Основания зданий и сооружений

метки: Фундамент, Здание, Основание, Сооружение, Дипломный, Работа, Грунт, Подошва

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

1.1. Назначение и конструктивные особенности подземной части здания

Таблица 1- Исходные данные

Номер слоя	Мощность слоя, м	Глубина подошвы слоя, м	Отметка подошвы слоя, м	Отметка уровня подземных вод, м	Наименование грунта по типу	Плотность , г/см3	Плотность частиц S, г/см3	Влажность w	Предел текучести wl, %	Предел пластичности wP, %	Коэффициент фильтрации kf, см/с
1	0,2	0,2	144,8	142,0	Растительный слой	1,50	—	—	—	—	—
2	4,0	4,2	140,8		Песок пылеватый	2,00	2,66	0,25	0	0	810-4
3	3,0	7,2	137,8		Супесь	2,08	2,67	0,19	21	15	610-8
4	5,5	12,7	132,3		Глина	2,01	2,74	0,27	44	24	210-7
5	6,0	18,7	126,3		Песок средней крупности	1,99	2,64	0,20	0	0	410-2

отметка поверхности природного рельефа NL = 145 м;

• нормативная глубина промерзания грунта dfn = 2,2 м.

Оценка инженерно-геологичеких условий площадки начинаем с изучения напластования грунтов. Для этого по исходным данным (таблица 1) строим геологический разрез (рисунок 1).

фундамент глубина подземный грунт

Рисунок 1 — Геологический разрез

1.2 Характеристика площадки, инженерно-геологические и гидрогеологические условия

Для обоснования проектных решений по устройству фундаментов необходимо, прежде всего, изучить иженерно-геологические условия площадки.

Оценка инженерно-геологических условий площадки начинается с изучения напластования грунтов, для этого построен геологический разрез.

Для количественной оценки прочностных и деформационных свойств грунтов площадки по исходным данным вычисляем производные характеристики физических свойств грунтов, к которым относятся:

• а) для песчаных грунтов — коэффициент пористости и степень важности;
• б) для пылевато-глинистых грунтов — число пластичности, показатель текучести, коэффициент пористости и степень влажности.

Слой 2 — Песок пылеватый:

?=2,00 г/см3

?s=2,66 г/см3

w=0,25

?w =1,00 г/см3

Коэффициент пористости (отношение объёма пор к объёму частиц грунта):

• По коэффициенту пористости — песок средней плотности;

Степень влажности грунта:

• По степени влажности (степени заполнения пор водой) — песок, насыщенный водой;

Слой 3 -Супесь:

?=2,08 г/см3

?s=2,67 г/см3

w=0,19

wL=21%

wP=15%

Число пластичности:

• По числу пластичности — супесь;

Показатель текучести:

По показателю текучести супесь — пластичная.

Необходимо выяснить не относится ли пылевато-глинистые грунты к просадочным или набухающим. Для этого можно ограничится приближённой оценкой просадочности и набухаемости грунтов. К просадочным относятся глинистые грунты со степенью влажности Sr?0,8, для которых величина показателя Iss, определяемого по формуле:

• меньше значений: 0,1 при ;
• 0,17 при и 0,24 при . К набухающим от замачивания водой относятся глинистые грунты, для которых значение показателя Iss?0,3.

В формуле eL — коэффициент пористости, соответствующий влажности на границе текучести wL, определяемый по формуле:

Определим степень влажности супеси:

• Так как Sr>0,8 поэтому дальнейшую проверку не проводим — супесь не является не просадочной или набухающей.

Слой 4 -Глина:

?=2,01 г/см3

?s=2,74 г/см3

w=0,27

wL=44%

wP=24%

Число пластичности:

• По числу пластичности — глина;

Показатель текучести:

По показателю текучести глина — полутвёрдая.

Выполняем проверку не относится ли глина к просадочным или набухающим грунтам.

Определяем степень влажности глины:

• Так как Sr>0,8 поэтому дальнейшую проверку не проводим — глина не является не просадочной или набухающей.

