Расчет свайного фундамента

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Ульяновский государственный технический университет Курсовой проект по предмету: «Основания и фундаменты»

Разработал: студент группы ПГСз-31

Атясова А.Е.

Руководитель проекта: преподаватель Пьянков С. А.

Ульяновск 2012

1. Оценка инженерно-геологических условий строительной площадки

1.1 Описание слоев

1.2 Физико-механические свойства грунтов

1.3 Заключение по строительной площадке

2. Расчет фундамента мелкого заложения

2.1 Выбор глубины заложения фундамента

2.2 Определение площади подошвы фундамента

2.3 Определение расчетного сопротивления грунта основания

2.4 Проверочный расчет

2.5 Определение осадки фундамента мелкого заложения

3. Расчет свайного фундамента

3.1 Определение вида свай

3.2 Определение несущей способности свай

3.3 Определение количества свай

3.4 Конструкция свайного ростверка

3.5 Проверка свайного фундамента по фактической нагрузке

3.6 Расчет свайного фундамента и его основания по деформациям

3.7 Определение осадки свайного фундамента

4. Расчет свайного фундамента (буронабивные сваи)

4.1 Определение вида свай

4.2 Определение несущей способности свай

4.3 Определение количества свай

4.4 Конструкция свайного ростверка

4.5 Проверка свайного фундамента по фактической нагрузке

4.6 Расчет свайного фундамента и его основания по деформациям

4.7 Определение осадки свайного фундамента

5. Технико-экономическое сравнение

6. Расчет заданных вариантов фундаментов

6.1 Первый вариант

6.2 Второй вариант

6.3 Третий вариант

6.4 Четвертый вариант

6.5 Пятый вариант

1. Оценка инженерно-геологических условий

1.1 Описание слоев Географическое положение площадки г. Ульяновск.

Строительная площадка состоит из трех видов грунтов:

1 слой — насыпной грунт — супесь со строительным мусором. Мощность слоя от 5,4 м до 0,85 м;

2 слой — супесь легкая, пылеватая с растительными остатками. Мощность слоя 5,0 — 1,80 м.

3 слой — суглинок тяжелый с включением гравия и гальки.

Мощность слоя бурением не установлена.

Положение уровня грунтовых вод 4,0 м от уровня поверхности земли.

1.2 Физико-механические свойства грунтов

1. Удельный вес грунта в сухом состоянииг_d, кН/м³.

где г_II— удельный вес грунта, кН/м³,

Wвлажность природная, принимаемая в долях единицы.

Суглинок: г_d = 18,2 / (1 + 0,31) = 13,89 кН/м³

Супесь: г_d = 19,2 / (1 + 0,22) = 15,74 кН/м³

2. Коэффициент пористости e.

где г_s — удельный вес частиц грунта, кН/м³.

Суглинок: e = (26,7 — 13,89) / 13,89 = 0,92;

Супесь: e = (26,5 — 15,74) / 15,74 = 0,68.

3. Степень влажности S_r.

где г_w — удельный вес воды, г_w= 10кН/м³

Суглинок: S_r= (0,31•26,7) / (0,92 •10) = 0,90;

Супесь: S_r= (0,22•26,5) / (0,68 •10) = 0,86.

4. Удельный вес грунта с учетом взвешивающего действия воды г_sb, кН/м³.

Суглинок: г_sb= (26,7 — 10) / (1 + 0,92) = 8,70 кН/м³;

Супесь: г_sb= (26,5 — 10) / (1 + 0,68) = 9,82 кН/м³.

5. Число пластичности I_p, %.

где W_T— влажность на границе текучести, %;

W_Р — влажность на границе раскатывания, %.

Суглинок: I_p = 39 -26 = 13;

Супесь:I_p = 24 -18 = 6.

6. Показатель текучести I_L

Суглинок: I_L= (31 — 26) / (39 — 26) = 0,38;

Супесь:I_L= (22 — 18) / (24 — 18) = 0,67;

7. Расчетное сопротивление R₀, кПа.

Определяем расчётное сопротивлениекПагрунтов по приложению 3 СНиП 2.02.01−83:

Суглинок:R₀ = 178,37 кПа Супесь: R₀ = 188,00 кПа

1.3 Заключение по строительной площадке Площадка пригодна для строительства. В качестве основания можно использовать супесь легкую, пылеватую и суглинок тяжелый с включениями гравия и гальки.

2. Расчет фундамента мелкого заложения

2.1 Определение глубины заложения фундамента а) Влияние климата:

d₁ — учет глубины промерзания грунта, вычисляется с использованием формулы вСНиП 2.02.01−83.

d₁ = d_f= k_h· d_fn

где d_fn — нормативная глубина промерзания, для Ульяновскаd_fn = 1,6 м

k_h — коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения; принимается по табл.1 (k_h= 0,5 при t = 15^°)

d₁ = d_f = 0,5· 1,6 = 0,8 м б) Инженерно-геологические особенности:

d₂ — учет геологии и гидрогеологии.

Используем табл.2 СНиП 2.02.01−83. Глубина заложения фундамента зависит от глубины расположения уровня подземных вод d_щ.

При d_щ = 4,0 м >d_f + 2 = 0,8+2=2,8 м, следовательно, d₂должна составлять не менееd_f.

в) Конструктивные особенности:

Глубина заложения фундамента должна быть ниже отметки пола подвала или уровня подземных коммуникаций на 0,3−0,5 м. Подвал находятся на отметке -3,000 м.

d₃ = 3,0+0,5 = 3,5 м Из величин d₁, d₂, d₃ выбираем максимальную: d = d₃ = 3,5 м

2.2 Определение площади подошвы фундамента где N_0II — вертикальная нагрузка,

R₀ — расчётное сопротивление грунта для предварительного назначения размеров, г_СР — средний удельный вес фундамента и грунта на его уступах,

d — глубина заложения фундамента.

