Расчёт и проектирование фундаментов мелкого заложения

метки: Фундамент, Заложение, Мелкий, Сооружение, Грунт, Подошва, Глубина, Основание

1. Исходные данные , Данные об инженерно-геологических условиях площадки.

Табл. 1

Наименование грунта,УГВ.	Мощностьслоя, м	Удельный вес грунта, г, кН/м 3	Удельный вес частиц грунта, г s, кН/м3	Влажность, %	Прочностные характеристики	Коэффициент Пуассона м	Данные испытания грунта штампом = 5000 см 2
				Природная, W	Пред. текуч., W L	Пред. Раскат., W P
							Угол внут. трения, ц	Уд. сцепл. C, кПа		Р, кПа	S, см
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Чернозем	0,7 — 0,8	16,5	—	14	—	—	—	—	—	—	—
Суглинок	6,2 — 7,8	16,5	27	16	30	15	18	6	0,38	100 200 300 400	0,64 1,28 1,92 2,80
Песок мелкозернистый	6,2 — 5,8	19,2	26,5	15	—	—	—	—	0,28	—	—
Глина третичная	14,5-15,2	19,8	27,4	24	45	21	—	—	0,42	—	—
УГВ — 9,0 м

Конструктивные данные здания или сооружения:

Табл. 2

1. Длина здания, м	60
2. Ширина здания, м	30
3. Количество пролетов, шт.	3
4. Ширина пролетов, м , АБ , БВ ВГ	12 6 12
5. Количество этажей.	5
6. Высота этажа, м	3,6
7. Шаг колонн по рядам, м , А , Б , В Г	6 6 12 12
8. Вид колонн (материал).	ЖБК
9. Сечение колонн (база), м.	0,6Ч1,0
10. Нагрузка на фундаменты ряда, кН/м 2 .	9,0
11. Ряд А, N, кН. , в плоскости М х из плоскости М у	1836 210 120
12. Ряд Б, N, кН. , в плоскости М х из плоскости М у	5510 480 100
13. РядВ,N, кН. , в плоскости М х из плоскости М у	5508 480 100
14. Ряд Г, N, кН. , в плоскости М х из плоскости М у	3672 420 140
15. Планировочная отметка, м	— 0,3
16. Отметка пола подвала, м	—
17.Район строительства.	Днепропетровск
18.Класс бетона по прочности на сжатие, материала фундамента.	В — 25

2. Расчёт и проектирование фундаментов мелкого заложения на естественном основании

2.1 Анализ инженерно-геологических условий площадки строительства

По основным физическим характеристикам и классификационным показателям грунтов площадки, определяются физико-механические характеристики грунтов площадки, обеспечивающие возможность определения расчётного сопротивления и деформации оснований, а именно:

• Для глинистых грунтов определяются:

1. Суглинок.

а) Коэффициент пористости грунта:

б) Число пластичности грунта по значениям влажностей на пределе текучести и раскатывания:

в) Показатель текучести грунта:

Рис.1. График зависимости осадок от давления

Штамповые испытания:

• где:коэф. Пуассона;
• Р — удельное давление на штамп;

А — площадь штампа (А = 5000см ² );

• S — осадка штампа от действия нагрузки Р;
• d — диаметр круглого штампа.

Вывод: по числу пластичности (0,07??0,17) грунт — суглинок, по показателю текучести — полутвердый.

2. Глина третичная.

а) Коэффициент пористости грунта:

б) Число пластичности грунта:

в) Показатель текучести грунта:

Вывод: по числу пластичности грунт — глина, по показателю текучести — полутвердая глина.

• Для песчаных грунтов определяются:

3. Песок мелкозернистый

а) Коэффициент пористости:

б) Степень влажности грунта:

Вывод: песок мелкозернистый, плотный, влажный.

Физико-механические характеристики грунтов площадки.