Слой 5 — Песок средней крупности:

?=1,99 г/см3

?s=2,64 г/см3

w=0,20

Коэффициент пористости (отношение объёма пор к объёму частиц грунта):

• По коэффициенту пористости — песок средней плотности;

Степень влажности грунта:

По степени влажности — песок, насыщенный водой.

По значениям характеристик физических свойств грунтов, определяющих их тип и разновидность, выписываются из соответствующих таблиц значение угла внутреннего трения ?, удельное сцепление с, модуля деформации E и расчётного сопротивления R0.

Оценку инженерно-геологических условий площадки начинаем с построения геологического разреза, на котором помимо слоев грунта наносим уровень подземных вод, фиксируем его отметку (рисунок 2).

Таблица 2 — Характеристики физико-механических свойств грунтов строительной площадки

Номер слоя	Из приложения к заданию	Характеристики вычисляемые	Наименование грунта по СТБ 943-2007	Из таблиц СНиП 2.02.01-83
	Плотность частиц ?s, г/см3	Плотность ?, г/см3	Влажность, w, в долях единиц	Граница текучести wL, %	Граница раскатывания wP, %	Число пластичности IP %	Показатель текучести IL	Коэффициент пористости e	Степень влажности Sr
											Угол внутреннего трения ?, град	Удельное сцепление c ,кПа (кгс/см2)	Модуль деформации E, МПа (кгс/см2)	Расчётное сопротивление R0, кПа (кгс/см2)
2	2,66	2,00	0,25	—	—	—	—	0,663	1,0	Песок пылеватый, средней плотности, насыщенный водой	29,48	3,74	17,09	100
3	2,67	2,08	0,19	21	15	6	0,667	0,5275	0,96	Супесь пластичная непросадочная	26,45	15,9	25,8	288,54
4	2,74	2,01	0,27	44	24	20	0,15	0,731	1,012	Глина полутвёрдая, непросадочная	19,19	56,7	21,57	348,8
5	2,64	1,99	0,2	—	—	—	—	0,592	0,892	Песок средней крупности, средней плотности, насыщенный водой	36,74	1,58	35,8	400

1.3 Строительная классификация грунтов площадки

Основанием для строительства здания служат песчаные, пылевато-глинистые и глинистые грунты.

Песчаные грунты по гранулометрическому составу делятся на следующие типы: песок гравелистый, песок крупный, песок средней крупности, песок мелкий, песок пылеватый.

По степени влажности песчаные грунты подразделяются на разновидности: маловлажные, влажные, насыщенные водой.

По числу пластичности грунты подразделяются на: супесь, суглинок, глина.

По показателю текучести пылевато-глинистые грунты подразделяются: супесь (твердая, пластичная, текучая ), суглинки и глины (твердые, полутвердые, тугопластичные, мягкопластичные, текучепластичные, текучие).

1.4 Оценка строительных свойств грунтов площадки и возможные варианты фундаментов здания

По характеристикам механических свойств грунтов ( , с, Е ) и значению расчетного сопротивления R0 можно судить о несущей способности, деформируемости грунта и возможности использования его в качестве основания.

В проекте все грунты относятся к малосжимаемым ( Е20Мпа ) и среднесжимаемым ( 20Е5Мпа ), поэтому все они могут бать использованы в качестве оснований капитальных зданий.

Если R0100кПа, то вопрос об использовании такого грунта в качестве основания может решаться только на основе иследований.

В проекте все грунты обладают расчетным сопротивлением R0100кПа, таким образом они могут использоваться как основания фундаментов.

Так как грунты основания обладают достаточной несущей способностью, можно использовать фундаменты мелкого заложения и свайные фундаменты.

2. Фундаменты мелкого заложения

2.1 Выбор типа и конструкции фундаментов. Назначение глубины заложения фундаментов

Тип фундамента выбирается в зависимости от характера передачи нагрузки на фундамент: под стены здания обычно устраивают ленточные фундаменты из сборных элементов, под сборные железобетонные колонны — отдельные фундаменты стаканного типа.