А= 1260 / (188 — 19 • 3,5) = 10,37 м²

— центрально нагруженные фундаменты (М=0, F=0);

b=l===3,22? 3,5 м

2.3 Определение расчетного сопротивления грунта основания где г_с1 и г_с2 — коэффициенты условий работы, принимаемые по табл.5.2

СП 50−101−2004:

г_с1= 1,0 и г_с2 = 1,0;

k — коэффициент, принимаемый равным 1;

М_г, М_q, М_с— коэффициенты, принимаемые по табл. 5.3:

М_г = 0,72, М_q =3,87, М_с = 6,45;

k_z — коэффициент, принимаемый равным 1, так как ширина подошвы фундамента b = 3,5 м < 10 м ;

b — ширина подошвы фундамента;

г_II — осреднённое расчётное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента: г_sb=9,82кН/м³-для супеси;

г_II= (19,2•0,5+9,82•1,25) / 1,75 = 12,5 кН/м³

г'_II— то же, залегающих выше подошвы:

г'_II= (19,2•1,0 + 16,0•2,5) / 3,5 = 16,91кН/м³

с_II — расчётное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента: с_II = 18 кПа;

d_b — глубина подвала: d_b= 2,0 м;

d₁-глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала;

d₁ = ;

d₁ = 0,3+25•0,2/16,91 = 0,6 м .

R=(1,0•1,0/1)•(0,72•3,5•1•12,5+3,87•0,6•16,91+(3,87−1)•2•16,91+6,45•18) =283,93кПа Исходя из значения полученного расчетного сопротивления, назначаем размеры подошвы фундамента.

А₀= 1260 / (283,93- 19 • 3,5) = 5,79 м²

Принимаем b= l =2,2, b/l= 1.(размеры округляем до десятых)

2.4 Проверочный расчет Проверка по давлению: P? R

(при наличии подвала G_гр пренебрегаем)

G_ф= (V₁ + V₂) •г_б=

=(3•0,8•0,8+ 2,2•2,2•0,5) • 25 = 108,5кН

P=282,75кН/м²?R=283,93 кН/м²,

(283,93−282,75)/283,93 •100%=0,42% - недогрузка приемлема.

2.5 Определение осадки фундамента мелкого заложения методом послойного суммирования Осадка основания S определяется методом послойного суммирования по формуле:

где в — коэффициент, равный 0,8, учитывающий боковое расширение грунта;

у_zpi — среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i-ом 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 E_i — соответственно толщина и модуль деформации i-того слоя грунта;

n — число слоёв, на которые разбита сжимаемая толща основания;

Разбиваем сжимаемую толщу основания на части по 0,4•b = 0.48 м.

P — расчётное давление по подошве фундамента от нагрузок, учитываемых при расчёте по деформациям, P = 282,75кПа;

у_zg0 — природное напряжение на уровне подошвы фундамента: у_zg0 = г'•d_,

где г' - удельный вес грунта выше подошвы фундамента (г' = 19,2 кН/м³), dглубина заложения фундамента от уровня планировки до поверхности природного рельефа (d = 3,5 м).

у_zg0 = 19,2 • 1+16•2,5 = 59,2 кН/м³

Затем определяем дополнительное вертикальное заложение от внешней нагрузки на уровне подошвы: у_zp = б • P,

б — коэффициент, принимаемый по табл. 5.6 СП 50−101−2004 в зависимости от формы подошвы фундамента, соотношения сторон з=l/b=1 и относительной глубины, равной: ж = 2z/b .

Нормы рекомендуют для обычных грунтов принимать сжимаемую толщину h_c до глубины, на которой напряжение у_zp не превышает 20% природного напряжения у_zp? 0,2 у_zg

Вертикальное напряжение от собственного веса грунта z от подошвы фундамента определяется по формуле 5.21 СП 50−101−2004 :

h_i и г_i — толщина и удельный вес i-того слоя грунта. Для грунтов, лежащих ниже уровня воды, используется г_sb=9,82 кН/м³-для супеси;8,7-для суглинка Точка 0: z = 0

h = 0

з=1, ж = 2•0 / 2,2=0 > б=1

у_zp = 1• 282,75= 282,75кН/м³

у_zg = 19,2 • 1+16•2,5 = 59,2кН/м³

у_zp? 0,2 у_zg

282,75>11,84 — условие не выполнено.

Точка 1: z = 0,5

h = 0,5

з=1, ж = 2•0,5 / 2,2= 0,45

б=0,940

у_zp = 0,940 •282,75= 265,79кН/м³

у_zg = 59,2+ 0,5 • 19,2 = 68,8 кН/м³

у_zг =59,2• 0,940 = 55,65кН/м³

265,79>13,76- условие не выполнено.

Точка 2: z = 0,98

h = 0,48

з=1, ж = 2•0,98 / 2,2=0,89

б= 0,756

у_zp = 0,756 •282,75= 213,76кН/м³

у_zg = 68,8 + 0,48 • 9,82 = 73,51 кН/м³

у_zг =59,2 • 0,756= 44,76кН/м³

213,76>14,7 — условие не выполнено.

Точка 3: z = 1,46

h = 0,48

з=1, ж = 2•1,46 / 2,2= 1,33

б= 0,555

у_zp = 0,555 •282,75= 156,93кН/м³

у_zg = 73,51 + 0,48 • 9,82 = 78,22кН/м³

у_zг =59,2 • 0,555= 32,86кН/м³

156,93>15,64 — условие не выполнено.

Точка 4: z = 1,94

h = 0,48

з=1, ж = 2•1,94 / 2,2= 1,76

б= 0,404

у_zp = 0,404 •282,75= 114,23кН/м³

у_zg = 78,22+ 0,48 • 9.82 = 82,93кН/м³

у_zг =59,2 • 0,404= 23,92кН/м³

114,23>16,57 — условие не выполнено.