Табл. 3

№	Наименова- ние грунтов	г, кН/м 3	г s , кН/м3	W	W L	W P	м	e	S r	I P	I L	C, кПа	ц	Е, МПа
1	Чернозем	16,5	—	0,14	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—
2	Суглинок полутвердый	16,5	27	0,16	0,3	0,15	0,38	0,9	—	0,15	0,07	20,5	21	12,5
3	Песок мелкозернис-тый, плотный, влажный	19,2	26,5	0,15	—	—	0,28	0,59	0,67	—	—	3,2	34,4	34
4	Глина третичная, полутвердая	19,8	27,4	0,24	0,45	0,21	0,42	0,72	—	0,24	0,12	58,2	19,3	21,9

2.2 Определение глубины заложения фундамента

Согласно п. 2.23 СНиП 2.02.01-83 расчет производится по ряду с наибольшим значением нагрузки на фундамент (ряд Б) с целью определения наибольшей требуемой глубины заложения фундамента и унификации общей глубины котлована.

Глубина заложения фундамента зависит от:

• Инженерно-геологических условий строительной площадки, фундамент должен быть заглубленным в несущий слой грунта не менее чем на 0.5 м.

d ₁ =h₁ +0,5= 0,75 + 0,5=1,25 м.

• Района строительства (от глубины промерзания грунта):
• тут — расчетная и нормативная глубины промерзания грунта соответственно;
• коэффициент теплового режима сооружения, 0,5;
• величина промерзания грунтов разного типа, 0,23 м — для суглинка;
• коэффициент, численно равный сумме среднемесячных отрицательных температур за сезон: декабрь — 5,4 ^о С, январь — 4,8^о С, февраль — 3,1^о С:

M _t = 5,4+4,8+3,1=13,3.

d ₂ =+0,5= 0,42+0,5=0,92 м

• С учетом технологических особенностей проектируемого здания глубина заложения фундамента должна назначаться на 0,75-0,9м ниже отметки технологических подвалов:

d ₃ =d_в +(0,75-0,9)=0+0,9=0,9м.

где: d _в — отметка пола подвала.

• В зависимости от действующих на фундамент нагрузок. Т.к. расчет производится по ряду Б, то действующая на фундамент нагрузка составляет 5510 кН. Глубину заложения принимаем не менее 3м.
• Гидрогеологические условия строительной площадки: глубина заложения зависит от уровня грунтовых вод.

Фундамент по возможности должен находится выше У.Г.В.

Вывод: согласно всему вышеуказанному, принимаем глубину заложения фундамента равной 3 м.

Нагрузки действующие на фундамент:

N= 5510 кН.

М _х = 480 кН;

М _у = 100 кН.

Характеристики слоя грунта, на котором расположен фундамент.

Табл. 3

Характеристики грунта	г g	Характеристики грунта за 1-м состоянием	Характеристики грунта за 2-м состоянием
С=20,5 кПа	1,5	С І =13,67 кПа	С=20,5 кПа
ц=21 о	1,15	ц І =18,26о	ц=21 о
г=16,5 кН/м 3	1	г І =16,5 кН/м3	г=16,5 кН/м 3
Е=12,5 МПа	1	Е І =12,5 МПа	Е=12,5 МПа

Коэффициенты. M _g , M_q , M_c .

Табл. 4

Угол внутреннего трения, ц, град.	Коэффициенты
	M g	M q	M c
ц І =18о	0,43	2,73	5,31
ц ІІ =21о	0,56	3,24	5,84

2.3 Расчет площади подошвы фундамента

В качестве несущего слоя принимаем грунт суглинок со следующими характеристиками:

		W			µ					С		Е
16,5	27	16	30	15	0,38	0,9	—	0,15	0,07	20,5	21	12,5

Предварительно размеры фундамента в плане определяются по краевому расчётному сопротивлению R.

