Механика грунтов, основания и фундаменты

Курсовая работа
Содержание скрыть

1. Исходные данные и оценка инженерно-геологических условий площадки строительства, .1 Исходные данные

Таблица 1

Номер слояМощность слоя, мГлубина подошвы слоя, мОтметка подошвы слоя, мОтметка Уровня подземных вод, мНаименование грунта по типуПлот-ность r, г/см3Плот- ность частиц rS , г/см3Влаж-ность w Предел теку-чести wl , %Предел плас-тичности wP , %Коэффициент фильтрации kf , см/с10,20,2144,8142,0Растительный слой1,50——24,04,2140,8Песок пылеватый2,002,660,25008´10-433,07,2137,8Супесь2,082,670,1921156´10-545,512,7132,3Глина2,012,740,2744242´10-856,018,7126,3Песок средней крупности1,992,640,20004´10-2

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:

10 стр., 4907 слов

Инженерно-геологические изыскания для определения характеристик ...

... Свойства деформации характеризуются модулем деформации, коэффициентом Пуассона, коэффициентами сжимаемости и консолидации, модулями сдвига и объемного сжатия. Деформационные свойства дисперсных грунтов ... работ: планировка площадки, монтаж и ... слои земной коры сложены крупнообломочными, песчаными, пылевато-глинистыми, органогенными и техногенными грунтами. Ниже поверхности земли эти дисперсные грунты ...

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, Нескальными

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 ³ 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 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 N 0II = =1150 кН ширина подошвы фундамента составит приблизительно 1,8 м (из дальнейших расчетов);

для фундамента под внутреннею стену с усилием в плоскости обреза N 0II = =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.

25 стр., 12002 слов

Фундаменты опоры моста

... подошвы фундамента, м ; d - глубина заложения подошвы фундамента, м ; 1 - приведенный удельный вес грунта, расположенного выше подошвы фундамента, кН/м3, 1=19,62; k1,k2 - коэффициенты, зависящие от вида грунта; высота фундамента, ... Физико-механические характеристики грунтов строительной площадки представлены в таблице 1.4. Таблица 1.4.-Физико-механические характеристики грунтов Номер грунта s ,т/м3 ...

Для фундамента Ф2.

м2,

тогда ширина подошвы фундамента

м.

В соответствии с ГОСТ 13579-78 и ГОСТ 13580-78 выбираем:

1 =7,2 м2,

1=7,92 м2.

а=3000, а1=2100, b=1800, b1=1800.

а=3000, а1=2100, b=2100, b1=1500.

Схематический чертеж фундамента стаканного типа

Подсчитаем нагрузки и воздействия, передающиеся на основание.

h пр = q /II =10/16=0,6 м.

При этом боковое давление грунта на отметке планировки:

s

б1 = б2 = II×h пр×tg2(45 — j/2) = 16×0,6×tg2(45 — 24/2) = 4,05 кПа.

Определение усилия от собственного веса фундамента и веса грунта на его уступах:

Ф1

кН,

кН,

Нормальная вертикальная нагрузка:

N II = N 0II + G фII + G грII = 1150 + 110,95 + 316,34= 1577 кН;

Ф2

кН,

кН,

Нормальная вертикальная нагрузка:

N II = N 0II + G фII + G грII = 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;

g II = кН/м3;

g

  • II = кН/м3;

сII = 15,88 кПа;

Получаем:

кПа.

Среднее давление под подошвой фундамента

p = N II/A = 1577/(3×1,8) = 292,04 кПа.

Определяем максимальное и минимальное краевое давление по подошве внецентренно нагруженного фундамента

pmax = N II/A + M II/W = 1577 + 40×6/(32×1,8) = 306,91кПа;

pmin = N II/A M II/W = 1577 — 40×6/(32×1,8) = 277,28 кПа.

17 стр., 8275 слов

Основания и фундаменты на лессовых просадочных грунтах

... от собственного веса водонасыщенного грунта на границе каждого слоя m-число слоев, на которые разбита просадочная толща ниже подошвы фундамента 4. На границе каждого слоя ... – дополнительное вертикальное давление по подошве фундамента p2 – среднее давление по подошве фундамента α- коэффициент, принимаемый по СНиПу в зависимости от формы подошвы фундамента, соотношения сторон η=l/b=3,2/2.4=1,333 ...

Итак, получаем:

  • ,04 <
  • 457,6;
  • ,91 <
  • 549,2;
  • ,28 > 0.

Расхождение между p и R составляет 36 %.

внутреннею

p = N II/A = 1843/(3×2,1) = 292,51 кПа.

Расчётное сопротивление грунта основания

кПа.

,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 szg = g¢×d + gw ×hw = =16×4,5 + 10×0,8 = 80 кПа, дополнительное давление p о = =292,04 — 80 = =212,04 кПа.

Расчёт осадки фундамента крайнего ряда

z , м2z / b szg , кПаaszp , кПаszp,i , кПаEi , МПаsi , мм000800212,04 10,720,894,676480,86182,3544197,197225,764,409378421,441,6109,352960,563119,37852150,8664625,763,373411532,162,4124,029440,35875,9103297,6444225,762,183353542,883,2138,582440,23750,2534863,081925,761,41052753,64150,91280,16635,1986442,7260621,571,140946264,324,8165,095360,12225,8688830,5337621,570,8153661 13,332983Эпюры 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 szg = g¢×d + gw ×hw = 16×4,5 + 10×0,8 = 80 кПа, дополнительное давление p о = 292,51 — 80 = 212,51 кПа.

