Проектирование фундаментов и расчет оснований

Федеральное агентство  по образованию РФ

Волжский институт строительства  и технологий

 

КАФЕДРА ГСХ

 

 

 

 

 

Курсовой проект

по дисциплине: «Механика грунтов, основания и фундаменты»

на тему: «Проектирование фундаментов и расчет оснований»

 

 

 

 

 

 

   Выполнил: студент гр. ГСХ-05

                                                                                                                 

                                                                                              Проверил: Ермаков

 

                                                                         

 

Волжский 2008

СОДЕРЖАНИЕ

1. Фундаменты мелкого заложения на естественном основании.
1. Анализ физико-механических свойств грунта пятна застройки.
2. Выбор глубины заложения подошвы фундамента.
3. Выбор типа фундамента и определение его размеров.
4. Вычисление вероятной осадки 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 основании.

1. . Анализ физико-механических 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

Физико-механические свойства грунтов

№ пласта	Мощность пласта по скважинам,      м			Плотность частиц грунта ρs ,т/м3	Плотность грунта, ρ , т/м3	Влажность W, %	Предел пластичности		Угол внутреннего       трения j˚	Удельное сцеп-ление С, кПа	Вид песчаного грунта	Горизонт подземных вод от поверхн-ти земли , м
	1	2	3				WL %	WP %
1	2	2	3	2.65	2.08	20	-	-	34	-	Ср.крупн.	1.5
2	6	5	4	2.63	2.16	15	23	15	26	3	-
3	10	9	8	2.67	2.11	8	-	-	42	-	Гравелистый

 

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. Песчаный грунт средней крупности

II. =23-15=8 % суглинок

III. Гравелистый песчаный грунт

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

• Плотность сухого грунта

         I.   =1,73 т/м³

        II.  =1,88 т/м³

       III. =1.95 т/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

Наименование песков по плотности в зависимости от коэффициента пористости

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	2.65	2.63	2.67
Плотность грунта ρ , т/м	2,08	2.16	2.11
Природная весовая влажность W грунта, %	20	15	8
Степень влажности Sr	1,0	0,986	0.577
Число пластичности JP	--	8	--
Показатель текучести JL	--	0	--
Коэффициент пористости е	0.53	0.40	0.37
Угол внутреннего трения j°	34	26	42
Удельное сцепление c, кПа	--	3	--
Наименование грунта и его физическое состояние	Песок средней крупности, насыщенный водой, плотный.	Суглинок твёрдый.	Песок гравелистый, маловлажный, плотный.

 

Определив вид грунта и, зная толщину слоя, строим геолого-литологический разрез строительной площадки.

 

 

 

 

 

 

2. . Выбор глубины заложения фундамента.

Минимальную глубину заложения  подошвы фундамента предварительно назначают по конструктивным соображениям.

Если возможно пучение грунтов  основания, то глубина заложения фундаментов для наружных стен, отапливаемых сооружение принимается не менее расчетной глубины промерзания d_f, определяемой по формуле:

d_f=k_hd_fn

где d_fn — нормативная глубина промерзания, устанавливаемая по схематической карте, равная 1.4 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•1.4=0.84 м.

По конструктивным соображениям d_к=1.5 м.

Подошва фундаментов заглубляется ниже пола подвала не менее чем  на 0.4 м. При этом верх подушки фундамента располагается ниже чистого пола подвала.

По конструктивным соображениям d_к=3.5 м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. . Выбор типа фундамента и определение его размеров.

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:

Определим ширину фундамента мелкого заложения сечения 2-2.

γ_c1, γ_c2 — коэффициенты условий работы, принимаемые по табл. В.1 СНБ 5.01.01-99 равные соответственно 1.4 и 1.2

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 1,55;  7,22;  9,22

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

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

g’₁₁= g= =26 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=3;                 

d₁ — глубина заложения фундамента бесподвальных сооружений или приведенная глубина заложения наружных или внутренних фундаментов от пола подвала, равная d₁=1,5м:

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 =1180 кН — расчетная нагрузка на уровне обреза фундамента ;

М_0,11 =180 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) и R=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.  

,           l= 1,2b

Решив систему уравнений, определяем, что ширина фундамента равна b ≈ 1,515 м

Исходя из конструктивного решения  здания (колонна 600х400), размер подошвы b=       900+300+300=1500мм и l=1100+300+300=1700мм. Делаем  проверку  по  следующим условиям:  вычислим Р, R при b=1,8 м, l=2,1 м

     

Определим ширину фундамента мелкого заложения сечения 6-6.

Определим сначала М_0,11 и Т_0,11 от действия активного давления грунта и нагрузки от перекрытия над подвалом.

Равнодействующая от активного давления грунта, приложенная на высоте H/3 = 1.17 м, равна: 

               Т_0,11 = Е_а = g₁₁ * H²/2 * l_а,   где

l_а – коэффициент активного давления

                        l_а = tg² (45 - j/2) ,

j = (j₁ * h₁ + j₂ * h₂) / (h₁ + h₂) = (34*2+26*2)/(2+6) = 28

                     l_а = tg² (45 - 28/2) = 0,36

Т_0,11 = Е_а = 11,46 * 3,5²/2 * 0,36 = 25.27 кН

                   Т_0,11 = 25,27 * 1,15 = 29,06 кН

По условию N_0,11 = 240 кН.

Нагрузка на 1 м.п. от перекрытия     N = 25 * 1 * 0,22 * 6/2 = 16,5 кН

N_0,11 = 240 + 16,5 = 256,5 кН – нагрузка на 1 м.п. на уровне обреза фундамента.

С учетом коэффициента перегрузки   N_0,11 = 256,5 * 1,15 = 294,98 кН

М_0,11 = 29.06 * 3,5/3 = 33,9 кН*м — расчетный изгибающий момент;

d₁ – приведенная глубина заложения наружных или внутренних фундаментов от пола подвала: d₁=0,62 м.

g’₁₁=0.9 = 0.9 =9,48кН/м3 — осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента (с учетом фактического уплотнения обратной засыпки);