Глубина заложения фундамента зависит от многих факторов. Определяющим из них являются:

• инженерно-геологические и гидрогеологические условия площадки положение несущего слоя грунта;
• глубина промерзания грунта, если в основании залегают пучинистые грунты;
• конструктивные особенности подземной части здания (наличие подвала, коммуникации, примыкание к соседнему зданию и т.

п.).

Глубина заложения фундаментов наружных стен и колонн с учётом глубины промерзания назначается в соответствии с указаниями, приведёнными в табл. 2 СНиП [1].

Расчетная глубина сезонного промерзания грунта определяется по формуле:

df = khdfn,

где kn коэффициент, учитывающий влияние теплового режима здания на глубину промерзания грунта у фундамента стены и колонн; принимается по таблице 1 [1];

• dfn — нормативная глубина сезонного промерзания грунта; берется по заданию (dfn = 2,2 м).

Принимаем: для учебного корпуса ПТУ (по заданию — схема №2) без подвала коэффициент kh=0,6

Откуда расчётная глубина сезонного промерзания грунта df у фундамента определяется:

м

Примем глубину заложения df=4,2м (нормативная глубина промерзания принимается по заданию dfn=2,2м): d > df

Рисунок 2 — Схема отдельно стоящих фундаментов стаканного типа

2.2 Нагрузки, учитываемые в расчетах оснований фундаментов

В соответствии со СНиП 2 основания фундаментов, сложенных нескальными грунтами, рассчитываются по предельному состоянию второй группы, т.е. по деформациям.

В курсовом проекте нормативные значения нагрузок и воздействий в плоскости обреза фундамента здания заданна в исходных данных. Значения расчетных нагрузок и воздействий для расчета по деформациям принимается равным нормативным (f =1,0 ), для расчета по несущей способности — умножением нормативных нагрузок на осредненный коэффициент надежности по нагрузкам f =1,2.

2.3 Определение размеров подошвы фундаментов

Размеры подошвы фундамента зависят от ряда связанных между собой параметров и устанавливаются путём последовательного приближения. В порядке первого приближения площадь подошвы:

• Где — расчётная нагрузка в плоскости обреза фундамента, принимаем по исходным данным;
• расчётное сопротивление грунта, залегающего под подошвой фундамента, принимаем по СНиП;
• осреднённое значение удельного веса материала фундамента и грунта на его уступах, принимаем 20 ;
• глубина заложения фундамента от уровня природного рельефа.

Для фундамента 1:

• NoII=1150 кН;
• Ro=288,54 кПа;
• d=4,2 м;
• m=20кН/м3,

Тогда

В соответствии с серией 1.412-1 принимаем размеры фундамента 3,0 х 2,1м

Размеры плит в плане:

а =3,0 м b =2,1 м

а1=2,1 м b1=1,5м

высота плит 0,3м,

высота подколонника 3,6 м,

размер подколонника в плане 1,2х1,2м.

А = а·b=3,0·2,1=6,3 м2.

Подсчитаем нагрузки, передающиеся на основание:

Нагрузка от веса фундамента:

GфII=f·((a·b+a1·b1)·h+b32·h1)·жб

GфII=1,1·((3,0·2,1+2,1·1,5)·0,3+1,2·1,2·3,6)·24=215,27 кН

Нагрузка от веса грунта над ступенями фундамента:

GгрII=f(a·b·(2·h+h1)-(a2·b2)·h-b32·h1)·гр

GгрII=1,1·(3,0·2,1·(2·0,3+3,6)-(2,1·1,5)·0,3-1,2·1,2·3,6)·16=357,83 кН

Нормальная вертикальная нагрузка:

NII=NoII+GФII+GгрII=1150+215,27+357,83=1723,1 кН

Момент в плоскости подошвы фундамента:

MII=MOII+QOII·(2·h+h1)=40+8(2·0,3+3,6)=73,6кН·м

Для фундамента 2:

• NoII=1350 кН;
• Ro=288,54 кПа;
• d=4,2 м;
• m=20кН/м3,

Тогда

В соответствии с серией 1.412-1 принимаем размеры фундамента 3,0 х 2,4м

Размеры плит в плане:

а =3,0 м b =2,4 м

а1=2,1 м b1=1,5м

высота плит 0,3м,

высота подколонника 3,6 м,

размер подколонника в плане 1,2 х 1,2 м.