Точка 5: z = 2,42

h = 0,48

з=1, ж = 2•2,42 / 2,2= 2,2

б=0,297

у_zp = 0,297 •282,75= 83,98 кН/м³

у_zg = 82,93 + 0,48 • 9,82 = 87,64 кН/м³

у_zг =59,2 • 0,297= 17,58кН/м³

83,98>17,53 — условие не выполнено.

Точка 6: z = 2,9

h = 0,48

з=1, ж = 2•2,9 / 2,2=2,64

б=0,223

у_zp = 0,223 •282,75= 63,05 кН/м³

у_zg = 87,64 + 0,48 • 9,82 = 92,35 кН/м³

у_zг =59,2 • 0,223 = 13,2кН/м³

63,05>18,47 — условие не выполнено.

Точка 7: z = 3,38

h = 0,48

з=1, ж = 2•3,38 / 2,2=3,07

б=0,173

у_zp = 0,173 •282,75= 48,92кН/м³

у_zg = 92,35 + 0,48 • 9,82 = 97,06 кН/м³

у_zг =59,2 • 0,173 = 10,24кН/м³

48,92>19,41 — условие не выполнено.

Точка 8: z = 3,5

h = 0,12

з=1, ж = 2•3,5 / 2,2=3,18

б=0,162

у_zp = 0,162 •282,75= 45,81 кН/м³

у_zg = 97,06 + 0,12 • 9,82 = 98,24 кН/м³

у_zг=59,2 • 0,162 = 9,59кН/м³

45,81>19,65 — условие не выполнено.

Точка 9: z = 3,98

h = 0,48

з=1, ж = 2•3,98/ 2,2=3,62

б=0,13

у_zp = 0,13 •282,75= 36,76 кН/м³

у_zg = 98,24 + 0,48 • 8,7 = 102,42 кН/м³

у_zг =59,2 • 0,13 = 7,7кН/м³

36,76>20,48 — условие не выполнено.

Точка 10: z = 4,46

h = 0,48

з=1, ж = 2•4,46 / 2,2=4,05

б=0,106

у_zp = 0,106 •282,75= 29,97 кН/м³

у_zg = 102,42 + 0,48 • 8,7 = 106,6 кН/м³

у_zг =59,2 • 0,106 = 6,45кН/м³

29,97?21,32 — условие не выполнено Точка 11: z = 4,94

h = 0,48

з=1, ж = 2•4,94 / 2,2=4,49

б=0,088

у_zp = 0,088 •282,75= 24,88 кН/м³

у_zg = 106,6 + 0,48 • 8,7 = 110,78 кН/м³

у_zг =59,2 • 0,088 = 5,21кН/м³

24,88?22,16 — условие не выполнено Точка 12: z = 5,42

h = 0,48

з=1, ж = 2•5,42 / 2,2=4,93

б=0,074

у_zp = 0,074 •282,75= 20,92 кН/м³

у_zg = 110,78 + 0,48 • 8,7 = 114,96 кН/м³

у_zг =59,2 • 0,074 = 4,38кН/м³

20,92?22,99 — условие выполнено Осадка фундамента:

Согласно приложениюЕ СП 50−101−2004 максимальная осадка для данного типа здания равна 10 см, 3,3 см <10 см, условие выполнено.

3. Расчёт свайного фундамента

3.1 Определение вида свай Назначаю сваи С60−30−8 длиной 6 м, сечением 300?300 мм, изготовленные из бетона и арматуры В15 4O12.

3.2 Определение несущей способности свай Несущую способность висячей забивной сваи определяем по формуле (7.8) СП 50−102−2003

где:

г_с — коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый равным 1;

R — расчётное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа;

А — площадь опирания на грунт сваи, м², принимаемая по площади поперечного сечения сваи брутто;А = 0,30? 0,30 = 0,09 (м²).

u — наружный периметр поперечного сечения сваи, м;u = 4? 0,30 = 1,2 м.

f_i — расчётное сопротивление i-того слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа;

h_i — толщина i-того слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, h_i = 2 м (толщину грунта, прорезаемую сваей, разбиваем на слои толщиной по 2 м);

г_сR, г_сf — коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи на расчётные сопротивления грунта. Для свай, погруженных забивкой механическими паровоздушными или дизельными молотами коэффициенты равны 1.

Глубина погружения: 3,5+6 = 9,5 м Для такой глубины погружения принимаем расчётное сопротивление грунта под нижним концом сваи равным R = 2586,667кПа (по табл. 7.1 СП 50−102−2003). По таблице 7.3 определяем расчётное сопротивление боковой поверхности сваи f_i и среднюю глубину расположения слоя z_i:

h_i, м

z_i, м

f_i, кПа

z₁ = 4,5

f₁ = 30,2

1,5

z₂ = 6,25

f₂ = 33,45

1,5

z₃ = 7,75

f₃ = 34,95

1,0

z₄= 9

f₄=35,8

кН Несущая способность по материалу

— коэффициент, учитывающий продольный изгиб сваи, равный 1,0;

R_b — расчётное сопротивление бетона сжатию, R_b=8,6МПа;

А_b — площадь бетона А_b=АА_s= 0,09 — 0,45 = 0,0896 м²;

R_sc — расчётное сопротивление арматуры сжатию, R_sc=225МПа;

А_s — площадь арматуры А_s=4•3,14/4•0,012² = 0,45 м²;

Из двух расчетов несущей способности выбираем меньший=336,7кН. (_k=1,4-коэффициент надежности, принимаемый в соответствии с п. 7.1.11 СП 50−102−2003)

3.3 Определение количества свай Сваи по несущей способности грунтов основания следует рассчитывать, исходя из условия:

где:

N — расчётная нагрузка, передаваемая на сваю (продольное усилие, возникающее в ней от расчётных нагрузок, действующих на фундамент при наиболее невыгодном их сочетании);

F_d — расчётная несущая способность грунта основания одиночной сваи;

г_k — коэффициент надёжности, принимаемый 1,4 (несущая способность сваи определена расчётом),

Найдём фактическую нагрузку на сваю:

Определим количество свай в ростверке по формуле:

где:

г_k — коэффициент надёжности, равный 1,4;

N_0I — расчётная нагрузка, передаваемая на фундамент:

N_0I = N_0II? 1,2 = 1260? 1,2 = 1512 кН;

d — глубина заложения подошвы ростверка: d = 3,5 м;

A¹ — площадь ростверка под 1 сваю, принимаемая равной 0,9 — 1,2 м²

г_ср— средний удельный вес ростверка и грунта на его уступах: г_ср = 20 кН/м³;

Принимаем количество свай в ростверке, равным5 шт.

