Проектирование фундаментов и расчет оснований

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

БЕЛОРУССКИЙ  НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра: «Геотехника и экология в строительстве»

 

 

 

Курсовой проект

по дисциплине: «Механика грунтов, оснований и фундаментов»

на тему: «Проектирование фундаментов и расчет оснований»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                              

 

 

                                                      

 

 

 

 

 

 

Минск 2008

СОДЕРЖАНИЕ

1. Фундаменты мелкого заложения на естественном основании.
1. Анализ физико-механических свойств грунта пятна застройки.
2. Выбор глубины заложения подошвы фундаментов.
3. Определение размеров ленточного фундамента.
4. Вычисление вероятной осадки ленточного фундамента.
5. Определение размеров столбчатого фундамента.
6. Вычисление вероятной осадки столбчатого фундамента
2. Свайные фундаменты.
1. Расчет и конструирование свайных фундаментов.
2. Определение отказа свай.
3. Расчет свайного фундамента по деформациям.
3. Реконструкция фундаментов

 Литература

 

 

1. Фундаменты мелкого заложения на естественном сновании

1. Анализ физико-механические свойств грунтов пятна застройки

Прочное, устойчивое и экономичное  основание можно выбрать на основе изучения инженерно-геологических и гидрогеологических условий строительной площадки. В связи с этим в табл. 1 грунтовые условия из трех пластов представлены для данной строительной площадки.

Таблица 1

№ пласта	Мощность пласта по скважинам, м			Плотность частиц грунта ρs ,т/м	Плотность грунта, ρ , т/м	Влажность W, %	Пределы пластичности		Угол внутреннего трения α˚	Удельное сцеп-ление С ,кПа	Вид песчаного грунта	Горизонт подземных вод от поверхности земли , м
	1	2	3				WL %	Wp %
1	4	3	3	2,67	2,13	16	-	-	31	-	Мелкий	1.9
2	3	4	5	2,63	2,15	15	23	16	26	13	-
3	10	12	10	2,65	2,09	19	-	-	29	-	Пылеватый

 

 

Для каждого из пластов, которые  были вскрыты тремя скважинами, должны быть определены их расчетные характеристики. В соответствии с ГОСТ 25100–82 определяется по числу пластичности вид глинистого грунта (табл. 2)

, 

 Таблица 2 Наименование грунтов по содержанию глинистых частиц и по числу пластичности

Наименование грунта	Содержание глинистых частиц (диаметром меньше 0.005 мм) % по весу	Число пластичности JP
Глина	Больше 30	Более 17
Суглинок	30 – 10	17 – 7
Супесь	10 – 3	7 – 1
Песок	Меньше 3	Меньше 1

 

I. Мелкий песчаный грунт

II. =23-16=7 % супесь

III. Пылеватый песчаный грунт

Затем по данным лабораторных испытаний  грунтов необходимо подсчитать следующие  грунтовые характеристики, необходимые для расчета оснований:

• Плотность сухого грунта

         I. =1,84 т/м³

        II. =1,87 т/м³

       III. =1.76т/м³

 

• Пористость и коэффициент пористости грунта

I.

II.

III.

• Степень влажности

I.

II.

III.

 

• Показатель текучести для глинистых грунтов

II.

где r – плотность грунта, т/м³;

r_S – плотность частиц грунта, т/м³;

r_w – плотность воды, принимаемая равной 1,0 т/м³;

W – природная весовая влажность грунта, %;

W_L – влажность грунта на границе текучести, %;

W_P – влажность грунта на границе пластичности (раскатывания), %;

Песчаные грунты подразделяются по степени влажности S_r на:

• маловлажные, если степень влажности S_r £ 0.5;
• маловлажные, если 0.5<S_r£0.8;
• насыщенные водой, если S_r>0.8

По плотности сложения песчаные грунты разделяются на плотные, средней  плотности и рыхлые, в зависимости от величины коэффициента пористости е (табл. 3)

 

 

 

Таблица 3

Виды песков	Плотность сложения песков
	плотные	средней плотности	рыхлые
Пески гравелистые, крупные и средней крупности	e<0.55	0.55 £ e £ 0.70	e > 0.70
Пески мелкие	e<0.60	0.60 £ e £ 0.75	e > 0.75
Пески пылеватые	e<0.60	0.60 £ e £ 0.80	e > 0.80

 

 

 

 

 

                                       Данные о свойствах грунтов представим в таблице

                   Таблица 4                   Данные свойств грунтов

Показатели	Значения показателей для слоев
Плотность частиц грунта ρs , т/м	2.67	2.63	2.65
Плотность грунта ρ , т/м	2,13	2.15	2.09
Природная весовая влажность W грунта, %	16	15	19
Степень влажности Sr	0. 95	0,99	1,48
Число пластичности JP	--	7	--
Показатель текучести JL	--	0	--
Коэффициент пористости е	0.45	0.4	0.51
Угол внутреннего трения j°	31	26	29
Удельное сцепление c, кПа	--	13	--
Наименование грунта и его физическое состояние	Мелкий песок, насыщенный водой, плотный	Супесь твёрдая насыщенная водой	Пылеватый песок, насыщенный водой, плотный

 

Определив вид грунта и зная толщину слоя, строим инженерно- геологический разрез строительной площадки.

 

 

 

 

2. Выбор глубины заложения фундаментов

Минимальную глубину  заложения подошвы фундамента предварительно назначают по конструктивным соображениям.