А = а·b=3,0·2,4=7,2 м2.

Подсчитаем нагрузки, передающиеся на основание:

Нагрузка от веса фундамента:

GфII=f·((a·b+a1·b1)·h+b32·h1)·жб

GфII=1,1·((3,0·2,4+2,1·1,5)·0,3+1,2·1,2·3,6)·24=218,83 кН

Нагрузка от веса грунта над ступенями фундамента:

GгрII=f(a·b·(2·h+h1)-(a2·b2)·h-b32·h1)·гр

GгрII=1,1·(3,0·2,4·(2·0,3+3,6)-(2,1·1,5)·0,3-1,2·1,2·3,6)·16=424,35 кН

Нормальная вертикальная нагрузка:

NII=NoII+GФII+GгрII=1350+218,83+424,35=1993,18 кН

Схемы фундаментов Ф1 и Ф2 представлены на рисунке 3

Фундамент Ф1 Фундамент Ф2

Рисунок 3 — Схемы фундаментов Ф1 и Ф2

2.4 Проверка напряжений в основании и уточнение размеров подошвы фундамента

Принятые в первом приближении размеры подошвы фундамента по изначальной формуле уточняются исходя из СНиП, выражаемых неравенствами:

;

;

• где Р — среднее давление под подошвой фундамента, кПа;
• Рmin, max — соответственно максимальное и минимальное значения краевого давления по подошве фундамента, кПа;
• R — расчетное сопротивление грунта основания, кПа.

Определяем среднее давление под подошвой фундамента и минимальное значение краевого давления:

Для фундамента 1:

Определяем среднее давление под подошвой фундамента:

и — значения краевого давления по подошве внецентренно нагруженного фундамента:

где — момент сопротивления площади подошвы фундамента

Следовательно: ,

R- расчётное сопротивление грунта основания, кПа, определяем:

где с1 и с2 — коэффициенты, условий работы, принимаемые по СНиП,

принимаем с1 =1,0 с2 = 1,0

k — коэффициент, принимаемый k=1,1

М, Мq, Mc — коэффициенты, принимаемые по табл. 4

; ; .

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

b — ширина подошвы фундамента, 2,1 м;

• II — осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы;
• где ;
• /II — — осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы;

где

;

• сII — расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего не посредственно под подошвой фундамента, принимаю 15,9 кПа;

• d1- глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки, принимаю 4,2 м.

Получим значение расчётного сопротивления грунта R для фундамента 1:

Итак, получаем:

273,5 < 361,77;

296,87 < 434,12;

250,14 > 0.

Расхождение между p и R составляет 13,2 %. Размер подошвы фундамента под наружную стену здания подобран верно.

Окончательно принимаем фундамент 1 размерами 3,0 x 2,1 м.

Для фундамента 2:

где p — среднее давление под подошвой фундамента:

и — значения краевого давления по подошве внецентренно нагруженного фундамента:

где — момент сопротивления площади подошвы фундамента

Следовательно: ,

R- расчётное сопротивление грунта основания, кПа, определяем:

где с1 и с2 — коэффициенты, условий работы, принимаемые по СНиП,

принимаем с1 =1,0 с2 = 1,0

k — коэффициент, принимаемый k=1,1

М, Мq, Mc — коэффициенты, принимаемые по табл. 4

; ; .

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

b — ширина подошвы фундамента, 2,4 м;

• II — осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы;
• где ;
• /II — — осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы;

где

;

• сII — расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего не посредственно под подошвой фундамента, принимаю 15,9 кПа;

• d1- глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки, принимаю 4,2 м.

Получим значение расчётного сопротивления грунта R для фундамента 1:

Итак, получаем:

276,83 < 364,22;

276,83 < 437,06;

276,83 > 0.

Расхождение между p и R составляет 13,2%. Размер подошвы фундамента под наружную стену здания подобран верно.

Окончательно принимаем фундамент 4 размерами 3,0 x 2,4 м.