• Расчетное краевое сопротивление в первом приближении:
• где: коэффициент условий работы оснований (=1,25) и сооружений (=1,04) принимаются по табл.3 СНиП 2.02.01-83;

• к — коэффициент, принимаемый равным 1,1, т. к. прочностные характеристики грунта () приняты по табл.1-3 прил. 1 СНиП 2.02.01-83 «Основания зданий и сооружений»;
• коэффициенты, принимаемые по табл.4 СНиП 2.02.01-83;
• коэф. влияния площади фундамента;
• ширина фундамента;
• расчётное значене удельного веса грунтов ниже подошвы фундамента;
• расчётное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента.

=

удельные веса грунтов напластований, залегающих выше подошвы фундамента;

• расчётное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента;
• d — глубина заложения фундаментов безподвальных помещений зданий от уровня планировки или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала.
• Площадь подошвы фундамента в первом приближении:

м ² .

• Ширина подошвы фундамента:
• Длина фундамента:
• Расчетное краевое сопротивление во втором приближении:
• Площадь фундамента во втором приближении:

м ² .

• Ширина подошвы фундамента:
• Длина фундамента:
• Проверяем сходимость:

Условие выполняется.

Окончательные размеры фундамента принимаем: b=3,27 м; l=5,46 м

Проверка контактных напряжений по подошве фундамента.

где: N, M _x , M_y — усилия, переданные на фундамент от сооружения;

• , — моменты сопротивления подошвы фундамента.

Условие выполняется.

2.4 Расчёт осадки фундаментов

Согласно ДБН В.2.1-10-2009 «Основания и фундаменты сооружений», расчётная схема основания, используемая для определения совместимой деформации основания и сооружения, применяется в виде линейно — деформируемого полупространства с условным ограничением глубины сжимаемой толщи.

Последовательность расчёта осадки фундамента:

1. Вычисляется среднее давление под подошвой фундамента

2. Определяется природное давление грунта на уровне подошвы фундамента.

3. Вычисляется дополнительное вертикальное давление под подошвой фундамента.

4. Толщина грунта ниже подошвы фундамента разделяется на элементарные слои толщиной

5. Построение эпюры напряжения от собственного веса грунта :

6. Построение эпюры :

где: — относительная глубина точки, в которой определяется напряжение.

где:

z — толщина элементарного слоя.

Коэффициент определяем по табл. Д1, ДБН В.2.1-10-2009.

7. Определение нижней границы сжимаемой толщи.

Определяется из условия:

8. Среднее значение находим как сумму верхних и нижних значений:

9. Определяем осадку i-го слоя:

где:

• безрозмерный коэф. равный 0,8;
• среднее значение вертикального нормального напряжения в i-м слое грунта на вертикале проходящей через центр подошвы фундамента;
• толщина i-го слоя грунта;
• среднее значение вертикального напряжения от собственного веса в i-м слое грунта по вертикале проходящей через центр подошвы фундамента;
• модуль деформации i-го слоя грунта.

10. Общую осадку определяем как сумму осадок всех слоев:

11. Полученное значение осадки не должно превышать нормативные значения (10см).

Расчет осадок сводим в таблицу:

Табл. 5

У

Условие выполняется.

2.5 Конструирование фундамента

Тип фундамента назначается из условия жесткости. Проверяем жесткость фундамента по условию:

0,6+3*2=6,6?3,3

1+3*2=7?5,5

При заданной глубине конструкция фундамента жесткая, принимается с повышенной частью.

Размеры подколонника в плане назначаются конструктивно:

При конструировании колон необходимо учитывать, что ее высота должна быть кратна 100 мм (для монолитных фундаментов), 300 мм для сборных фундаментов.

Зазоры между стенкой и колонной по низу — не меньше 50 мм, по верху — не меньше 75 мм. Высота подколонника назначается конструктивно, от верха подколонника колона заглубляется на глубину 1-1,4- а _к увеличенная на 50 мм (пространство для раствора и рихтовки).

Толщина дна стакана — не меньше 200 мм.

Допускается конструктивно определить вылет плит из условия 1,8-3 высоты плиты Н.

