Расчет и проектирование фундаментов различного заложения
Для заданного варианта грунтовых условий производим оценку характеристик слоев грунта, с целью использования его в качестве естественного основания. Т.к. (2+df) >dwи грунт, залегающий под подошвой фундамента, — супесь c показателем текучести IL<0, то глубина заложения подошвы фундамента не менее df. Определение приближённого веса ростверка и числа свай где NII — нагрузка вертикальная по обрезу… Читать ещё >
Расчет и проектирование фундаментов различного заложения (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
http://www..ru/
http://www..ru/
строительный фундамент свайный
1. Местоположение площадки
Изучаемая площадка расположена на пересечении ул. Урожайной и ул. Полевой в г. Уфе.
2. Климат
В климатическом отношении площадка относится ко II климатическому району. Средняя t0 января -14,90 С, средняя t0 июля +18,80 С, средняя годовая t0 +4,30 С. Число дней со снежным покровом составляет 140 дней. Холодный период длится с середины сентября до середины мая.
3. Геоморфология рельефа
В геоморфологическом отношении площадка расположена в пределах среднерусской возвышенности (на абсолютной отметке поверхности земли 137,4).
4. Геологическое строение
В геологическом строении площадки до изучаемой глубины 15−20 м
принимают участие покровные и мореные отложения четвертичной системы. Представленные грунты: супесь твёрдая, суглинок тугопластичный, песок мелкий, глина полутвёрдая.
5. Гидрогеологические условия
В процессе производства буровых работ подземные воды вскрыты скважинами на глубине 5,30 м от поверхности земли на абсолютной отметке 135,30 м. Максимально высокое положение уровня воды следует ожидать в весеннее время. Подземные воды являются слабоагрессивными.
6. Инженерно-геологические условия
Определение физико-механических характеристик грунтов выполнялось в соответствии с требованиями нормативных документов. С учетом геологического строения, выделено 5 инженерно-геологических элементов:
1. Инженерно-геологических элемент 1:
Насыпной слой из почвы, шлака, бытовых и строительных отходов, мощностью 3,2 м.
Растительный слой состоит из почвы мощностью 0,3 м.
2. Инженерно-геологических элемент 2:
Супеси желтовато-бурого цвета. Залегают на глубине 135,80 м, мощностью 1,60 м.
3. Инженерно-геологических элемент 3:
Суглинки темно-бурого цвета. Залегают на глубине 134,10 м, мощностью 1,70 м.
4. Инженерно-геологических элемент 4:
Пески желтовато-бурого цвета. Залегают на глубине 130,20 м, мощностью 3,90 м.
5. Инженерно-геологических элемент 5:
Глины темно-бурого цвета. Залегают на глубине 125,50 м, мощностью 4,70 м.
Рисунок 1. Геологический разрез.
http://www..ru/
http://www..ru/
Рисунок 2. Данные о физических свойствах грунтов.
1. Анализ инженерно-геологических данных. Определение значения условного расчётного сопротивления грунта R0 .
Для заданного варианта грунтовых условий производим оценку характеристик слоев грунта, с целью использования его в качестве естественного основания.
1 слой:
1. Число пластичности:
;
=0,189−0,152=0,037
Так как число пластичности Ip находится в интервале 0,01 < Ip ?0,07, то делаем вывод, что 1 слой — супесь.
2. Показатель текучести:
;
==-2,46
Так как показатель текучести IL находится в интервале IL<0, то делаем вывод, что 1 слой — супесь твердая.
3. Коэффициент пористости:
е=(1+W)-1;
е=
4. Расчетное сопротивление:
Таблица 1.
e | R0 | |
IL=0 | ||
0,5 | ||
Вывод: 1 слой — супесь твердая с расчетным сопротивлением R0=300 кПа.
2 слой:
1. Число пластичности:
=0,21−0,11=0,10
Так как число пластичности находится в интервале 0,07 < <0,17, то делаем вывод, что 2 слой — суглинок.
