Механика грунтов, основания и фундаменты
Осадку фундамента будем определять методом послойного суммирования. Ширина подошвы b = 1,8 м; глубина заложения d = 4,5 м; среднее давление под подошвой фундамента p = 292,04 кПа; напряжение от собственного веса грунта в уровне подошвы фундамента zg, о = d + whw = =164,5 + 100,8 = 80 кПа, дополнительное давление pо = =292,04 — 80 = =212,04 кПа. На площадке по исходным данным имеются глинистые… Читать ещё >
Механика грунтов, основания и фундаменты (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
- Оглавление
1. Исходные данные для проектирования
1.1 Исходные данные
1.2 Характеристика площадки. Инженерно — геологические и гидрогеологические условия
1.3 Строительная классификация грунтов площадки
2. Расчет фундаментов на естественном основании
2.1 Выбор типа и конструкции фундаментов. Назначение глубины заложения фундамента
2.2 Определение размеров подошвы фундамента
2.3 Проверка напряжений в основании фундамента
2.4 Расчет осадки фундаментов
2.5 Расчет осадки во времени
3. Вариант свайных фундаментов
3.1 Выбор типа и конструкции свай и свайного фундамента Назначение глубины заложения ростверка
3.2 Определение несущей способности сваи и расчётной нагрузки, допускаемой на сваю
3.3 Определение количества свай в фундаменте и фактической нагрузки на сваю
4. Экономическое сравнение вариантов
4.1 Подсчет объемов работ и расчет стоимости устройства одного фундамента по первому и второму вариантам
4.2 Технико-экономическое сравнение вариантов и выбор основного Литература
1. Исходные данные и оценка инженерно-геологических условий площадки строительства
1.1 Исходные данные
Таблица 1
Номер слоя | Мощность слоя, м | Глубина подошвы слоя, м | Отметка подошвы слоя, м | Отметка Уровня подземных вод, м | Наименование грунта по типу | Плот-ность, г/см3 | Плотность частиц S, г/см3 | Влаж-ность w | Предел теку-чести wl, % | Предел плас-тичности wP, % | Коэффициент фильтрации kf, см/с | |
0,2 | 0,2 | 144,8 | 142,0 | Растительный слой | 1,50 | ; | ; | ; | ; | ; | ||
4,0 | 4,2 | 140,8 | Песок пылеватый | 2,00 | 2,66 | 0,25 | 810-4 | |||||
3,0 | 7,2 | 137,8 | Супесь | 2,08 | 2,67 | 0,19 | 610-5 | |||||
5,5 | 12,7 | 132,3 | Глина | 2,01 | 2,74 | 0,27 | 210-8 | |||||
6,0 | 18,7 | 126,3 | Песок средней крупности | 1,99 | 2,64 | 0,20 | 410-2 | |||||
Отметка поверхности природного рельефа NL = 145,0 м; нормативная глубина промерзания грунта dfn = 2,2 м.
Типы грунтов по заданному геологическому разрезу (вариант № 24) с нормативными значениями характеристик физических свойств грунтов сведены в таблицу 1.
Конструктивная схема здания представлены на рис. 1, там же приведены усилия по обрезу фундамента.
1.2 Характеристика площадки. Инженерно — геологические и гидрогеологические условия
Оценка инженерно-геологичеких условий площадки начинаем с изучения напластования грунтов. Для этого по исходным данным (табл. 1) строим геологический разрез, а также в колонке скважины показываем уровень воды, зафиксировав его отметку.
рис. 2 План-контур строительной площадки
Для количественной оценки прочностных и деформационных свойств грунтов площадки строительства вычисляются производные характеристики их физических свойств, к которым относятся:
а) для песчаных грунтов — коэффициент пористости и степень влажности;
б) для пылевато-глинистых грунтов — число пластичности, показатель текучести, коэффициент пористости и степень влажности.
Коэффициент пористости определяется по формуле:
.