3.4 Конструкция свайного ростверка Для центрально нагруженного фундамента сваи должны располагаться равномерно.

Минимальное расстояние между осями висячих свай должно быть a?3d, где

d — диаметр круглого или сторона квадратного сечения сваи.

а= 3•0,3= 0,9 м;

Максимальное расстояние а=6d=6•0,3=1,8 м Ориентировочно расстояние от края ростверка до внешней стороны вертикально нагруженной сваи при свободной заделке ее в ростверк принимается при двухи трехрядном размещении свай:

0,3d+5 см=0,3•30+5=14 см (принимаем 15 см) Принимаем ростверк размерами 2,1×2,1 м и толщиной 0,5 м.

3.5 Проверка свайного фундамента по фактической нагрузке Найдём вес ростверка:

Объём ростверка равен:

V_р = 0,5•2,1•2,1 + 3,0•1,0•1,0 = 5,205(м³);

G_р = V_р? г = 5,205? 25 = 130,13кН.

При наличии подвала весом грунта пренебрежем Рассчитаем фактическую нагрузку, приходящуюся на одну сваю:

N_ф = 328,43 кН

3.6 Расчет свайного фундамента и его основания по деформациям Расчет ведется для условного фундамента. Границы условного фундамента определяются следующим образом:

Сверху — плоскостью планировки грунта АВ;

Снизу — плоскостью, проходящей через нижний конец сваи;

С боков — вертикальными плоскостями, отстоящими от наружных граней крайних рядов свай на расстоянии a

где h-длина сваи h=6м Вычислим осреднённый угол внутреннего трения основания, прорезаемого сваей:

Найдём ширину условного фундамента:

b_у =1,8+0,564•2=2,928 м.

l_у=2,928 м.

Площадь подошвы условного фундамента:

А_у = b_у? l_у = 2,928² = 8,573 м²

Производим проверку по давлению Среднее давление Р по подошве условного фундамента от центральной нагрузки не должно превышать расчетное сопротивление R

Определим вес грунта в объёме ABCD (N_gII):

Среднее давление под подошвой условного фундамента:

Рассчитаем R.

Приведённая глубина заложения подошвы условного фундамента:

d₁ = ;

d₁ = 6,3+25•0,2/12,46 = 6,7 м .

d_в = 2 м; г_c1 = 1,2; г_c2 = 1,0;

Для ц_II = 18?:

M_г = 0,43; M_q = 2,73; M_с = 5,31; с_II = 20;

P = 276,91 кН/м²²

Условие выполнено.

3.7 Определение осадки свайного фундамента Осадка основания S с использованием расчётной схемы в виде линейно-деформируемого полупространства определяется методом послойного суммирования по формуле:

где в — безразмерный коэффициент, равный 0,8;

у_zpi — среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i-ом 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 E_i — соответственно толщина и модуль деформации i-того слоя грунта;

n — число слоёв, на которые разбита сжимаемая толща основания;

Разбиваем сжимаемую толщу основания на части по 0,4•b =0,4•2,928=1.2 м.

P — расчётное давление по подошве фундамента от нагрузок, учитываемых при расчёте по деформациям, P = 276,91 кПа;

у_zg0 — природное напряжение на уровне подошвы фундамента:

у_zg0 = г •d_n

где г — удельный вес грунта в пределах глубины заложения фундамента от природного рельефа (г = 12,46 кН/м³), d_n = глубина заложения фундамента от уровня планировки до поверхности природного рельефа (d_n = 9,5 м).

у_zg0 = 12,46 • 9,5 = 118,37 кН/м³

Затем определяем дополнительное вертикальное заложение от внешней нагрузки на уровне подошвы:

у_zp = б • P, где б — коэффициент, принимаемый по табл.5.6 СП 50−101−2004 в зависимости от формы подошвы фундамента, соотношения сторонз=l/b = 2,928/2,928=1,0и относительной глубины, равной: ж = 2z/b .

Нормы рекомендуют для обычных грунтов принимать сжимаемую толщину h_c до глубины, на которой напряжение у_zp не превышает 20% природного напряжения у_zp? 0,2 у_zg

Вертикальное напряжение от собственного веса грунта z от подошвы фундамента определяется по формуле 5.21 СП 50−101−2004 :

где г' - удельный вес грунта, расположенного выше подошвы фундамента;

h_i и г_i — толщина и удельный вес i-того слоя грунта.

Точка 0: z = 0

h = 0

з=1,0, ж = 2•0 / 2,928=0

б=1

у_zp = 1•276,91= 276,91кН/м³

у_zg = 12,46 • 9,5= 118,37 кН/м³

у_zг =118,37 • 1 = 118,37кН/м³

у_zp? 0,2 у_zg

276,91>23,67 — условие не выполнено.

Точка 1: z = 1,2

h = 1,2

з=1,0, ж = 2•1,2 / 2,928=0,82

б=0,790

у_zp = 0,79•276,91= 218,76кН/м³

у_zg = 118,37+1,2•8,7= 128,81 кН/м³

у_zг =118,37 • 0,79 = 93,51кН/м³

218,76>25,76 — условие не выполнено.