2.5 Расчёт осадки фундамента

Значение конечной осадки определяется по методу послойного суммирования оп формуле:

• Где s — конечная (стабилизированная) осадка фундамента;
• si — осадка i-го слоя грунта основания;
• ? — безразмерный коэффициент, принимаемый равным 0,8;
• n — число слоёв, на которое разбита сжимаемая толща основания;
• ?zp,i — среднее значение дополнительного напряжения в i-м слое грунта;
• hi — толщина i-го слоя;
• Ei — модуль деформации i-го слоя грунта.

Полученное значение осадки сопоставляют с предельно допустимой, установленной нормами проектирования.

Расчёт осадки производится в такой последовательности:

1) толщу основания делим на слои в пределах некоторой ограниченной глубины (4-кратной ширины подошвы фундамента).

Толщину слоя принимаем 0,4 ширины фундамента ().

2) вычисляем значения вертикального напряжения от собственного веса грунта на границах выделенных слоёв по оси Z, проходящей через центр подошвы фундамента по формуле:

• Где — напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента;
• ?’ — удельный вес грунта, залегающего выше подошвы фундамента;
• d — глубина заложения фундамента от поверхности природного рельефа;
• ?i, hi — соответственно удельный вес и толщина i-го слоя грунта.

Удельный вес грунта, залегающего ниже уровня подземных вод, но выше водоупора, принимается с учётом взвешивающего действия воды. При определении ?zg в водоупорном слое следует учитывать давление столба воды;

3) определяем дополнительные вертикальные напряжения на границах выделенных слоёв по оси Z, проходящей через центр подошвы фундамента, по формуле:

• Где ? — коэффициент, принимаемый по табл. 1 приложения 2 СНиП [1];
• дополнительное вертикальное давление на основание;
• p — среднее давление под подошвой фундамента;

5) нижнюю границу сжимаемой толщи основания, устанавливаем на глубине, где выполняется условие

6) вычисляем значения деформации каждого слоя сжимаемой толщи, а затем определяем осадку фундамента суммированием деформаций отдельных слоёв.

Расчёт осадки фундамента 1:

Ширина подошвы b=2,1 м, среднее давление под подошвой фундамента:

кПа

Напряжения от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента:

кПа

дополнительное давление: кПа

Результаты вычисления осадок сведены в таблицу 3

Таблица 3 — Расчёт осадки фундамента 1

Номер слоя	Z, м	?, кН/м3	?zg, кПа		?	?zp, кПа	?zp,i , кПа	Ei, МПа	si, см
0	0,00		41,92	0,00	1,0000	231,59
1	0,80	10,93	50,66	0,76	0,8604	199,26	215,43	25,80	0,53
2	1,60	10,93	59,41	1,52	0,5620	130,15	164,71	25,80	0,41
3	2,40	10,93	68,15	2,29	0,3695	85,57	107,86	25,80	0,27
4	3,00	10,93	74,71	2,86	0,2525	58,48	72,02	25,80	0,13
5	3,80	10,05	82,75	3,62	0,1716	39,74	49,11	21,57	0,15
6	4,60	10,05	90,79	4,38	0,1241	28,74	34,24	21,57	0,10
7	5,40	10,05	98,83	5,14	0,0910	21,07	24,91	21,57	0,07
8	6,20	10,05	106,87	5,90	0,0723	16,74	18,91	21,57	0,06
9	7,00	10,05	114,91	6,67	0,0573	13,27	15,01	21,57	0,04
10	7,80	10,05	122,95	7,43	0,0461	10,68	11,97	21,57	0,04
11	8,50	10,05	129,99	8,10	0,0393	9,10	9,89	21,57	0,03
12	9,30	10,30	138,23	8,86	0,0327	7,57	8,34	35,80	0,01
13	10,10	10,30	146,47	9,62	0,0279	6,46	7,02	35,80	0,01
14	10,90	10,30	154,71	10,38	0,0241	5,58	6,02	35,80	0,01
15	11,70	10,30	162,95	11,14	0,0212	4,91	5,25	35,80	0,01
16	12,50	10,30	171,19	11,90	0,0185	4,28	4,60	35,80	0,01

?si = 1,88

Полученное значение осадки s=1,88 см меньше предельно допустимой осадки

s=1,88 см < smax=8 см.