Для наших грунтов получаем:
; ;
; .
Степень влажности грунта определяется по формуле:
.
Получаем:
; ;
;
Тип пылевато-глинистых грунтов устанавливается по числу пластичности, определяемому по формуле :
.
Для слоёв № 2, 3, 4, 5 получаем:
; %; %.
Показатель текучести пылевато-глинистых грунтов определяем по формуле Для слоёв № 3, 4 получаем:
; .
Таким образом, исходя из полученных результатов, грунт слоя № 2 является песок пылеватый, средней плотности; слоя № 3 — супесь; слоя № 4 — глина; слой № 5 является песком средней крупности, средней плотности насыщенный водой.
В целях наглядного представления строительных свойств грунтов площадки строительства их классификационные показатели сводим в табл.2:
1.3 Строительная классификация грунтов площадки
В механике грунтов выделяют два существенно различающихся по своим механическим свойствам основных класса грунтов: скальные и нескальные.
Скальными называют твердые горные породы, которые в невыветрелом состоянии и при отсутствии тектонической раздробленности и трещиноватости отличаются очень малой сжимаемостью и значительной прочностью.
Нескальными — грунты, состоящие из легко разделяющихся в воде несцементированных или слабо сцементированных обломков горных пород и минеральных частиц различной крупности. Они образуют пористые толщи, часто достигающие значительной мощности.
На площадке по исходным данным имеются глинистые грунты, а именно супесь, суглинок и глина. Мощность почвенного слоя составляет 0,3 м. Отметка уровня подземных вод равна 152,0 м, и по данным геологического разреза грунтовые воды находятся в слое суглинка, под которым находится слой глины — водоупора.
2. Расчет фундаментов на естественном основании
2.1 Выбор типа и конструкции фундамента. Назначение глубины заложения фундамента.
Для заданного производственного корпуса устраиваем отдельный фундамент стаканного типа из сборных элементов, глубина заложения которого зависит от:
— инженерно-геологических и гидрогеологических условий площадки;
— глубины промерзания грунта;
— конструктивных особенностей подземной части здания.
Рассмотрим влияние каждого из этих факторов по отдельности.
Анализируя физико-механические свойства грунтов площадки строительства (табл. 2) видим, что 1-й слой грунта не может быть использован в качестве основания фундамента. Исходя из этого, глубина заложения фундамента должна отвечать условию
d 0,2 м.
Расчётная глубина сезонного промерзания грунта df у фундамента определяется по формуле
.
Принимаем kh = 0,7 (табл. 1 СНиП [1]). Получаем:
м.
Таким образом, принимаем d = 3,9 м.
2.2 Определение размеров подошвы фундаментов
Ширину подошв фундаментов под наружную и внутреннею стены определим графическим способом, предложенным Н. В. Лалетиным :
— для фундамента под наружную стену с усилием в плоскости обреза N0II = =1150 кН ширина подошвы фундамента составит приблизительно 1,8 м (из дальнейших расчетов);
— для фундамента под внутреннею стену с усилием в плоскости обреза N0II = =1350 кН ширина подошвы фундамента составит приблизительно 2,1 м (из дальнейших расчетов). Увеличиваем глубину заложения до 4,5
В порядке приближения площадь подошвы фундамента определяется по формуле:
.
Для фундамента Ф1.
м2,
грунт фундамент свая строительный тогда ширина подошвы фундамента
м.
Для фундамента Ф2.
м2,
тогда ширина подошвы фундамента
м.
В соответствии с ГОСТ 13 579–78 и ГОСТ 13 580–78 выбираем:
для наружной стены здания ФА 43−46 3000×1800, А1=7,2 м2,
для внутренней стены здания ФА 49−52 3000×2100, А1=7,92 м2.
1) а=3000, а1=2100, b=1800, b1=1800.
2) а=3000, а1=2100, b=2100, b1=1500.
Схематический чертеж фундамента стаканного типа
Подсчитаем нагрузки и воздействия, передающиеся на основание.
hпр = q/II =10/16=0,6 м.