Точка 2: z = 2,4

h = 1,2

з=1,0, ж = 2•2,4 / 2,928=1,64

б=0,438

у_zp = 0,438•276,91= 121,29кН/м³

у_zg = 128,81+1,2•8,7= 139,25 кН/м³

у_zг =118,37 • 0,438 = 51,85кН/м³

121,29>27,85 — условие не выполнено.

Точка 3: z = 3,6

h = 1,2

з=1,0, ж = 2•3,6 / 2,928=2,46

б=0,249

у_zp = 0,249•276,91= 68,95кН/м³

у_zg = 139,25+1,2•8,7= 149,69 кН/м³

у_zг =118,37 • 0,249 = 29,47кН/м³

68,95>29,94 — условие не выполнено.

Точка 4: z = 4,8

h = 1,2

з=1,0, ж = 2•4,8 / 2,928=3,28

б=0,154

у_zp = 0,154•276,91= 42,64кН/м³

у_zg = 149,69+1,2•8,7= 160,13 кН/м³

у_zг =118,37 • 0,154 = 18,23кН/м³

42,64>32,03 — условие не выполнено.

Точка 5: z = 6,0

h = 1,2

з=1,0, ж = 2•6,0 / 2,928=4,1

б=0,104

у_zp = 0,104•276,91= 28,8кН/м³

у_zg = 160,13+1,2•8,7= 170,57 кН/м³

у_zг =118,37 • 0,104 = 12,31кН/м³

28,8?34,11- условие выполнено.

Осадка фундамента:

Согласно прил. Е СП 50−101−2004 максимальная осадка для данного типа зданий равна 10 см, 3,69 см <10 см, условие выполнено.

4. Расчёт свайного фундамента

4.1 Определение вида свай Назначаю сваи БНС (буронабивные) длиной 6 м, сечением 800? 800 мм, изготовленные из бетона и арматуры В15 6O18- АIII.

4.2 Определение несущей способности свай Несущую способность висячей набивной сваи определяем по формуле (7.8) СП 50−102−2003

где:

г_с — коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый равным 1;

R — расчётное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа;

А — площадь опирания на грунт сваи, м², принимаемая по площади поперечного сечения сваи брутто;А = 0,80? 0,80= 0,64 (м²).

u — наружный периметр поперечного сечения сваи, м;u = 4?0,8 = 3,2 м.

f_i — расчётное сопротивление i-того слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа;

h_i — толщина i-того слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, (толщину грунта, прорезаемую сваей, разбиваем на слои не более 2 м);

г_сR, г_сf — коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи на расчётные сопротивления грунта. Для буронабивных свай, устраиваемые при отсутствии воды в скважине с помощью вибросердечника в суглинках г_сf=0,8. г_сR=1

Глубина погружения: 3,5+6 = 9,5 м Принимаем расчётное сопротивление грунта под нижним концом сваи равным R = 796,667кПа (по табл. 7.2.7 СП 50−102−2003).

По таблице 7.2.7 определяем расчётное сопротивление боковой поверхности сваи f_i и среднюю глубину расположения слоя z_i:

кН Несущая способность по материалу

— коэффициент, учитывающий продольный изгиб сваи, равный 1,0(для свай до 8 м);

R_b — расчётное сопротивление бетона сжатию, R_b=8,6МПа;

А_b — площадь бетона А_b=АА_s= 0,64 — 0,153 = 0,638 м²;

R_sc — расчётное сопротивление арматуры сжатию, R_sc=225МПа;

А_s — площадь арматуры А_s=6•3,14/4•0,018² = 0,153 м²;

Из двух расчетов несущей способности выбираем меньший=727,71кН. (_k=1,4-коэффициент надежности, принимаемый в соответствии с п. 7.1.11 СП 50−102−2003)

4.3 Определение количества свай

где: N — расчётная нагрузка, передаваемая на сваю ;

Определим количество свай в ростверке по формуле:

где:

г_k — коэффициент надёжности, равный 1,4;

N_0I — расчётная нагрузка, передаваемая на фундамент:

N_0I = N_0II? 1,2 = 1260? 1,2 = 1512 кН;

d — глубина заложения подошвы ростверка: d = 3,5 м;

A¹ — площадь ростверка под 1 сваю, принимаемая равной 0,9 — 1,2 м²

г_ср— средний удельный вес ростверка и грунта на его уступах: г_ср = 20 кН/м³;

Принимаем количество свай в ростверке, равным 3 шт.

4.4 Конструкция свайного ростверка Минимальное расстояние между осями висячих свай: а= 3•0,8= 2,4 м;

Максимальное расстояние: а=6d=6•0,8=4,8 м Расстояние от края ростверка:0,3d+5 см=0,3•80+5=29 см (принимаем 30 см) Принимаем ростверк размерами 4,0×4,0 м и толщиной 0,5 м.

4.5 Проверка свайного фундамента по фактической нагрузке

V_р = 1,0•2,0•1,0+ 0,5•3,0•3,0+0,5•2,0•2,0+0,5•4,0•4,0 = 16,5 (м³);

G_р = V_р? г = 16,5? 25 = 412,5кН.

При наличии подвала весом грунта пренебрежем Фактическую нагрузка, приходящаяся на одну сваю:

N_ф = 641,5 кН

4.6 Расчет свайного фундамента и его основания по деформациям Расчет ведется для условного фундамента.

где h-длина сваи h=6м Осреднённый угол внутреннего трения основания, прорезаемого сваей:

Найдём ширину и длину условного фундамента:

b_у =3,4+0,564•2=4,528 м.

l_у=4,528 м.

Площадь подошвы условного фундамента:

А_у = b_у? l_у = 4,528² = 20,503 м²

Производим проверку по давлению Среднее давление Р по подошве условного фундамента от центральной нагрузки не должно превышать расчетное сопротивление R

Определим вес грунта в объёме ABCD (N_gII):

Среднее давление под подошвой условного фундамента:

Рассчитаем R.