Расчёт осадки фундамента 2:

Ширина подошвы b=2,4 м, среднее давление под подошвой фундамента:

кПа

напряжения от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента:

кПа

дополнительное давление: кПа

Результаты вычисления осадок сведены в таблицу 4

Таблица 4 — Расчёт осадки фундамента 2

Номер слоя	Z, м	?, кН/м3	?zg, кПа		?	?zp, кПа	?zp,i , кПа	Ei, МПа	si, см
0	0,00		41,92	0,00	1,0000	234,91
1	0,80	10,93	50,66	0,67	0,8883	208,67	221,79	25,80	0,55
2	1,60	10,93	59,41	1,33	0,6333	148,77	178,72	25,80	0,44
3	2,40	10,93	68,15	2,00	0,4140	97,25	123,01	25,80	0,31
4	3,00	10,93	74,71	2,50	0,3088	72,54	84,90	25,80	0,16
5	3,80	10,05	82,75	3,17	0,2138	50,22	61,38	21,57	0,18
6	4,60	10,05	90,79	3,83	0,1569	36,86	43,54	21,57	0,13
7	5,40	10,05	98,83	4,50	0,1178	27,67	32,26	21,57	0,10
8	6,20	10,05	106,87	5,17	0,0921	21,64	24,65	21,57	0,07
9	7,00	10,05	114,91	5,83	0,0738	17,34	19,49	21,57	0,06
10	7,80	10,05	122,95	6,50	0,0603	14,17	15,75	21,57	0,05
11	8,50	10,05	129,99	7,08	0,0508	11,93	13,05	21,57	0,03
12	9,30	10,30	138,23	7,75	0,0425	9,98	10,96	35,80	0,02
13	10,10	10,30	146,47	8,42	0,0368	8,64	9,31	35,80	0,02
14	10,90	10,30	154,71	9,08	0,0316	7,42	8,03	35,80	0,01
15	11,70	10,30	162,95	9,75	0,0273	6,41	6,92	35,80	0,01
16	12,50	10,30	171,19	10,42	0,0239	5,61	6,01	35,80	0,01

?si = 2,15

Полученное значение осадки s=2,15 см меньше предельно допустимой осадки.

s=2,15 см < smax=8 см.

Рисунок 4 — Эпюры напряжений в основании фундамента 1

Рисунок 5 — Эпюры напряжений в основании фундамента 2

2.6 Расчет осадки фундамента во времени

В данном курсовом проекте осадку фундамента во времени рассчитываем только для одного фундамента 2 по методике, основанной на решении одномерной задачи линейной фильтрационной консолидации.

Выполним расчёт консолидации основания ленточного фундамента с шириной подошвы b = 2,4 м, глубиной заложения d = 4,2м. Под подошвой фундамента залегает пласт супеси мощностью h = 3,0 м. Конечная осадка фундамента за счёт уплотнения глин s =2,15 см.

Коэффициент фильтрации kf = 210-8 см/с =0,6 см/год = 0,006 м/год.

Коэффициент относительной сжимаемости

mv = 0,8/Е = 0,8/(25,8106) = 0,000031 кПа-1.

Вычисляем значение коэффициента консолидации

cv = kf /(mvw) = 0,6/(0,00003110) = 1935,5 см2/год.

Время осадки

Рисунок 6 — График осадки фундамента во времени

3. Вариант свайных фундаментов

3.1 Выбор типа и конструкции свай и свайного фундамента

Назначение глубины заложения ростверка.

Принимаем к рассмотрению типовые призматические железобетонные сваи. Тип фундамента — свайные кусты под колонны каркасного здания, состоящие из группы свай и низкого ростверка, в сочетании с фундаментными балками.

Ростверки бесподвального здания могут быть заложены у поверхности земли с заглублением на 0,1 — 0,2 м ниже поверхности планировки, но при этом под ростверками следует уложить слой шлака толщиной не менее 0,3 м.