3. Расчёт и проектирование фундаментов мелкого заложения на искусственном основании

Согласно ДБН В.2.1-10-2009 «Основания и фундаменты сооружений» расчет производится по ряду Б.

3 .1 Выбор материала подушки

Под подошвой фундамента находится суглинок полутвердый. Его и будем использовать как материал для сооружения грунтовой подушки. Суглинок полутвердый имеет такие характеристики:

• Оптимальная влажность:
• Коэффициент пористости грунта под подошвой фундамента:

(=с _d Ч9,82=1,7Ч9,82=16,69).

• Число пластичности:

I _p =W_L -W_p =0,3-0,15=0,15

• Показатель текучести:
• Удельный вес грунта:

Где:

• удельный вес сухого грунта;

Полученные результаты сведены в таблице 6.

Табл. 6.

№	Наименование грунтов	?, кН/м 3	? s , кН/м3	W	W L	W P	м	e	S r	I P	I L	C, МПа	?	Е, МПа
1	Чернозем	16,5	—	0,14	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—
2	Суглинок полутвердый	16,5	27	0,16	0,3	0,15	0,38	0,9	—	0,15	0,07	20,5	21	12,5
3	Глинистая подушка	19,4	27	0,16	0,3	0,15	0,38	0,62	—	0,15	0,07	32,8	24,3	20,8
4	Песок мелкозернистый, плотный, влажный	19,2	26,5	0,15	—	—	0,28	0,59	0,67	—	—	3,2	34,4	34
5	Глина третичная, твердая	19,8	27,4	0,24	0,45	0,21	0,42	0,72	—	0,24	0,12	58,2	19,3	21,9

Глубина заложения фундамента на искусственном основании

• В зависимости от глубины промерзания грунта:
• тут — расчетная и нормативная глубины промерзания грунта соответственно;
• коэффициент теплового режима сооружения, 0,5;
• величина промерзания грунтов разного типа, 0,23 м — для суглинка;
• коэффициент, численно равный сумме среднемесячных отрицательных температур за сезон: декабрь — 5,4 ^о С, январь — 4,8^о С, февраль — 3,1^о С:

M _t = 5,4+4,8+3,1=13,3.

d ₁ =+0,5= 0,42+0,5=0,92 м

• С учетом технологических особенностей проектируемого здания глубина заложения фундамента должна назначаться на 0,75-0,9м ниже отметки технологических подвалов:

d ₂ =d_в +(0,75-0,9)=0+0,9=0,9м.

где: d _в — отметка пола подвала.

• В зависимости от действующих на фундамент нагрузок. Т.к. расчет производится по ряду Б, то действующая на фундамент нагрузка составляет 5510 кН. Глубину заложения принимаем не менее 3м.

Вывод: глубина заложения фундамента равна 3 м.

Характеристики грунтовой подушки.

Табл. 7.

Характеристики грунта	? g	Характеристики грунта за 1-м состоянием	Характеристики грунта за 2-м состоянием
С=32,8 кПа	1,5	С І =21,9 кПа	С ІІ =32,8 кПа
ц=24,3 о	1,15	ц І =21,1о	ц ІІ =24,3о
г=19,4кН/м 3	1	г І = 19,4 кН/м3	г ІІ =19,4 кН/м3
Е=20,8 МПа	1	Е І =20,8 Мпа	Е ІІ =20,8 Мпа

Коэффициенты M _g , M_q , M_c .

Табл. 8.

Угол внутреннего трения, ?, град.	Коэффициенты
	M g	M q	M c
ц I= 21 о	0,56	3,24	5,84
ц ІІ =24о	0,72	3,87	6,45

Вывод: несущий слой — подушка глинистая.

3.2 Определение размеров подошвы фундамента

Расчетное сопротивление грунта определяем по формуле (задаемся b ^/ = 1 м):

Где: — коэффициенты условий работы.