Приведённая глубина заложения подошвы условного фундамента:

d₁ = ;

d₁ = 6,3+25•0,2/12,46 = 6,7 м .

d_в = 2 м; г_c1 = 1,2; г_c2 = 1,0;

Для ц_II = 18?:

M_г = 0,43; M_q = 2,73; M_с = 5,31; с_II = 20;

P = 196,96 кН/м²²

Условие выполнено.

4.7 Определение осадки свайного фундамента Осадка основания:

где в — безразмерный коэффициент, равный 0,8;

у_zpi — среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i-ом слое грунта;

h_i и E_i — соответственно толщина и модуль деформации i-того слоя грунта;

n — число слоёв, на которые разбита сжимаемая толща основания;

Части по 0,4•b =0,4•2,728=1,1 м.

P — расчётное давление по подошве фундамента от нагрузокP = 196,96 кПаб у_zg0 — природное напряжение на уровне подошвы фундамента:

строительный фундамент свайный ростверк у_zg0 = г •d_n

где г — удельный вес грунта в пределах глубины заложения фундамента от природного рельефа (г = 12,46 кН/м³), d_n = глубина заложения фундамента от уровня планировки до поверхности природного рельефа (d_n = 9,5 м).

у_zg0 = 12,46 • 9,5 = 118,37 кН/м³

у_zp = б • P, где б — коэффициент, принимаемый в зависимости от з=l/b = 4,528/4,528=1,0и относительной глубины, равной: ж = 2z/b .

Проверяем выполнение условия у_zp? 0,2 у_zg

где г' - удельный вес грунта, расположенного выше подошвы фундамента;

h_i и г_i — толщина и удельный вес i-того слоя грунта.

Точка 0: z = 0

h = 0

з=1,0, ж = 2•0 / 4,528=0

б=1

у_zp = 1•196,96= 196,96кН/м³

у_zg = 12,46 • 9,5= 118,37 кН/м³

у_zг =118,37 • 1 = 118,37кН/м³

у_zp? 0,2 у_zg

196,96>23,67 — условие не выполнено.

Точка 1: z = 1,1

h = 1,1

з=1,0, ж = 2•1,1 / 4,528=0,486

б=0,926

у_zp = 0,926•196,96= 182,38кН/м³

у_zg = 118,37+1,1•8,7= 127,94 кН/м³

у_zг =118,37 • 0,926 = 109,61кН/м³

182,38>25,59 — условие не выполнено.

Точка 2: z = 2,2

h = 1,1

з=1,0, ж = 2•2,2 / 4,528=0,972

б=0,717

у_zp = 0,717•196,96= 141,22кН/м³

у_zg = 127,94+1,1•8,7= 137,51 кН/м³

у_zг =118,37 • 0,717 = 84,87кН/м³

141,22>27,5 — условие не выполнено.

Точка 3: z = 3,3

h = 1,1

з=1,0, ж = 2•3,3 / 4,528=1,46

б=0,504

у_zp = 0,504•196,96= 99,27кН/м³

у_zg = 137,51+1,1•8,7= 147,08 кН/м³

у_zг =118,37 • 0,504 = 59,66кН/м³

99,27>29,42 — условие не выполнено.

Точка 4: z = 4,4

h = 1,1

з=1,0, ж = 2•4,4 / 4,528=1,94

б=0,353

у_zp = 0,353•196,96= 69,53кН/м³

у_zg = 147,08+1,1•8,7= 156,65 кН/м³

у_zг =118,37 • 0,353 = 41,78кН/м³

69,53>31,33 — условие не выполнено.

Точка 5: z = 5,5

h = 1,1

з=1,0, ж = 2•5,5 / 4,528=2,43

б=0,253

у_zp = 0,253•196,96= 49,83кН/м³

у_zg = 156,65+1,1•8,7= 166,22 кН/м³

у_zг =118,37 • 0,253 = 29,95кН/м³

49,83>33,24- условиене выполнено.

Точка 6: z = 6,6

h = 1,1

з=1,0, ж = 2•6,6 / 4,528=2,92

б=0,189

у_zp = 0,189•196,96= 37,23кН/м³

у_zg = 166,22+1,1•8,7= 175,79 кН/м³

у_zг =118,37 • 0,189 = 22,37кН/м³

37,23>35,16- условиене выполнено Точка 7: z = 7,7

h = 1,1

з=1,0, ж = 2•7,7 / 4,528=3,4

б=0,146

у_zp = 0,146•196,96= 28,76кН/м³

у_zg = 175,79+1,1•8,7= 185,36 кН/м³

у_zг =118,37 • 0,146 = 17,28кН/м³

28,76<37,07- условие выполнено Осадка фундамента:

Согласно приложениюЕ СП 50−101−2004 максимальная осадка для данного типа зданий равна 10 см, 2,7 см <10 см, условие выполнено.

5. Технико-экономическое сравнение Фундамент мелкого заложения:

1) Земляные работы Разработка грунта:

Котлован размером 3,0?3,0 глубиной 3,5 м. V=31,5 м³

Стоимость работ: при глубине более 2 м на каждые 0,5 м стоимость земляных работ повышается на 10%. 3,60+0,36+0,36+0,36=4,68 руб.

при ширине котлована более 1 м, 4,68+7% = 4,68+0,2772 =4,96 руб/м³

Итого: 31,5•4,96 = 156,24 руб.

2) Крепление котлована досками:

S=3•3,5•4= 42,0 м²

Стоимость работ: 0,98руб/м²

Итого: 42,0•0,98 = 41,16 руб.

3) Устройство монолитного фундамента: V=3,92 м³

Стоимость работ: 31,10 руб/м³

Итого: 3,92•31,10 = 121,91 руб.