Для фундамента 1:

Так как размеры подколонника для колонны составляют 1,2 х 1,2 х 3,6, а подколонник заглубляется в землю до 0,15 м от поверхности земли и приняв высоту ростверка равную 0,4 м то, принимаем глубину заложения подошвы ростверка:

dр = 3,6+0,15+0,4=4,15 м.

Для выбора марки сваи необходимо определить её длину:

l = lз + lн + h

где lз — глубина заделки головы сваи в ростверк, принимаемая равной 10 см;

• lн — глубина погружения нижнего конца сваи в несущий грунт, принимаемой равной 1,1 м;
• h — расстояние от подошвы ростверка до кровли слоя грунта, в который заделывается нижний конец сваи, равный 4 м.

l = lз + lн + h = 0,1 + 1,1 + 4 = 5,2 м

Принимаем сваю С7-30 с характеристиками:

• бетон С12/15;
• масса сваи 1,6 т;
• продольное армирование 4 14S240;
• сечение сваи 300300мм.

Для фундамента 2:

dр = 3,6+0,15+0,4=4,15 м

Для выбора марки сваи необходимо определить её длину

l = lз + lн + h ,

где lз — глубина заделки головы сваи в ростверк, принимаемая равной 10 см;

• lн — глубина погружения нижнего конца сваи в несущий грунт, принимаемой равной 1,1 м;
• h — расстояние от подошвы ростверка до кровли слоя грунта, в который заделывается нижний конец сваи, равный 4 м.

l = lз + lн + h = 0,1 + 1,1 + 4 = 5,2 м

Принимаем сваю С7-30 с характеристиками:

• бетон С12/15;
• масса сваи 1,6 т;
• продольное армирование 4 14S240;
• сечение сваи 300300мм.

3.2 Определение несущей способности сваи и расчетной нагрузки, допускаемой на сваю по грунту основания и прочности материала сваи

Несущая способность сваи определяется по формуле:

• c — коэффициент условий работы сваи, принимается 1,0;
• R — расчетное сопротивление под нижним концом сваи — 7700 кПа (табл.1(3));
• A площадь опирания на грунт сваи;
• A=0,3.0,3=0,09 м2;

• U — наружный периметр поперечного сечения сваи, U =1,2 м;
• fi — расчетное сопротивление i-го слоя грунта принимается по табл.2(3),

для супеси z1 = 4,0+1,0 =5,0 f1= 56 кПа;

• для глины z2 = 7,0+1,0=8,0 f2= 62 кПа;

• hi — толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи.

cR,cf -коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, равны 1.

Тогда:

Расчетная нагрузка, допускаемая на сваю

N Fd /k = 815,28/1,4=582,34 кН=Р

3.3 Определение количества свай в фундаменте. Поверка фактической нагрузки, передаваемой на сваю

Количество свай в свайном фундаменте рассчитывается по предельному состоянию первой группы. Для этого расчетные нагрузки и воздействия определяют путем умножения нормативных усилий на осредненный коэффициент надежности, принимаемый равным 1,2.

Расчет для фундамента Ф1 Расчет для фундамента Ф2

; ;

;;

Количество свай в свайном фундаменте под колонну определяется следующим образом:

а) вычисляют среднее давление под подошвой ростверка, приняв расстояние между осями свай 3d, из выражения:

;

Определяем площадь подошвы ростверка:

;

При этом вес ростверка с грунтом на уступах определяется:

Отсюда количество свай в кусте:

; ;

• Для фундамента Ф1 и Ф2 принимаем по 3 сваи.

Определим фактическую нагрузку на сваю

• Фундамента Ф1

N (N0I + Gр,гр1)/n = (1380+198,12)/4 = 394,53 Р=582,34кН

• Фундамента Ф2

N (N0I + Gр,гр1)/n = (1620+232,82)/4 =463,21 Р=582,34кН

Схемы свайных фундаментов представлены на рисунке 8.

Рисунок 8 — Схемы свайных фундаментов

3.4 Расчет осадки свайного фундамента

Рассчитаем осадку для свайного фундамента 2.