• коэффициент достоверности определения характеристик грунта. — коэффициенты, зависящие от угла внутреннего трения ц, для грунта который окружает подушку.
• коэффициент, учитывающий особенности совместной работы широкого фундамента с основанием.

b? — ширина фундамента.

• удельный вес грунта под подошвой фундамента.
• глубина заложения фундамента.
• удельный вес грунта выше подошвы фундамента.
• глубина подвала.
• удельное сцепление грунта.
• Площадь подошвы фундамента в первом приближении:
• Ширина фундамента:
• Длина фундамента:

Расчетное сопротивление во втором приближении:

• Вычисляем площадь подошвы фундамента во втором приближении:

м ² .

• Ширина подошвы фундамента:
• Длина фундамента:

Проверяем сходимость:

Условие выполняется.

Окончательные размеры фундамента принимаем: b=2,7м; l=4,5м;

Проверка контактных напряжений по подошве фундамента.

где: N, M _x , M_y — усилия, переданные на фундамент оn сооружения;

• , — моменты сопротивления подошвы фундамента.

Условие выполняется.

3.3 Расчёт осадки фундаментов

Согласно ДБН В.2.1-10-2009 «Основания и фундаменты сооружений» расчётная схема оcнования, используемая для определения совместимой деформации основания и сооружения, применяется в виде линейно — деформируемого полупространства с условным ограничением глубины сжимаемой толщи.

Выполним расчет прочности подстилающего слоя.

1. Вычисляется среднее давление под подошвой фундамента:

2. Определяется природное давление грунта на уровне подошвы подушки.

3. Вычисляется дополнительное вертикальное давление под подошвой фундамента.

4. Толщина грунта ниже подошвы фундамента разделяется на элементарные слои толщиной

5. Построение эпюры :

6. Построение эпюры :

Где — относительная глубина точки, в которой определяются напряжения.

где: z — толщина элементарного слоя.

Коэффициент определяем по табл. Д1, ДБН В.2.1-10-2009.

7. Определение нижней границы сжимаемой толщи. Определяется из условия:

8. Среднее значение находим как сумму верхних и нижних значений:

9. Определяем осадку i-го слоя:

где:

• безрозмерный коэф. равный 0,8;
• среднее значение вертикального нормального напряжения в i-м слое грунта на вертикале проходящей через центр подошвы фундамента;
• толщина i-го слоя грунта;
• среднее значение вертикального напряжения от собственного веса в i-м слое грунта по вертикале проходящей через центр подошвы фундамента;
• модуль деформации i-го слоя грунта.

10. Общую осадку определяем как сумму осадок всех слоев:

11. Полученное значение осадки не должно превышать нормативные значения (10 см).

Расчет осадок сводим в табл. 9.

Табл. 9.

У

Условие выполняется.

3.4 Конструирование грунтовой подушки и фундамента

• Размеры грунтовой подушки:
• > б=39,35?

Ширина подушки:

м

Длина подушки:

м

• Тип фундамента назначается из условия жесткости. Проверяем жесткость фундамента по условию:

2,7?0,6+2Ч3 2,7?6,6

4,5?1+2Ч3 4,5?7

При заданной глубине конструкция фундамента жесткая, принимается с повышенной частью.

Размеры подколонника в плане назначаются конструктивно:

b _nk =0,6+0,6=1,2; б_nk =1+0,6=1,6

При конструировании колон необходимо учитывать, что ее высота должна быть кратна 100 мм (для монолитных фундаментов), 300 мм для сборных фундаментов.

Зазоры между стенкой и колонной по низу — не меньше 50 мм, по верху — не меньше 75 мм. Высота подколонника назначается конструктивно, от верха подколонника колона заглубляется на глубину 1-1,4 — а _к увеличенная на 50 мм (пространство для раствора и рихтовки).

Толщина дна стакана — не меньше 200 мм.

Допускается конструктивно определить вылет плит из условия 1,8-3 высоты плиты Н.