По заданию (сечение 4-4) ленточный фундамент проектируется под наружную стену подвала. Подошва фундаментов заглубляется ниже пола подвала не менее чем на 0.4 м. При этом верх подушки фундамента должен быть расположен ниже уровня чистого пола подвала. Поэтому, исходя из приведённых выше требований, и предполагая:

- что отметка уровня планировки совпадает с отметкой чистого пола первого этажа

- что высоты фундаментной  подушки 450 мм будет достаточно для обеспечения её прочности на продавливание и изгибающий момент (50 мм от верха подушки до уровня чистого пола подвала)

то минимальная глубина заложения подошвы фундамента от поверхности планировки должна составлять 3.5 метра. (высота подвала 3м).

Для столбчатого фундамента в сечении    (2-2) глубина заложения фундаментов для наружных стен отапливаемых сооружений принимается не менее расчетной глубины промерзания df, определяемой по формуле:

d_f=k_hd_fn

где d_fn — нормативная глубина промерзания, устанавливаемая по схематической карте, равная 0.9 метра

k_h — коэффициент влияния теплового режима здания на промерзание грунта у наружных стен, который равен 0.6

Минимальная глубина  заложения фундаментов принимается  не менее 0.5 м от поверхности планировки.

Тогда d_f=0.6•0.9=0,54 м.

По конструктивным соображениям для монолитного фундамента под сборную колонну отметка низа столбчатого фундамента равна -1,500.

 

 

 

 

3. Определение размеров ленточного фундамента

Под монолитную стену  в уровне подвала проектируем  ленточный фундамент.

При расчете оснований  по деформациям необходимо, чтобы  среднее давление Р под подошвой центрально нагруженного фундамента не превышало расчетного сопротивления грунта R: Р £ R . Для внецентренно нагруженного фундамента предварительно проверяются три условия:

Р_max £ 1.2R

P £ R

P_min > 0

Расчетное сопротивление грунта основания R в кПа определяется по формуле:

γ_c1, γ_c2 — коэффициенты условий работы, принимаемые по табл. В.1 СНБ 5.01.01-99 равные соответственно 1.3 и 1

k — коэффициент надежности, принимаемый равным 1, если прочностные характеристики грунта j и с определены непосредственными испытаниями (для нашего случая).

М_g, М_q, М_с — коэффициенты, зависящие от расчетного угла внутреннего трения несущего слоя грунта, равные соответственно 1,24;  5,95;  8,24

b — ширина подошвы фундамента (для прямоугольной подошвы фундамента — ее меньшая сторона), предварительно 0,6 м;

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

g’₁₁= g= =20.89 кН/м³ — осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента;

₁₁ — то же для грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента(с учетом взвешивающего действия воды), кН/м³

 кН/м³

= -удельный вес грунта во взвешенном состоянии;

e - коэффициент пористости грунта;

      -  удельный вес воды;

;          ;           

 

                                   

= кН/м3;     

= кН/м3;     

= кН/м3;

 

 с₁₁ — расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа, равное с₁₁=13;                  

d₁ — глубина заложения фундамента бесподвальных сооружений или приведенная глубина заложения наружных или внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле:

=0,4+0.1 ;

h_s  =0,4 - толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м,

h_cf  = 0.1 - толщина конструкции пола подвала, м,

=22  — расчетное значение удельного веса конструкции пола,

d_b= 3 м    — глубина подвала;

Определим момент, действующий на уровне обреза фундамента:

 

Давление под подошвой фундамента определяется из следующих зависимостей:

для центрально нагруженного фундамента:

для внецентренно нагруженного фундамента:

Здесь Р, Р_max, Р_min — соответственно среднее, максимальное и минимальное давление на грунт под подошвой фундамента, кПа;

N_0,11 =270 кН — расчетная нагрузка на уровне обреза фундамента ;

М_0,11 =79.2 кН*м — расчетный изгибающий момент;

g_m — осредненный удельный вес материала фундамента и грунта над его уступами, принимаемый равным 20...22 кН/м3;

d — глубина заложения фундамента (для подвальных помещений — глубина заложения от пола подвала), м;

А — площадь подошвы фундамента, м;

W — момент сопротивления площади подошвы фундамента в направлении действия момента, м3.

Выполнения условий P£R и P_mах £1.2R можно достигнуть путем нескольких попыток : назначая соотношение сторон подошвы фундамента или решая систему уравнений относительно величины b . Более удобным является определение размеров подошвы фундамента графическим способом.

В случае внецентренно нагруженного фундамента строятся графики зависимостей Р_mах=f(b) иR=f(m). Полученные значения ширины фундамента b будут удовлетворять условию Р_mах =1,2R . Кроме того, для внецентренно нагруженного фундамента необходима проверка следующих условий: Р£R и P_min >0. Определим ширину фундамента b.  

Вычислим Р, R при b=1.2  м

4. Вычисление вероятной осадки ленточного фундамента

Расчет осадки фундамента производится по формуле:

S £ S_u,

где S — конечная осадка отдельного фундамента, определяемая расчетом;

S_u — предельная величина деформации основания фундамента зданий и сооружений, принимаемая по СНБ 5.01.01-99.

Основным методом определения  полной (конечной) осадки фундаментов  является метод послойного суммирования. Расчет начинается с построения эпюр природного (бытового) и дополнительного давлений. На геологический разрез наносятся контуры сечения фундамента, затем от оси фундамента влево откладываются ординаты эпюр :