4) Бетонный подстилающий слой:

V=2•2•0,1 = 0,4 м³

Стоимость работ: 34,73 руб/м³

Итого: 0,4•34,73 = 13,89 руб.

Свайный фундамент:

1) Земляные работы Разработка грунта:

Котлован 3,1?3,1 м глубиной 3,5 м. V=33,64 м³

Стоимость работ: 3,60+0,36+0,36+0,36=4,68 руб.

при ширине котлована более 1 м, 4,68+7% = 4,68+0,2772 =4,96 руб/м³

Итого: 33,64•4,96 = 166,85 руб.

2)Крепление котлована досками:

S=3,1•3,5•4 = 43,4 м²

Стоимость работ: 0,98 руб/м2

Итого: 43,4•0,98 = 42,53 руб.

3)Устройство свайного фундамента:

V_свай=5•0,3•0,3•6 = 2,7 м³

Стоимость работ: 88,4 руб/м³

2,7•88,4 = 238,68руб

V_{ростверка} =5,205 м³

Стоимость работ: 31,1 руб/м³

5,205•31,1 = 161,88руб Итого: 238,68 + 161,88 = 400,76 руб.

4) Бетонный подстилающий слой:

V=2,1•2,1•0,1 = 0,441 м³

Стоимость работ: 34,73 руб/м³

Итого: 0,441•34,73 = 15,32 руб.

Свайный фундамент буронабивной:

1) Земляные работы Разработка грунта:

Котлован 6,0?6,0 м глубиной 3,5 м. V=126,0 м³

Стоимость работ: 3,60+0,36+0,36+0,36=4,68 руб.

при ширине котлована более 1 м, 4,68+7% = 4,68+0,2772 =4,96 руб/м³

Итого: 126•4,96 = 624,96 руб.

2) Крепление котлована досками:

S=6•3,5•4 = 84 м²

Стоимость работ: 0,98 руб/м2

Итого: 84•0,98 = 82,32 руб.

3)Устройство свайного фундамента:

V_свай=3•0,8•0,8•6 =11,52 м³

Стоимость работ: 185,0руб/м³

11,52•185,0 = 2131,2руб

V_{ростверка} =16,5 м³

Стоимость работ: 31,1руб/м³

16,5•31,1 =513,15руб Итого: 2131,2 + 513,15 = 2644,35 руб.

4)Бетонный подстилающий слой:

V=4•4•0,1 = 1,6 м³

Стоимость работ: 34,73 руб/м³

Итого: 1,6•34,73 = 55,57 руб.

Учитывая приведенные расценки на устройство фундаментов, наиболее выгодным по экономическим соображениям является фундамент мелкого заложения.

6. Расчет заданных вариантов фундаментов

6.1 Первый вариант

N_0II = 270 кН, М_0II = 0 кН•м, F_0II = 0

l =1,0b = 2,2 м (ленточный фундамент)

где г_с1 и г_с2 — коэффициенты условий работы г_с1 = 1,0 и г_с2 = 1,0;

k — коэффициент, принимаемый равным 1;

М_г, М_q, М_с— коэффициенты, принимаемые по табл. 5.3 СП 50−101−2004:

М_г = 0,72, М_q = 3,87, М_с = 6,45;

k_z — коэффициент, принимаемый равным 1, так как ширина подошвы фундамента b = 2,2 м <10 м ;

b — ширина подошвы фундамента;

г_II — осреднённое расчётное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента: г_II= (19,2•0,5+9,82•0,6) / 1,1 = 14,08 кН/м³

г'_II — то же, залегающих выше подошвы: г'_II= 16,91 кН/м³

с_II — расчётное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента: с_II = 18 кПа;

d_b — глубина подвала: d_b = 2,0 м;

d₁ -глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала: d₁=0,6 м Принимаем размеры подошвы фундамента в соответствии с типовыми:

l?b = 1,0×1,6 м.

Тогда окончательно, Определяем давление на грунт:

G_ф= (V₁ + V₂) •г_б=

=(3,2•0,6•1+ 1,6•0,3•1) • 25 = 60кН

G_гр= (V-V_ф) • г_зас=

=(1,6•3,5•1−2,4)?2)•18= 28,8 кН

P

224,25 кПа <268,65 кПа (недогрузка15,8%)

Условие выполняется.

6.2 Второй вариант

N_0II = 200 кН, М_0II = 0 кН•м, F_0II = 0

l =1,0b = 1,65 м (ленточный фундамент)

где г_с1 и г_с2 — коэффициенты условий работы г_с1 = 1,0 и г_с2 = 1,0;

k — коэффициент, принимаемый равным 1;

М_г, М_q, М_с— коэффициенты, принимаемые по табл. 5.3 СП 50−101−2004:

М_г = 0,72, М_q = 3,87, М_с = 6,45;

k_z — коэффициент, принимаемый равным 1, так как ширина подошвы фундамента b = 1,65 м <10 м ;

b — ширина подошвы фундамента;

г_II — осреднённое расчётное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента: г_II= (19,2•0,5+9,82•0,33) / 0,83 = 15,47 кН/м³

г'_II — то же, залегающих выше подошвы: г'_II= 16,91 кН/м³

с_II — расчётное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента: с_II = 18 кПа;

d_b — глубина подвала: d_b = 2,0 м;

d₁ -глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала: d₁=0,6 м Принимаем размер подошвы фундамента: l? b = 1,0×1,0 м.

Тогда окончательно Определяем давление на грунт:

G_ф= (V₁ + V₂) •г_б=

=(3,2•0,5•1+ 1,0•0,3•1,0) • 25 = 47,5 кН

G_гр= (V-V_ф) • г_зас=

=(1•3,5•1−1,9)?2•18=14,4 кН

P

261,9 кПа <263,57 кПа (недогрузка 0,05%)

Условие выполняется.