Расчёт осадки внутреннего фундамента

z , м2z / b szg , кПаaszp , кПаszp,i , кПаEi , МПаsi , мм000800212,51 10,840,897,122560,849180,42099196,465525,765,125186821,681,6114,245120,535113,69285147,0569225,763,836267532,522,4131,367680,32969,9157991,8043225,762,394895343,363,2148,037480,21345,2646357,5902121,571,794187354,24162,73160,14731,2389738,251821,571,1917112 14,342248

17 стр., 8349 слов

Расчет свайного фундамента

... 3. Расчёт свайного фундамента .1 Определение вида свай × ... расчёте по деформациям, P = 282,75кПа; ? zg0 - природное напряжение на уровне подошвы фундамента: ?zg0 = ??d, где ? - удельный вес грунта выше подошвы фундамента (? = 19,2 кН/м3),d- глубина заложения фундамента ... свай Несущую способность висячей забивной сваи определяем по формуле (7.8) СП 50-102-2003 , где: с - коэффициент условий работы сваи ...

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 = 6×10-5 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, .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 d р = 1,5 м.

Для выбора марки сваи необходимо определить её длину:

l = l з + l н + 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 м 3;

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:

g с = 1 (СНиП [3]);

R = 20000 кПа;

А = 0,09 м2;

Получаем:

кН.

Расчёт свайных фундаментов и свай по несущей способности грунтов производится исходя из условия

N £ Fd / gk = P ; P = 1800/1,4 = 1286 кН;

а по несущей способности сваи

N £ gc j(RbA + RscAs ) = P 1; P 1 = 14500×0,09 + 225000×0,000452 = 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 р р = Р / (3×d)2 = 1285,7 / (3×0,3)2 = 1587,3 кПа.

Расчет для Ф2

Определяем площадь подошвы ростверка:

Определяем вес ростверка с грунтом на уступах:

25 стр., 12484 слов

Проектирование фундаментов: столбчатого неглубокого заложения и свайного

... объемов работ и стоимости Проектирование свайного фундамента 1. Выбор глубины заложения ростверка и длины свай 2. Определение несущей способности свай 3. Определение количества свай и размещение их в фундаменте 4. ... выполнения условий при R = 501 кПа: фундамент столбчатый свайный подошва I комбинация: Условия не удовлетворяются, поэтому увеличиваем l, принимая l = 2,7 м. Выполним пересчет нагрузок ...

кН.

Для наружной и внутренней стен здания соответственно получаем

n = (1150×1,2 + 29,24)/1285,7 = 1,09; n = (1350×1,2 + 29,24)/1285,7 = 1,28

принимаем по 3 сваи.

× d, 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 + 0,9 ×sin60о + +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 1,5´1,8 м. При этом вес ростверка и расположенного на его ступенях грунта GР,ГР1 = 1,1×1,5×1,8×20×1,5 = 89,1 кН

Определим фактическую нагрузку на сваю

OI = 1,2×(40 + 8×1,5) = 62,4 кН×м,

Р max = (1380 + 89,1)/3 ± 62,4×0,45×(0,452 + 0,452) = 489,7 ± 11,372

N (N 0I + G ф)/n = (1150×1,2 + 95)/3= 492 кН;

для внутренней стены

N (N 0I + G ф)/n = (1350×1,2 + 95)/3= 572 кН.

max = 501 < 1543 кН

min = 489,5 кН > 0

ср = 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

.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 элементовКоличествоСтоимость (руб)единицыобщаяРазработка грунта под фундаменты жилых и гражданских зданий145,5м 33,3510Фундаменты железобетонные, отдельные (под колонны)69,4м321,11465Устройство песчаной подготовки2,44м34,511Итого1986

Подсчитываем объем работ на устройство фундамента мелкого заложения, результаты сводим в таблицу.

Расчёт стоимости устройства свайного ленточного фундамента

Наименование работ и конструктивных элементовКоличествоСтоимость (руб)единицыобщаяРазработка грунта под фундаменты жилых и гражданских зданийм 33,3495Забивка свай67,9м363,04278Устройство песчаной подготовки2,44м34,511Итого4784

15 стр., 7239 слов

Проектирование усиления фундамента буроинъекционными сваями

... следующим образом. Буроинъекционные сваи без применения обсадки скважины. Чаще всего такое устройство буроинъекционных свай применяется на глинистом грунте, имеющем в ... фундаментов. Наряду с известными методами усиления несущих конструкций и, прежде всего, оснований и фундаментов существующих зданий и сооружений такими, как перекладка существующих и подведение новых фундаментов, устройство ...

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.

Список литературы

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/kursovaya/mehanika-gruntov-zemli-i-fundamentov/

  1. 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
  2. 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
  3. М.Н. Гольдштейн, А.А. Царьков, И.И. Черкасов «Механика грунтов, основания и фундаменты»: Учебник для вузов ж.-д. трансп. — М.: Транспорт, 1981
  4. СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты» — М.: Гос. комитет СССР по делам стр-ва, 1986
  5. СНБ 5.01.01-99 «Основания и фундаменты зданий и сооружений» — Минск, 1999г.
  6. СНиП III-4-80* «Строительные нормы и правила», ч.3 «Правила приемки и производства работ», глава 4 «Техника безопасности в строительстве» — М., 1989