4. Вариантное проектирование

4. 1 Определение наиболее рационального типа фундамента

Наиболее рациональную конструкцию фундамента определяем исходя из сравнения вариантов. Сравнение выполняем по стоимости устройства фундаментов. Результаты всех расчетов сведены в табл. 14.

Подсчет объемов работ

Для фундамента мелкого заложения на естественном основании:

Табл. 10.

№ п /п	Наименование работ	Единица измерения	Формула подсчета	Объем работ
1	Разработка грунта в отвал эскалаторами с ковшом	м 3		319,11
2	Устройство ж.б. фундаментов	м 3		14,9
3	Гидроизоляция боковых поверхностей фундамента гидроизолом	м 2		34,85
4	Обратная засыпка катлаванов бульдозером	м 3		304,21
5	Уплотнение грунта пневмотрамбовкой	м 3		304,21

• Для фундамента мелкого заложения на искусственном основании:

Табл. 11.

№ п /п	Наименование работ	Единица измерения	Формула подсчета	Объем работ
1	Разработка грунта в отвал эскалаторами с ковшом	м 3		523,41
2	Устройство грунтовой подушки	м 3		44,32
3	Устройство ЖБ фундаментов	м 3		11,12
4	Гидроизоляция боковых поверхностей фундамента гидроизолом	м 2		26,63
5	Обратная засыпка котлована бульдозером	м 3		467,97
6	Уплотнение грунта пневмотрамбовками	м 3		467,97

Стоимость устройства фундамент мелкого заложения на естественном основании, грн. Расчет сведен в таблицу 12:

Табл.12.

№	Наименование работ	Единица измерения	Объем работ, м 3	Стоимость в грн.
				Единичная	Общая
1	Разработка грунта в отвал эскалаторами с ковшом	100 м 3	319,11	53,27	169,99
2	Устройство ЖБ фундаментов	1 м 3	14,9	203,74	3035,73
3	Гидроизоляция боковых поверхностей фундамента гидроизолом	1 м 2	34,85	10,86	378,47
4	Обратная засыпка катлаванов бульдозером	100 м 3	304,21	14,59	44,38
5	Уплотнение грунта пневмотрамбовками	100 м 3	304,21	418	1271,6
					4900,17

Стоимость устройства фундамент мелкого заложения на искусственном основании, грн.

Расчет сведен в таблицу 1 3:

Табл. 13.

№	Наименование работ	Единица измерения	Объем работ	Стоимость в грн.
				Единичная	Общая
1	Разработка грунта в отвал эскалаторами с ковшом	100 м 3	523,41	53,27	278,82
2	Устройство грунтовой подушки	1 м 3	44,32	67,64	2997,81
3	Устройство ЖБ фундаментов	1 м 3	11,12	203,74	2265,59
4	Гидроизоляция боковых поверхностей фундамента гидроизолом	1 м 2	26,63	10,86	289,2
5	Обратная засыпка котлована бульдозером	100 м 3	467,97	14,59	68,28
6	Уплотнение грунта пневмотрамбовками	100 м 3	467,97	418	1956,12
					7855,81

4.2 Сравнение вариантов

Табл. 14.

№	Наименование типа фундамента	Стоимость устройства данного типа фундамента, грн
1	Фундамент мелкого заложения на естественном основании	4900,17
2	Фундамент мелкого заложения на искусственном основании	7855,81

Вывод: выбираем фундамент на естественном основании, так как он экономически выгоднее.

Список литературы

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/kursovaya/fundamentyi-melkogo-zalojeniya-2/

1. СНиП 2.02.01-83 «Основания зданий и сооружений»

2. СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты»

3. Методичні вказівки до виконання курсового проекту з дисципліни «Грунтознавство, основи та фундаменти»

4. Методические указания по расчету и проектированию свайных фундаментов, 1981 г.

5. Долматов Б.И. «Механика грунтов основания и фундаменты»,1985 г.

6. ДБН В.1-10-2009 «Основания и фундаменты сооружений»