При этом боковое давление грунта на отметке планировки:
б1 = б2 = IIhпрtg2(45 — /2) = 160,6tg2(45 — 24/2) = 4,05 кПа.
Определение усилия от собственного веса фундамента и веса грунта на его уступах:
Ф1
кН,
кН,
Нормальная вертикальная нагрузка:
NII = N0II + GфII + GгрII = 1150 + 110,95 + 316,34= 1577 кН;
Ф2
кН,
кН, Нормальная вертикальная нагрузка:
NII = N0II + GфII + GгрII = 1350 + 112,93 + 379,85= 1843 кН.
2.3 Проверка напряжений в основании фундамента
Для фундамента под наружную стену здания должны выполняться условия
p R;
pmax 1,2 R;
pmin > 0.
Определим расчётное сопротивление грунта основания
;
где:
(табл. 3 СНиП [1]);
k = 1,1;
(табл. 4 СНиП [1]);
kz = 1;
b = 1,8 м;
II = кН/м3;
II = кН/м3;
сII = 15,88 кПа;
Получаем:
кПа.
Среднее давление под подошвой фундамента
p = NII/A = 1577/(31,8) = 292,04 кПа.
Определяем максимальное и минимальное краевое давление по подошве внецентренно нагруженного фундамента
pmax = NII/A + MII/W = 1577 + 406/(321,8) = 306,91кПа;
pmin = NII/A — MII/W = 1577 — 406/(321,8) = 277,28 кПа.
Итак, получаем:
292,04 < 457,6;
306,91 < 549,2;
277,28 > 0.
Расхождение между p и R составляет 36%.
Для фундамента под внутреннею стену здания должно выполняться условие p R. Среднее давление под подошвой фундамента
p = NII/A = 1843/(32,1) = 292,51 кПа.
Расчётное сопротивление грунта основания кПа.
292,51 < 461,84.
Расхождение между p и R составляет 36,7%.
2.4 Расчёт осадки фундамента
Осадку фундамента будем определять методом послойного суммирования. Ширина подошвы b = 1,8 м; глубина заложения d = 4,5 м; среднее давление под подошвой фундамента p = 292,04 кПа; напряжение от собственного веса грунта в уровне подошвы фундамента zg, о = d + whw = =164,5 + 100,8 = 80 кПа, дополнительное давление pо = =292,04 — 80 = =212,04 кПа.
Расчёт осадки фундамента крайнего ряда
№ | z, м | 2z / b | zg, кПа | zp, кПа | zp, i, кПа | Ei, МПа | si, мм | ||
212,04 | |||||||||
0,72 | 0,8 | 94,67 648 | 0,86 | 182,3544 | 197,1972 | 25,76 | 4,4 093 784 | ||
1,44 | 1,6 | 109,35 296 | 0,563 | 119,37 852 | 150,86 646 | 25,76 | 3,3 734 115 | ||
2,16 | 2,4 | 124,2 944 | 0,358 | 75,91 032 | 97,64 442 | 25,76 | 2,1 833 535 | ||
2,88 | 3,2 | 138,58 244 | 0,237 | 50,25 348 | 63,0819 | 25,76 | 1,410 527 | ||
3,6 | 150,9128 | 0,166 | 35,19 864 | 42,72 606 | 21,57 | 1,1 409 462 | |||
4,32 | 4,8 | 165,9 536 | 0,122 | 25,86 888 | 30,53 376 | 21,57 | 0,8 153 661 | ||
13,332 983 | |||||||||
Эпюры напряжений в основании фундамента под наружный фундамент Теперь определим значение конечной осадки отдельно стоящего фундамента внутри здания по методу послойного суммирования. Ширина подошвы b = 2,1 м; глубина заложения d = 4,5 м; среднее давление под подошвой фундамента p = 292,51кПа; напряжение от собственного веса грунта в уровне подошвы фундамента zg, о = d + whw = 164,5 + 100,8 = 80 кПа, дополнительное давление pо = 292,51 — 80 = 212,51 кПа.