6.3 Третий вариант

N_0II = 170 кН, М_0II = 0 кН•м, F_0II = 0

l =1,0b = 1,4 м (ленточный фундамент)

где г_с1 и г_с2 — коэффициенты условий работы г_с1 = 1,0 и г_с2 = 1,0;

k — коэффициент, принимаемый равным 1;

М_г, М_q, М_с— коэффициенты, принимаемые по табл. 5.3 СП 50−101−2004:

М_г = 0,72, М_q = 3,87, М_с = 6,45;

k_z — коэффициент, принимаемый равным 1, так как ширина подошвы фундамента b = 1,4 м <10 м ;

b — ширина подошвы фундамента;

г_II — осреднённое расчётное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента:

г_II= (19,2•0,5+9,82•0,2) / 0,7 = 16,52 кН/м³

г'_II — то же, залегающих выше подошвы: г'_II= 16,91 кН/м³

с_II — расчётное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента: с_II = 18 кПа;

d_b — глубина подвала: d_b = 2,0 м;

d₁ -глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала: d₁=0,6 м Принимаем размер подошвы фундамента в соответствии с типовыми:

l?b = 1,0×1,0 м.

Тогда окончательно Определяем давление на грунт:

G_ф= (V₁ + V₂) •г_б=

=(3,2•1•0,5+ 1,0•0,3•1) • 25 = 47,5 кН

G_гр= (V-V_ф) • г_зас=

=(1•3,5•1−1,9)?2•18=14,4 кН

P

231,9 кПа <264,32 кПа (недогрузка 11,7%)

Условие выполняется.

6.4 Четвертый вариант

N_0II = 950 кН, М_0II = 270 кН•м, F_0II = 22 кН, а =4,0 b = 2,0 м

где г_с1 и г_с2 — коэффициенты условий работы г_с1 = 1,0 и г_с2 = 1,0;

k — коэффициент, принимаемый равным 1;

М_г, М_q, М_с— коэффициенты, принимаемые по табл. 5.3 СП 50−101−2004:

М_г = 0,72, М_q = 3,87, М_с = 6,45;

k_z — коэффициент, принимаемый равным 1, так как ширина подошвы фундамента b = 2 м <10 м ;

b — ширина подошвы фундамента;

г_II — осреднённое расчётное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента:

г_II= (19,2•0,5+9,82•0,5) / 1 = 14,51 кН/м³

г'_II — то же, залегающих выше подошвы: г'_II= 16,91 кН/м³

с_II — расчётное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента: с_II = 18 кПа;

d_b — глубина подвала: d_b = 0 м;

d₁ -глубина заложения фундаментов: d₁=3,5 м Принимаем размер подошвы фундамента: а? b = 2,8×1,7 м.

Тогда окончательно Определяем давление на грунт:

G_ф= (V₁ + V₂) •г_б=(2,5•1•0,6+1,8•0,5•1,1+2,8•0,5•1,7) • 25 = 103,0 кН

G_гр= (V — V_ф)•г_зас.= (2,8•1,7•3,5−4,12)•18= 225,72 кН

P

268,64 кПа <362,91 кПа Расчет на внецентренное сжатие:

N_II=950+103+225,72=1278,72 кН

= 22•3,5=77 кН•м

M_II=270+77=347кН•м

P_min= 113,21 кН > 0; P_max=424,07кН

P_max< 1,2•R 424,07> 1,2•362,91 = 435,49 кН (2,62%, условие выполнено)

Данный фундамент удовлетворяет требованиям по давлению.

6.5 Пятый вариант

N_0II = 700 кН, М_0II = 260 кН•м, F_0II = 20 кН, а =3,0 b = 2,0 м

где г_с1 и г_с2 — коэффициенты условий работы г_с1 = 1,0 и г_с2 = 1,0;

k — коэффициент, принимаемый равным 1;

М_г, М_q, М_с— коэффициенты, принимаемые по табл. 5.3 СП 50−101−2004:

М_г = 0,72, М_q = 3,87, М_с = 6,45;

k_z — коэффициент, принимаемый равным 1, так как ширина подошвы фундамента b = 2 м <10 м ;

b — ширина подошвы фундамента;

г_II — осреднённое расчётное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента:

г_II= (19,2•0,5+9,82•0,5) / 1 = 14,51 кН/м³

г'_II — то же, залегающих выше подошвы: г'_II= 16,91 кН/м³

с_II — расчётное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента: с_II = 18 кПа;

d_b — глубина подвала: d_b = 0 м;

d₁ -глубина заложения фундаментов: d₁=3,5 м Принимаем размер подошвы фундамента: а? b = 2,6×1,6 м.

Тогда окончательно Определяем давление на грунт:

G_ф= (V₁ + V₂) •г_б

=(2,5•0,6•0,5+1,8•0,5•1,1+0,5•2,6•1,6) • 25 = 114,25кН

G_гр= (V — V_ф)•г_зас.=(3,5•1,6•2,6- 4,57)•18= 179,82 кН

P

238,96 кПа <361,86 кПа Условие выполняется.

Расчет на внецентренное сжатие:

N_II=700+114,25+179,82=994,07кН

= 20•3,5=70 кН•м

M_II=260+70=330кН•м

P_min= 56,98 кН > 0; P_max= 420,94 кН

P_max< 1,2•R 420,94 > 1,2•361,86 = 434,23 кН (3,06%, условие выполняется) Данный фундамент удовлетворяет условиям по давлению.

1. Пьянков С. А., Азизов З. К. Основания и фундаменты: учебное пособие.- Ульяновск: УлГТУ, 2008;

2. Сорочан Е. А., Трофименков Ю. Г. Основания, фундаменты и подземные сооружения. — М.: Стройиздат, 1985;

3. СНиП 2.02.01−83 Основания зданий и сооружений;

4. СНиП 2.02.03−85 Свайные фундаменты;

5. СП 50−102−2003 Проектирование и устройство свайных фундаментов;

6. СП 50−101−2004 Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений;