Расчёт и проектирование фундаментов различного заложения
В процессе производства буровых работ подземные воды вскрыты скважинами на глубине 4,10 м от поверхности земли на абсолютной отметке 126,52 м. Максимально высокое положение уровня воды следует ожидать в весеннее время. Подземные воды являются слабоагрессивными. В климатическом отношении площадка относится ко II климатическому району. Средняя t0 января — 14,90 С, средняя t0 июля +18,80 С, средняя… Читать ещё >
Расчёт и проектирование фундаментов различного заложения (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Министерство образования Российской Федерации МОСКОВСИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОТКРЫТЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Рязанский институт (филиал) Кафедра ПГС Курсовая работа по дисциплине
" Основания и фундаменты"
На тему:
" Расчёт и проектирование фундаментов различного заложения"
Выполнил: Волченков Д.М.
Курс 4 строительного факультета Проверил: Шешенев Н.В.
Рязань 2013
- Введение
- 1. Анализ инженерно-геологических данных. Определение значения условного расчётного сопротивления грунта R0
- 2. Расчёт фундамента мелкого заложения
- 2.1 Определение глубины заложения фундамента
- 2.2 Определение размеров подошвы фундамента в плане
- 2.3 Расчет осадки фундамента методом послойного суммирования
- 3. Расчет свайного фундамента
- 3.1 Выбор глубины заложения ростверка, несущего слоя грунта и конструкции сваи
- 3.2 Определяем несущую способность и силы расчётного сопротивления сваи по материалу и грунту
- 3.3 Определение приближённого веса ростверка и числа свай
- 3.4 Конструирование ростверка
- 3.5 Расчет осадки свайного фундамента
- Список литературы
1. Местоположение площадки
Изучаемая площадка расположена на пересечении ул. Пушкина и ул. Никитина в г. Брянске.
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 130,74).
4. Геологическое строение
В геологическом строении площадки до изучаемой глубины 15−20 м
принимают участие покровные и мореные отложения четвертичной системы. Представленные грунты: супесь пластичная, песок мелкий, песок средней крупности, суглинки тугопластичные.
5. Гидрогеологические условия
В процессе производства буровых работ подземные воды вскрыты скважинами на глубине 4,10 м от поверхности земли на абсолютной отметке 126,52 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 130,32 м, мощностью 2,8 м.
3. Инженерно-геологических элемент 3:
Пески желтовато-бурого цвета. Залегают на глубине 127,52 м, мощностью 1 м.
4. Инженерно-геологических элемент 4:
Пески желтоватые. Залегают на глубине 126,20 м, мощностью 1,2 м.
5. Инженерно-геологических элемент 5:
Глины темно-бурого цвета. Залегают на глубине 125,50 м, мощностью 4,70 м.
фундамент свайный ростверк заложение Рисунок 1. Геологический разрез.
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:
7;
=0, 191−0,147=0,044
Так как число пластичности Ip находится в интервале 0,01 < Ip ?0,07, то делаем вывод, что 1 слой — супесь.
2. Показатель текучести:
; ==0,57
Так как показатель текучести IL находится в интервале 0L<1, то делаем вывод, что 1 слой — супесь пластичная.
3. Коэффициент пористости:
е= (1+W) — 1; е=
4. Расчетное сопротивление:
Таблица 1
e | R0 | |||
IL=0 | IL=0,57 | IL=1 | ||
0,5 | ||||
0,63 | 267,5 | 248,48 | ||
0,7 | ||||
Вывод: 1 слой — супесь пластичная с расчетным сопротивлением R0=248,48кПа.
2 слой:
1. Тип песчаных грунтов:
Частиц крупнее: 0,5 мм — 9,7% по весу
0,25 мм — 45,6% по весу
0,10 мм — 92,68% по весу
0,05 мм — 97,28% по весу
0,01 мм — 98,96% по весу
0,005 мм — 99,84% по весу Менее 0,005 мм — 100% по весу Делаем вывод, что 2 слой — песок мелкий.
2. Коэффициент пористости:
е=• (1+W) — 1;
е=
Так как коэффициент пористости е находится в интервале е < 0,60, то делаем вывод, что песок плотный.
3. Степень влажности:
Sr=
Sr=
Так как степень влажности Sr находится в интервале 0,5< Sr <0,8, то делаем вывод, что песок маловлажный.
Вывод: 2 слой — песок мелкий, плотный с расчётным сопротивлением R0=400 кПа.
3 слой:
1. Тип песчаных грунтов:
Частиц крупнее: 0,5 мм — 24,5% по весу
0,25 мм — 55,9% по весу
0,10 мм — 95,88% по весу
0,05 мм — 99,7% по весу
0,01 мм — 99,94% по весу
0,005 мм — 100% по весу Делаем вывод, что 3 слой — песок средней крупности.
2. Коэффициент пористости:
е=• (1+W) — 1;
е=
Так как коэффициент пористости е находится в интервале0,55 < е < 0,7, 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 средней крупности, средней плотности с расчётным сопротивлением R0=400 кПа.
4 слой:
1. Число пластичности:
=0,389−0,229=0,16
Так как число пластичности находится в интервале 0,07 < <0,17, то делаем вывод, что 4 слой — суглинок.
2. Показатель текучести:
Так как показатель текучести находится в интервале 0,25< IL<0,5, то делаем вывод, что 4 слой — суглинок тугопластичный.
3. Коэффициент пористости:
е=• (1+W) — 1;
е=
4. Расчетное сопротивление:
Таблица 2.
e | R0 | |||
IL=0 | IL=0,375 | IL=1 | ||
0,7 | ||||
0,84 | 226,7 | 195,2 | 142,7 | |
0,1 | ||||
Вывод: 4 слой — суглинок тугопластичный с расчетным сопротивлением R0=195,2 кПа.
2. Расчёт фундамента мелкого заложения
2.1 Определение глубины заложения фундамента
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 =9,1+8,4+3,2+0,4+5,2=26,3
Определяем расчетную глубину промерзания по формуле:
.
Глубина промерзания для зданий без подвала при (2+df) >dw и 4,1> (1,58+2) для супесей c показателем текучести IL?0, то глубина заложения подошвы фундамента не менее df.
Принимаем d не менее df.
Глубина заложения фундамента d=1,6 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?=300кН.
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=248,48 кПа
гm?=20 кН/м3 — для зданий без подвала
d=1,6 м
1,38 м2
2. Ширина подошвы. м
3. Найдем расчетное сопротивление грунтов основания:
гc1, гc2 — коэффициенты условия работы, гc1=1,1 — 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 =0,61, Мq =3,44, Мс =6,04.
кz - коэффициент, принимаемый равным 1, т.к. < 10 м.
г — осредненное значение удельного веса грунтов залегающих ниже подошвы фундамента.
г' — тоже, но выше подошвы фундамента
г =
гsb= кН/м3
г=1,96*10=19,6 кН/м3
г=1,89*10=18,9 кН/м3
г=2,04*10=20,4 кН/м3
г=1,913*10=19,13 кН/м3
г = 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 =1200 мм, l=1180 мм, Vf=0,347 м3, h=300 мм, ФЛ 12−12−2. 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 =0,2822•25=7,055 кН
NsII — вес грунта над уступами фундамента
NsII =1,2•1,6−0,2822+0,84=0,7988 кН
N=300+7,055+1,6378=328,8528 кН
pII = кПа
274,044 кПа < 284,809 кПа
Разница составляет 3,8%, следовательно размеры фундамента подобраны верно. Окончательно принимаем фундамент ФЛ 12−12−2
2.3 Расчет осадки фундамента методом послойного суммирования
1. Определяем природное и вспомогательное напряжение от собственного веса грунта.
— природное
— вспомогательное
Определяем удельный вес грунтов:
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 подошвы 2-го слоя:
= кПа, кПа
5) Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне грунтовых вод:
= 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 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
<0,4
0,24<0,4 1,2=0,48
4. Определяем напряжение на каждом элементарном слое.
Для этого составляем таблицу.
Таблица 3.
№ | z, м | кПа | Наименование | E | |||
242,684 | Супесь пластичная IL=0,57 е=0,63 | ||||||
0,24 | 0,4 | 0,96 | 232,98 | ||||
0,48 | 0,8 | 0,8 | 194,147 | ||||
0,72 | 1,2 | 0,606 | 147,067 | ||||
0,96 | 1,6 | 0,449 | 108,965 | ||||
1,2 | 2,0 | 0,336 | 81,542 | ||||
1,44 | 2,4 | 0,257 | 62,37 | Песок мелкий плотный маловлажный е=0,53 | |||
1,68 | 2,8 | 0, 201 | 48,78 | ||||
1,92 | 3,2 | 0,160 | 38,82 | ||||
2,16 | 3,6 | 0,131 | 31,79 | ||||
2,4 | 0,108 | 26,21 | Песок средней крупности средней плотности насыщенный водой, е=0,97 | ||||
2,64 | 4,4 | 0,091 | 22,08 | ||||
2,88 | 4,8 | 0,077 | 16,68 | ||||
3,12 | 5,2 | 0,067 | 16,26 | ||||
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.
3. Расчет свайного фундамента
3.1 Выбор глубины заложения ростверка, несущего слоя грунта и конструкции сваи
Глубину заложения ростверка принимаем конструктивно d=1,6 м.
Высота ростверка принимаем 0,6 м
Принимаем глубину заделки сваи в ростверк? Z=0,1 м
Рисунок 4.
Принимаем сечение сваи:
30 см 30 см, т. е. 0,3 м 0,3 м
длину сваи принимаем 5 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;
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 5.
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 юез подвала — 20 кН/м3
dg — глубина заложения ростверка
гf=1,1
гm=20 кН/м3
dg=1,6 м
Определение количества свай:
зm - коэффициент, учитывающий действие момента, для центрально нагруженных фундаментов равен 1;
Ng — вес ростверка и грунта на уступах
Ng=1,1•3,56•20•1,6=125,312 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 < 301,3035кН
Где N — нагрузка
n — количество свай
Определяем перегруз:
% - недогруз
Рисунок 6.
3.5 Расчет осадки свайного фундамента
Определяем средневзвешенное значение угла внутреннего трения
Определяем размеры подошвы условного фундамента
Рисунок 7. Рисунок 8.
Определяем вес условного фундамента:
2,65*2,65*
(2,8*16,6+1*18,9+1,2*20,4+1,6*19,13) =904,98кН
Давление на грунт от условного фундамента:
= (1000+904,98) /10,8=271,27 кПа
Определяем расчетное сопротивление грунта R, расположенного ниже условного фундамента
dc — глубина заложения условного фундамента;
г11=19,13кН/м3 — осредненное значение удельного веса грунтов под подошвой фундамента
г111 =128,868/6,5=19,82 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 =170 С. Мг =0,39, Мq =2,57, Мс =5,15.
кz - коэффициент, принимаемый равным 1, т.к. < 10 м.
cII — расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента.
271,27 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
кПа
3) Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы 2-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 3-го слоя:
= кПа
кПа
6) Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на основании сваи:
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 4.
№ | Z, м | Наименование | E | ||||
142,402 | Суглинки тугопластичные e=0,84 | ||||||
0,53 | 0,4 | 0,96 | 136,706 | ||||
1,06 | 0,8 | 0,8 | 113,92 | ||||
1,59 | 1,2 | 0,606 | 86,29 | ||||
2,12 | 1,6 | 0,449 | 63,94 | ||||
2,65 | 2,0 | 0,336 | 47,85 | ||||
3,18 | 2,4 | 0,257 | 36,59 | ||||
6. Определяем осадку фундамента.
где — корректирующий коэффициент,
— модуль деформации,
— среднее напряжение в i-ом слое.
Вывод: осадка удовлетворяет условию, следовательно допустима.
Рисунок 9.
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.