Расчёт осадки внутреннего фундамента
№ | z, м | 2z / b | zg, кПа | a | zp, кПа | zp, i, кПа | Ei, МПа | si, мм | |
212,51 | |||||||||
0,84 | 0,8 | 97,12 256 | 0,849 | 180,42 099 | 196,4655 | 25,76 | 5,1 251 868 | ||
1,68 | 1,6 | 114,24 512 | 0,535 | 113,69 285 | 147,5 692 | 25,76 | 3,8 362 675 | ||
2,52 | 2,4 | 131,36 768 | 0,329 | 69,91 579 | 91,80 432 | 25,76 | 2,3 948 953 | ||
3,36 | 3,2 | 148,3 748 | 0,213 | 45,26 463 | 57,59 021 | 21,57 | 1,7 941 873 | ||
4,2 | 162,7316 | 0,147 | 31,23 897 | 38,2518 | 21,57 | 1,1 917 112 | |||
14,342 248 | |||||||||
Эпюры напряжений в основании фундамента под внутренний фундамент
2.5 Расчет осадки фундамента во времени
Выполним расчёт консолидации основания ленточного фундамента с шириной подошвы b = 1,8 м, глубиной заложения d = 4,5 м. Под подошвой фундамента залегает пласт супеси мощностью h = 2,7 м. Конечная осадка фундамента s = 1,333 см. Коэффициент фильтрации kf = 610-5 см/с = =1893,4см/год =18,934 м/год.
Коэффициент относительной сжимаемости:
Па-1
Вычисляем значение коэффициента консолидации:
м2/год.
Время осадки:
График осадки фундамента во времени
3. Проект свайного фундамента
3.1 Выбор типа и конструкции свай и свайного фундамента. Назначение глубины заложения ростверка
Для нашего здания принимаем отдельно стоящие свайные фундаменты, состоящие из свай и балочного ростверка. Глубину заложения ростверка принимаем из условия промерзания и принимаем глубину заложения подошвы ростверка dр = 1,5 м.
Для выбора марки сваи необходимо определить её длину:
l = lз + lн + h = 0,5 + 0,8 + 5,7= 7 м.
По каталогу принимаем сваю марки С7−30 с характеристиками:
— бетон М200;
— расход арматуры на сваю 42,08 кг;
— расход бетона на сваю 0,73 м3;
— масса сваи 1,6 т.
3.2 Определение несущей способности сваи и расчётной нагрузки, допускаемой на сваю
Несущая способность сваи-стойки определяется по формуле
;
где:
с = 1 (СНиП [3]);
R = 20 000 кПа;
А = 0,09 м2;
Получаем:
кН.
Расчёт свайных фундаментов и свай по несущей способности грунтов производится исходя из условия
N Fd / k = P; P = 1800/1,4 = 1286 кН;
а по несущей способности сваи
N c(RbA + RscAs) = P1; P1 = 145 000,09 + 2 250 000,000452 = 1406 кН.
В дальнейших расчётах будем использовать меньшее значение, т. е. расчётная нагрузка, передаваемая на сваю N 1285,7 кН.
3.3 Определение количества свай в фундаменте и фактической нагрузки на сваю
Среднее давление под ростверком рр = Р / (3d)2 = 1285,7 / (30,3)2 = 1587,3 кПа.
Расчет для Ф2
Определяем площадь подошвы ростверка:
.
Определяем вес ростверка с грунтом на уступах:
кН.
Для наружной и внутренней стен здания соответственно получаем
n = (11 501,2 + 29,24)/1285,7 = 1,09; n = (13 501,2 + 29,24)/1285,7 = 1,28
принимаем по 3 сваи.
Сваи располагаем в рядовом порядке с расстоянием между осями равным 3d, т. е. равным 0,9 м.
Схема расположения свай в ростверке
Х
У Размеры плиты ростверка в направлении оси Х: 0,2 + 0,3 / 2 + 0,9sin60о + +0,3 / 2 + 0,2 = 1,48 м, размеры плиты ростверка в направлении оси У: 0,2 + +0,3 / 2 + 0,9 + 0,3 / 2 + 0,2 =1,6 м. Принимаем размеры подошвы ростверка с учетом модуля 1,51,8 м. При этом вес ростверка и расположенного на его ступенях грунта GР, ГР1 = 1,11,51,8201,5 = 89,1 кН Определим фактическую нагрузку на сваю для наружной стены МOI = 1,2(40 + 81,5) = 62,4 кНм,
Рmax = (1380 + 89,1)/3 62,40,45(0,452 + 0,452) = 489,7 11,372
N (N0I + Gф)/n = (11 501,2 + 95)/3= 492 кН;
для внутренней стены
N (N0I + Gф)/n = (13 501,2 + 95)/3= 572 кН.
Рmax = 501 < 1543 кН Рmin = 489,5 кН > 0
Рср = 491,7 < 1285,7 кН Перенапряжение более 5% допускаем, т.к. конструктивно принимали большее количество свай, чем требовалось по расчету.
Основания фундаментов из свай-стоек по деформациям не рассчитываются.
4. Сравнение вариантов фундаментов и выбор основного
4.1 Подсчет объемов работ и расчет стоимости устройства одного фундамента по первому и второму вариантам
Расчёт стоимости устройства свайного ленточного фундамента
Наименование работ и конструктивных элементов | Количество | Стоимость (руб) | ||
единицы | общая | |||
Разработка грунта под фундаменты жилых и гражданских зданий | 145,5 м3 | 3,3 | ||
Фундаменты железобетонные, отдельные (под колонны) | 69,4 м3 | 21,1 | ||
Устройство песчаной подготовки | 2,44 м3 | 4,5 | ||
Итого | ||||
Подсчитываем объем работ на устройство фундамента мелкого заложения, результаты сводим в таблицу.
Расчёт стоимости устройства свайного ленточного фундамента
Наименование работ и конструктивных элементов | Количество | Стоимость (руб) | ||
единицы | общая | |||
Разработка грунта под фундаменты жилых и гражданских зданий | м3 | 3,3 | ||
Забивка свай | 67,9 м3 | 63,0 | ||
Устройство песчаной подготовки | 2,44 м3 | 4,5 | ||
Итого | ||||
4.2 Технико-экономическое сравнение вариантов и выбор основного
По вышеприведенным расчетам видно, что более экономично выгодный вариант — фундамент мелкого заложения. С точки зрения простоты устройства фундамента — фундамент мелкого заложения менее трудоемкий. Поэтому принимаем за основной вариант фундамент мелкого заложения.
Вотяков И.Ф. «Механика грунтов, основания и фундаменты»: Задание на курсовой проект и методические указания по его выполнению для студентов специальности «Промышленное и гражданское строительство». — Гомель: БелГУТ, 1996
Б.И. Далматов, Н. Н. Морарескул, В. Г. Науменко «Проектирование фундаментов зданий и промышленных сооружений»: Учебное пособие для студентов вузов по специальности «Промышленное и гражданское строительство»: 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Высшая школа, 1986
М.Н. Гольдштейн, А. А. Царьков, И. И. Черкасов «Механика грунтов, основания и фундаменты»: Учебник для вузов ж.-д. трансп. — М.: Транспорт, 1981
СНиП 2.02.03−85 «Свайные фундаменты» — М.: Гос. комитет СССР по делам стр-ва, 1986
СНБ 5.01.01−99 «Основания и фундаменты зданий и сооружений» — Минск, 1999 г.
СНиП III-4−80* «Строительные нормы и правила», ч.3 «Правила приемки и производства работ», глава 4 «Техника безопасности в строительстве» — М., 1989