2. Показатель текучести:
Так как показатель текучести находится в интервале 0,25< IL<0,5, то делаем вывод, что 2 слой — суглинок тугопластичный.
3. Коэффициент пористости:
е=•(1+W)-1;
е=
4. Расчетное сопротивление:
Таблица 2.
e | R0 | |||
IL=0 | IL=0,48 | IL=1 | ||
0,5 | ||||
0,62 | 240,24 | |||
0,7 | ||||
y=300+ кПа
y=250+ кПа
y=270+ кПа Вывод: 2 слой — суглинок тугопластичный с расчетным сопротивлением R0=240,24 кПа.
3 слой:
1. Тип песчаных грунтов:
Частиц крупнее: 2,0 мм — 9,5% по весу
0,5 мм — 23,4% по весу
0,25 мм — 48,7% по весу
0,10 мм — 88,3% по весу
0,05 мм — 93% по весу
0,01 мм — 96,2% по весу
0,005 мм — 97,4% по весу Менее 0,005 мм — 2,6% по весу Делаем вывод, что 3 слой — песок мелкий.
2. Коэффициент пористости:
е=•(1+W)-1;
е=
Так как коэффициент пористости е находится в интервале 0,60< е <0,75, то делаем вывод, что песок средней плотности.
3. Степень влажности:
Sr=
Sr=
Так как степень влажности Sr находится в интервале 0,8< Sr <1, то делаем вывод, что песок насыщенный водой.
Вывод: 3 слой — песок мелкий средней плотности насыщенный водой с расчётным сопротивлением R0=200 кПа.
4 слой:
1. Число пластичности:
=0,461−0,205=0,256
Так как число пластичности находится в интервале 0,17 <, то делаем вывод, что 4 слой — глина.
2. Показатель текучести:
Так как показатель текучести находится в интервале 0< IL<0,25, то делаем вывод, что 4 слой — глина полутвёрдая.
3. Коэффициент пористости:
е=
4. Расчетное сопротивление:
Таблица 3.
e | R0 | |||
IL=0 | IL=0,215 | IL=1 | ||
0,6 | ||||
0,73 | 340,975 | |||
0,8 | ||||
y=500+ кПа
y=300+ кПа
y=370+ кПа Вывод: 4 слой — глина полутвёрдая с расчетным сопротивлением R0=340,975 кПа.
Итог: В качестве основания для фундаментов наиболее благоприятным является 1 слой — супесь твёрдая, IL<0 и R0=300 кПа.
2. Расчёт фундамента мелкого заложения
2.1. Определение глубины заложения фундамента Расчет ведем в соответствии со СНиП 2.01.01 — 82 «Строительная климатология».
Дано:
г.Уфа
dw=2,1
t=150C
грунт — супесь твёрдая, IL<0.
Определяем нормативную глубину промерзания по формуле:
где — глубина промерзания: для супесей =0,28 м;
— коэффициент, равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур воздуха в данном районе.
М = 14,9+13,7+6,7+5,1+11,2=51,6
Определяем расчетную глубину промерзания по формуле:
где кh — коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения на глубину промерзания грунтов у фундаментов, кh =0,5;
.
Т.к. (2+df) >dwи грунт, залегающий под подошвой фундамента, — супесь c показателем текучести IL<0, то глубина заложения подошвы фундамента не менее df.
Принимаем d не менее df.
Глубина заложения фундамента d=1,1 м.
Рисунок 2.
2.2 Определение размеров подошвы фундамента в плане
1. Определяем необходимые размеры подошвы ленточного фундамента, при условии, что к нему приложена вертикальная сила N?=150 кН. В 1ом приближении находим площадь подошвы фундамента
N? — расчетная нагрузка по 2ой группе предельных состояний, приложенная к обрезу фундамента.
