщина i-го слоя;

E_i — модуль деформации i-го слоя;

n — 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:

N_nII = N_oII+G_ф+гр

Давление на грунт подошвой фундамента определяется по формуле:

P=Nп_II/ A

Необходимо определить давление с учетом напряжений после открытия котлована:

P_o= Pу_zg = P-*d

Где удельный вес грунта, расположенный выше подошвы;

d =2,05 м — глубина заложения фундамента.

Напряжение, возникающее в грунте основания от указанного выше давления на грунт, определяется по формуле:

у_{zpo, i}= б*P_o

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,

N_oII'= 98 тс,

P= 27,14 тс/ м²,

P_o=27,14 — 1,94*2,05 = 23,17 тс/ м²

у_{zpo, 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:

у_zg= *d+

Расчет от отметки природного рельефа.

Таблица 4. Расчет значений у_{zpo, i} в зависимости от заглубления Z.

Таблица 5. Определение суммарной осадки фундамента.

у_zр 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.

3.1 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.

L_p= z-d =8,7 — 2,05 = 6,65 м Где L_p — расчетная длина сваи,

z — глубина от поверхности до начала заострения сваи,

d — 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 L_констр = 6,65+0,1 = 6,75 м.

Принимаем длину сваи L_св = 7,0 м.

Определив необходимую длину, выбираем по сортаменту сечение сваи.

Для свай до 12 м сечение 30×30 см.

Размер подошвы ростверка определяем исходя из: по периметру свай отступаем по 0,2 м, между осями свай не менее 3*d_св. Т.о. принимаем размер ростверка

b_р= 3*0,3+2*0,2+0,3= 1,6 м.

Рисунок 2

3.2 Определение несущей способности сваи Несущая способность F_d забивной висячей сваи определяется по формуле:

F_d =г_с*(г_сR*R*A+u**f_i*h_i)

Где R — расчетное сопротивление фундамента под нижним концом сваи по т.1 СНиП 2.02.03−85;

A — площадь поперечного сечения сваи;

A=d²=0,3*0,3= 0,09 м²

u — наружный периметр поперечного сечения сваи;

u=0,3*4= 1,2 м

h_i — толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи;

f_i — расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи по т.2 СНиП 2.02.03−85;

г_с — коэффициент условия работы сваи в грунте, принимаем г_с=1;

г_сR, — 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.

г_сR = 1, =1.

f₁= 2,51 тс/м², при z₁= 3,05 м;

f₂= 2,71 тс/м², при z₁= 4,05 м;

f₃= 2,91 тс/м², при z₁= 5,05 м;

f₄= 3,105 тс/м², при z₁= 6,05 м;

f₅= 3,205 тс/м², при z₁= 7,05 м;

f₆= 3,3025 тс/м², при z₁= 8,05 м;

f₇= 3,3525 тс/м², при z₁= 9,05 м.

R=233,65 тс/м² (методом интерполяции, при I_L=0,4)

F_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))

F_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 N_d — суммарная нагрузка, передаваемая на свайное поле и определяемая по формуле:

N_d= N_II + G

где N_II — нагрузка от верхнего строения приведенная к обрезу фундамента;

G — собственный вес плиты ростверка, определяется по формуле:

G= h_p*A_p* г_ж/б

N — сила расчетного сопротивления по грунту

N?

где — несущая способность грунта основания одиночной сваи;

— коэффициент запаса, зависящий от способа определения несущей способности сваи, принимаемый равным 1,4.

N_II=98 тс.

G= 2,05*1,6*1,6*2,5= 13,12 тс.

N_d= 98+13,12= 111,12 тс.

N= 46,34/1,4= 33,1 тс.

n = 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):

b _усл.ф.= b'+2*h*tg (?_{II, mt}/ 4)

где ?_{II, mt} — осредненное значение углов внутреннего трения толщи грунтов, в которых находятся сваи;

?_{II, mt}= (?₁*l₁+ ?₂*l₂+ ?₃*l₃+ ?₄*l₄)/ (l₁+ l₂+ l₃+ l₄)

h — длина сваи;

l _усл.ф.= l'+2*h*tg (?_{II, mt}/ 4);

А_усл.ф.= b _усл.ф.* l _усл.ф.;

Q_усл.ф.= г_прив* А_усл.ф.*(l_загл+d_р) — вес условного фундамента;

P= Q_ф/ А_усл.ф

P_o= Pг_прив* (l_загл+d_р)

у_{zpo, i}= б*P_o

б= ?_{II, mt} / 4

?_{II, mt}= = 20 град.

h=7 м;

б= 20 / 4=5 град.

г_прив= = 1,97 тс/м²

b _усл.ф.=1,6+2*7*0,0874= 2,82 м

l _усл.ф.= b _усл.ф=2,82 м А_усл.ф.= 2,82*2,82= 7,95 м²

Q_усл.ф.=1,97*7,95*(7+2,05)= 141,74 тс

Q_ф= 98+141,74= 239,74 тс

P== 30,15 тс/м²

P_o=30,15−1,97*9,05= 12,32 тс/м²

Задаваясь Z, определяем б, затем по формуле у_{zpo, i}= б*P_o 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;

у_{z, pi} — среднее значение вертикального нормативного давления;

h_i — толщина i-го слоя (h_i=0,4*b);

E_i — модуль деформации i-го слоя;

n — число слоев, на которые разбивается сжимаемая толща.

Осадка не должна превышать допустимую осадку по СНиП 2.02.01−83* равную S=8см.

Для определения осадки применяем графический метод.

грунт фундамент свая здание Таблица 6. Расчет значений у_{zpo, i} в зависимости от заглубления Z.

Таблица 7. Определение суммарной осадки фундамента.

у_zр определяем по графику в середине каждого слоя.

0,0099 м = 1 см? S=8 см.

Условие расчета по деформации основания и фундамента выполнено.