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 — 6 м, длина фундамента — 7 м

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

Оценка физического состояния грунтов:

Песок средней крупности:

а) E=40 000, m_v=2*10^-8 кПа^-1 грунт обладает низкой сжимаемостью;

б) грунт непучинистый.

Супесь:

а) 0L=0,66<1 — супесь пластичная;

б) E=14 000, m_v=5,28*10^-8 кПа^-1 грунт обладает средней сжимаемостью.

Суглинок:

а) 0,25L=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=1,5 м.

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

Расчет ведется по скважине № 2

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

где г_c1 и гс₂-коэффициенты условий работы;

k-коэффициент, принимаемый равным 1,1;

М_г, M_q, M_c — коэффициенты, принимаемые в зависимости от значения ;

k_z — коэффициент, принимаемый равным 1 при b<10 м;

b-ширина подошвы фундамента, м;

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

г_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;

d_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 '_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

г'_II = 19,2 кН/м³

1,1×172,4 = 189,6 кПа

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

кН/м³

Н/м³1,1×245,2 = 269,7 кПа

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

кН/м³

Н/м³1,2×238,3 = 285,9 кПа

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

кН/м³

Н/м³1,2×392,9 = 471,6 кПа грунт основание фундамент

Вывод На рассматриваемой площадке под строительство в г. Санкт-Петербург произведены инженерно-геологические изыскания 5 скважин глубиной 10,5 м. Уровень грунтовых вод находится на глубине 2 м. 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 0,85 м. Несущий грунт — супесь легкая пылеватая с растительными остатками мощностью от 0 до 0,8 м. По результатам расчета этот грунт является среднесжимаемым, имеет расчетные характеристики: на глубине заложения фундамента R_f=189,6кПа, R₁=269,9кПа, E=14 000кПа, ц=24°. Подстилающий слой суглинок мощностью от 0,4 до 1,8 м находится в тугопластичном состоянии, имеет следующие характеристики R₂=285,9кПа, R₃=471,6кПа, E=9000кПа, ц=18°, доходит до низа скважин.

2. Расчет осадки фундамента методом послойного суммирования

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

189,6 кПа

г'_II = 19,2 кН/м³

2.2 Определение площади подошвы фундамента, А и его размеров в плане: ширины b и длины l

Принимаем размеры подошвы фундамента 67 м. Следовательно, площадь фундамента составит 42 м².

2.3 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:

SS_u

где S — совместная деформация основания и сооружения, определяемая расчетом;

S_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 =0,8-безразмерный коэффициент;

_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;

h_i и Е_i— соответственно толщина и модуль деформации i-гo слоя грунта;

nчисло слоев, на которое разбита сжимаемая толща основания.

Для построения эпюр _zg и _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_i0,4b таким образом, чтобы одна из точек находилась на границе двух различных по составу грунтов.

В нашем случае высота элементарного слоя h_i0,4 *6,0=2,4 м.

Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента _zg 0 при планировке срезкой определится по формуле:

_zg 0=d

_zg 0=19,21,44=27,6кН/м².

Вертикальное напряжение от собственного веса грунта _zg на границе слоя, расположенного на глубине z от подошвы фундамента, определяется по формуле где _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:

_zp 0=p₀

где — коэффициент, принимаемый по табл. 1 прил. 2 СНиП2.02.01−83* в зависимости от формы подошвы фундамента, соотношения сторон прямоугольного фундамента =l/b и относительной глубины =2z/b.

Нижняя граница сжимаемой толщи основания условно находится на глубине z=H_с там, где _zp=0,5_zg.

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

Принимаем: p_II=189.6кПа Таблица 4

Мощность сжимаемого слоя Н_с=6,86 м. (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:

где и — обозначения те же, что в формуле (12), причем символом b обозначена сторона фундамента, в направлении которой предполагается потеря устойчивости основания;

N_г, N_q, N_c — безразмерные коэффициенты несущей способности, определяемые по СНиП2.02.01−83* в зависимости от расчетного значения угла внутреннего трения грунта ц_I и угла наклона к вертикали д равнодействующей внешней нагрузки на основание F в уровне подошвы фундамента;

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);

_q, _c — коэффициенты формы фундамента, определяемые по формулам:

= 1 — 0,25/; _q = 1 + 1,5/; _c = 1 + 0,3/,

здесь = 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: г = 16,4 кН/м³, г_sb = 9,8 кН/м³

— для суглинка: г = 15,5 кН/м³, г_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:

24 658 кН

Проверка выполнения условия

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

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.

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

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

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