R0 — условное расчетное сопротивление грунта основания гm? — осредненное расчетное значение удельного веса грунта и материала фундамента.
R0=300 кПа гm?=20 кН/м3 — для зданий без подвала
d=1,1 м
0,54 м2
2. Ширина подошвы.
м
3. Найдем расчетное сопротивление грунтов основания:
гc1, гc2 — коэффициенты условия работы гc1=1,25 — зависит от вида грунта гc2= - зависит от вида грунта и от отношения длины и высоты здания к — коэффициент принимаемый равным 1, если характеристики определены опытным путём.
к=1
Мг, Мq, Мс — коэффициенты, принимаемые в зависимости от угла внутреннего трения ц =230
Мг =0,69, Мq =3,65, Мс =6,24.
кz — коэффициент, принимаемый равным 1, т. к. < 10 м.
гII — осредненное значение удельного веса грунтов залегающих ниже подошвы фундамента.
гII' — тоже, но выше подошвы фундамента гII =
гsb2= кН/м3
гsb3= кН/м3
гII = Кн/м3
гII' = г=20,1 Кн/м3
cII — расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента.
d1 — глубина заложения фундамента
dв — глубина пола подвала, принимаемая в зависимости от ширины подвала.
cII=12 кПа
d1=1,1 м
dв=0 м
кПа
4. Определяем площадь подошвы фундаменты при новом расчетном сопротивлением грунта.
м2
м Подбираем фундамент.
Размеры фундаменты принимаем: b =800 мм, l=1180 мм, Vf=0.274 м3, h=300 мм Выполняем расчет сопротивления для подобранного фундамента:
кПа
5. Проверка фундамента.
pII =
N=NII+NfII+NsII
NfII -вес фундамента
NfII =Vf • гb, гb=25 кН/м3
NfII =0,274•25=6,85 кН
NsII -вес грунта над уступами фундамента
NsII =Vs• гII'
NsII =0,636*20,1=12,79 кН
N=150+6,85+12,79=169,64 кН
pII = кПа
179,70 кПа < 224,07 кПа Разница превышает 5%-фундамент подобран неэкономично Принимаем размеры фундамента =1м, l=0,78 м, Vf=0,17 м3 h=0.3 м
Выполняем расчет сопротивления для подобранного фундамента:
кПа Произведем проверку подобранных размеров
pII =
N=NII+NfII+NsII
NfII -вес фундамента
NfII =Vf • гb, гb=25 кН/м3
NfII =0,17•25=4,25 кН
NsII -вес грунта над уступами фундамента
NsII =Vs• гII'
NsII =0,56*20,1=11,256 кН
N=150+4,25+11,256=165,506 кН
pII = кПа
212,19 кПа < 227,73 кПа Разница составляет 7%, следовательно размеры фундамента подобраны верно. Окончательно принимаем фундамент ФЛ 10−8-2 с параметрами =1м, l=0,78 м, Vf=0,17 м3 h=0,3 м.
2.3 Расчет осадки фундамента методом послойного суммирования
1. Определяем природное и вспомогательное напряжение от собственного веса грунта.
— природное
— вспомогательное Определяем удельный вес грунтов:
с· g =2,01· 10=20,1 кН/м3
с· g =1,89· 10=18,9 кН/м3
Так как во втором слое грунта проходит уровень грунтовых вод, то удельный вес необходимо пересчитать с учётом взвешивающего действия воды.
гsb2= кН/м3
Аналогично
гsb3= кН/м3
с· g =1,98· 10=19,8 кН/м3
1) На поверхности земли:
Дополнительное вертикальное напряжение
2) Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на подошве фундамента:
= кПа Дополнительное вертикальное напряжение
кПа
3) Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы 1-го слоя:
= кПа
кПа
4) Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне грунтовых вод:
= кПа
кПа
5) Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы 2-го слоя:
= кПа
кПа
6) Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы 3-го слоя:
= кПа
кПа
7) Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на кровле водоупора:
кПа
кПа
кПа
7) Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на подошве 4-го слоя:
кПа
кПа
2. Определяем дополнительное давление на подошву фундамента
кПа
3. Сжимающую толщу грунта ниже подошвы фундамента разбиваем на элементарные слои высотой zi
Определяем высоту элементарного слоя :
м < 0,3 м, следовательно zi=0,4 м
4. Определяем напряжение на каждом элементарном слое.
Для этого составляем таблицу.
Таблица 4.
№ | Наименование слоя | zi, м | hi, м | кПа | Eo, кПа | |||
Супесь твёрдая IL=-2,46 е=0,42 | 1,1 | 190,08 | ||||||
0,4 | 1,5 | 0,8 | 0,881 | 167,46 | ||||
Суглинок тугопластичный IL=0,48 е=0,62 | 0,8 | 1,9 | 1,6 | 0,642 | 122,03 | |||
1,2 | 2,3 | 2,4 | 0,477 | 90,67 | ||||
1,6 | 2,7 | 3,2 | 0,374 | 71,09 | ||||
2,0 | 3,1 | 4,0 | 0,306 | 58,16 | ||||
Песок мелкий средней плотности насыщенный водой е=0,72 | 2,4 | 3,5 | 4,8 | 0,258 | 49,04 | |||
2,8 | 3,9 | 5,6 | 0,223 | 42,39 | ||||
3,2 | 4,3 | 6,4 | 0,196 | 37,26 | ||||
3,6 | 4,7 | 7,2 | 0,175 | 33,26 | ||||
4,0 | 5,1 | 8,0 | 0,158 | 30,03 | ||||
4,4 | 5,5 | 8,8 | 0,143 | 27,18 | ||||
4,8 | 5,9 | 9,6 | 0,132 | 25,09 | ||||
5,2 | 6,3 | 10,4 | 0,122 | 23,19 | ||||
5,6 | 6,7 | 11,2 | 0,113 | 21,48 | ||||
6,0 | 7,1 | 12,0 | 0,106 | 20,15 | ||||
5. Определяем осадку фундамента.
где в=0,8 — коэффициент бокового расширения,
— модуль деформации,
— среднее напряжение в i-ом слое.
1,36 см < 8 см Вывод: осадка удовлетворяет условию, следовательно, допустима.
Рисунок 3.
2.4 Расчет осадки фундамента методом эквивалентного слоя (метод Цытовича)
1. Найдем коэффициент относительной сжимаемости по формуле:
m0 -коэффициент сжимаемости
eкоэффициент пористости кПа-1
кПа-1
кПа-1
2. Определим мощность эквивалентной эпюры по формуле:
Aw=2,60 — коэффициент эквивалентного слоя (при коэффициенте Пуассона = 0,3- для песков и супесей)
b=1 м — ширина подошвы фундамента
3. Определяем величину сжимающей толщи по формуле:
4. Строим эпюру и определяем значения hi и zi
Рисунок 4.
h1=0,5 м z1=4,95 м
h2=1,7 м z2=3,85 м
h3=3,0 м z3=1,5 м
5. Определяем среднее значение коэффициента относительной сжимаемости:
6. Определяем осадку фундамента:
Вывод: 0,465 см <8 см, что удовлетворяет условию S
2.5 Расчет затухания осадки во времени Величина сжимаемой толщи:
Величина осадки:
Определение среднего значения коэффициента фильтрации:
Определение коэфициента консолидации:
Определение периода консолидации:
U | N | t=N*T, год | St=S*U, см | |
0,2 | 0,02 | 0,06 | 0,09 | |
0,4 | 0,13 | 0,42 | 0,19 | |
0,6 | 0,42 | 1,34 | 0,28 | |
0,8 | 1,08 | 3,46 | 0,37 | |
0,95 | 2,54 | 8,13 | 0,44 | |
Рисунок 5. График затухания осадки во времени.
3. Расчет свайного фундамента
3.1 Выбор глубины заложения ростверка, несущего слоя грунта и конструкции сваи Глубину заложения ростверка принимаем конструктивно d=2,45 м.
Высота ростверка принимаем 0,5 м
Принимаем глубину заделки сваи в ростверк? Z=0,1 м Принимаем сечение сваи:
30 см 30 см, т. е. 0,3 м 0,3 м длину сваи принимаем 3 м
3.2 Определяем несущую способность и силы расчётного сопротивления сваи по материалу и грунту
1.Определение силы расчетного сопротивления сваи по материалу:
где
— коэффициент условий работы сваи в грунте;
— коэффициент продольного изгиба (зависит от вида ростверка);
— коэффициент работы бетона (зависит от способа погружения сваи);
— расчетное сопротивление бетона;
— площадь сечения сваи;
— расчётное сопротивление арматуры;
— площадь поперечного сечения арматуры.
=1
=1
=1
=8,5МПа
=225МПа
=0,09 м2
=4,52*10-4 м2
2.Определение силы расчетного сопротивления сваи по грунту:
— несущая способность сваи по грунту;
=1 — коэффициент условия работы сваи в грунте;
— коэффициенты условия работы грунта соответственно под нижним концом сваи и по её боковой поверхности.
=1, =1 по СНиП.
R — расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи;
А — площадь опирания сваи на грунт (площадь сечения сваи);
u — наружный периметр поперечного сечения сваи;
fi — расчетное сопротивление i-того слоя грунта по боковой поверхности сваи;
hi — толщина i-того слоя грунта;
; м2; м;
f1 =20 кПа h1=0,85 м
f2 = 38 кПа h2=2,05 м
3.Определение силы расчетного сопротивления сваи по грунту:
FRS — сила расчетного сопротивления сваи по грунту;
гk — коэффициент надежности, назначаемый в зависимости от метода определения несущей способности сваи;
гk=1,4
кН.
Рисунок 7.
3.3 Определение приближённого веса ростверка и числа свай где NII — нагрузка вертикальная по обрезу фундамента по 1 группе предельных состояний,
Определение среднего давления на основание под ростверком:
d — диаметр сваи Определение площади подошвы ростверка Ag
гf — коэффициент надежности по грунту, гm — коэффициент среднего значения удельного веса материала ростверка и грунта на уступах.
гm с подвалом — 17 кН/м3
dg — глубина заложения ростверка гf=1,1
гm=17 кН/м3
dg=2,45 м Определение количества свай :
зm — коэффициент, учитывающий действие момента, для центрально нагруженных фундаментов равен 1;
Ngвес ростверка и грунта на уступах
Ng=18,5+71,73=90,23 кН
3.4 Конструирование ростверка Минимальное расстояние между сваями 3d, d — диаметр поперечного сечения сваи.
Расстояние в свету от края сваи до края ростверка должно быть не менее 5 см.
Проверка усилий, передаваемых на сваю:
кН < 222,77кН Где N — нагрузка
n — количество свай Определяем перегруз:
% >5%-фундамент подобран верно Рисунок 8.
3.4 Расчет осадки свайного фундамента Определяем средневзвешенное значение угла внутреннего трения
— расчетное значение, соответственно угла внутреннего трения i слоя, прорезаемого сваей и толщина i-ого слоя
h1=1,6 м ц1=23
h2=1,7 м ц2=17
h3=2,05 м ц3=27
Определяем размеры подошвы условного фундамента
Рисунок 9. Рисунок 10.
Определяем вес условного фундамента:
2,71*3,99*(1,6*20,1+0,5*18,9+1,2*10,185+2,05*9,65)=795,04кН Давление на грунт от условного фундамента:
=(1200+795,04)/10,8=184,73 кПа Определяем расчетное сопротивление грунта R, расположенного ниже условного фундамента
dc — глубина заложения условного фундамента;
г11=(9,65*1,85+19,8*4,7)/(1,85+4,7)=16,93 кН/м3 — осредненное значение удельного веса грунтов под подошвой фундамента г111=(2,05*9,65+1,2*10,185+0,5*18,9+1,6*20,1)/(2,05+1,2+0,5+1,6)=13,76 кН/м3 — выше подошвы фундамента
гc1, гc2 — коэффициенты условия работы гc1=1,3
гc2=1,3
к — коэффициент принимаемый равным 1.
к=1
Мг, Мq, Мс — коэффициенты, принимаемые в зависимости от угла внутреннего трения ц =270 С Мг =0,91, Мq =4,64, Мс =7,14.
кz — коэффициент, принимаемый равным 1, т. к. < 10 м.
cII — расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента.
184,73 кПа
Расчет осадки выполняем методом послойного суммирования.
1. Определяем ординаты эпюры.
1) На поверхности земли:
Дополнительное вертикальное напряжение:
2) Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы 1-го слоя:
= кПа Дополнительное вертикальное напряжение:
кПа
3) Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне грунтовых вод:
= кПа
кПа
4) Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы 2-го слоя:
= кПа
кПа
5) Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы условного фундамента:
= кПа
кПа
6) Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы 3-го слоя:
= кПа
кПа
7) Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на кровле водоупора:
кПа
кПа
кПа
7) Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на подошве 4-го слоя:
кПа
кПа
2. Определяем дополнительное давление на подошву фундамента.
;
кПа.
3. Определяем элементарную высоту слоя.
;
м.
4. Разбиваем грунтовую толщу от подошвы на элементарные слои.
5. Определяем напряжения на каждом элементарном слое. Для этого составим таблицу:
Таблица 5.
№ | Наименование слоя | zi, м | hi, м | кПа | Eo, кПа | |||
Песок мелкий средней плотности насыщенный водой е=0,72 | 5,35 | 111,22 | ||||||
0,54 | 5,89 | 0,4 | 0,972 | 108,11 | ||||
1,08 | 6,43 | 0,8 | 0,848 | 94,31 | ||||
1,62 | 6,97 | 1,2 | 0,682 | 75,85 | ||||
Глина полутвёрдая е=0,73 | 2,16 | 7,51 | 1,6 | 0,532 | 59,17 | |||
2,7 | 8,05 | 2,0 | 0,414 | 46,04 | ||||
3,24 | 8,59 | 2,4 | 0,325 | 36,15 | ||||
3,78 | 9,13 | 2,8 | 0,260 | 28,92 | ||||
6. Определяем осадку фундамента
где — корректирующий коэффициент,
— модуль деформации,
— среднее напряжение в i-ом слое.
Вывод: осадка удовлетворяет условию, следовательно допустима.
Рисунок 11.
1. СНиП 2.02.01−83. Основания зданий и сооружений. М.: Стройиздат, 1983 г.
2. Берлинов М. В. Основания и фундаменты. М.: Высшая школа, 1988 г.-319 с.
3. Гусева В. И. Методические указания «Механика грунтов, основания и фундаменты». М.: Издательство Всесоюзного заочного политехнического института, 1991 г.-50с.
4. Ухов С. Б., Семенов В. В., Знаменский В. В. и др. Механика грунтов, основания и фундаменты. М.: Издательства АСВ, 1994 г.-527 с.
5. Далматов Б. И. Механика грунтов, основания и фундаменты. М.: Стройиздат, 1981 г.-319с.
6. СНиП 2.02.03−85. Свайные фундаменты / Госстрой СССР. — М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1983 г.
7. СНиП 2.01.01−82. Строительная климатология и геофизика / Госстрой СССР. — М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1987 г.
8. СНиП 25 100−95. Грунты. Классификация. — М.: Из-во стандартов, 1986 г.