Величину ожидаемой осадки свайного фундамента из висячих свай определяют расчётом по предельным состояниям второй группы. Произведём расчёт осадки фундамента, рассматривая свайный фундамент как условный массив.

Боковые грани условного массива отстоят от граней сваи на расстоянии:

• l = htg(II,mt/4);
• II,mt = (II,i hi)/hi ;
• II,i — расчетные значения угла внутреннего трения пройденных сваями слоев грунта толщиной hi ;
• h — глубина погружения свай в грунт.

II,mt = (II,i hi)/hi = (28,453,0 + 19,192,2)/(3,0+2,2) = 24,53.

l = 9,4·tg(24,53?/4) = 1,01 м.

Определяем ширину подошвы условного фундамента и его вес:

• bм = 1,2 + 1,012 = 3,22 м;

• lm = 1,2 + 1,012 = 3,22 м;

GIIм = bм lмIIм dм,

Где IIм =IIi hi/dм;

• GIIм = 3,22·3,22·10,31·9,40= 1004,8 кН.

Среднее давление под подошвой массива для наружной стены

pIIм = (N0II + GIIм)/Ам = (1350 + 1004,8)/(3,22·3,22) = 227,11 кПа;

Определим расчётное сопротивление грунта основания:

где М, Мq, Mc — коэффициенты, принимаемые по табл. 4

; ; .

Проверяем выполнение условия:

• где — расчётного сопротивления грунта;

Проверяем давление на грунт по подошве фундамента:

Напряжение от собственного веса грунта в уровне подошвы массива:

• zg,о = 1004,8/3,222 = 96,91 кПа;

Дополнительное давление:

pо = 227,11 — 96,91 = 130,2кПа.

Результаты вычислений осадки данного фундамента сведены в таблицу 5, а эпюры напряжений показаны на рисунке 9.

Таблица 6 — Расчёт осадки свайного фундамента 1

Номер слоя	Z, м	?, кН/м3	?zg, кПа		?	?zp, кПа	?zp,i , кПа	Ei, МПа	si, см
0	0,00		96,91	0,00	1,0000	130,20
1	0,80	10,05	104,95	0,50	0,9410	122,52	126,36	21,57	0,37
2	1,60	10,05	112,99	0,99	0,7692	100,15	111,33	21,57	0,33
3	2,40	10,05	121,03	1,49	0,5733	74,64	87,40	21,57	0,26
4	3,30	10,05	130,08	2,05	0,4029	52,46	63,55	21,57	0,21
5	4,10	10,30	138,32	2,55	0,3006	39,14	45,80	35,80	0,08
6	4,90	10,30	146,56	3,04	0,2300	29,95	34,54	35,80	0,06
7	5,70	10,30	154,80	3,54	0,1786	23,25	26,60	35,80	0,05
8	6,50	10,30	163,04	4,04	0,1428	18,59	20,92	35,80	0,04
9	7,30	10,30	171,28	4,53	0,1172	15,26	16,93	35,80	0,03
10	8,10	10,30	179,52	5,03	0,0970	12,63	13,94	35,80	0,02
11	8,90	10,30	187,76	5,53	0,0811	10,56	11,59	35,80	0,02
12	9,30	10,30	191,88	5,78	0,0750	9,77	10,16	35,80	0,01

?si = 1,49

Полученное значение осадки s=1,49 см меньше предельно допустимой осадки.

s=1,49 см < smax=8 см.

Рисунок 10 — Эпюры напряжений в основании фундамента 2

Вычисляем проектный отказ сваи.

Вес сваи с наголовником Gс=20+1=21 кН. Выбираем тип молота из условия соотношения веса ударной части и веса сваи с наголовником. При погружении сваи в грунт вес ударной части молота должен быть не менее G=1,25Gc=1,2521=26,25кН. При погружении трубчатым дизель-молотом G=0,7Gc=0,721=14,7кН. Предварительно выбираем трубчатый дизель-молот С-996и с весом ударной части 25 кН, энергией удара при высоте 2,5 м 27 кДж, вес молота с кошкой 3,65 т.

Применимость молота устанавливаем по расчетной энергии удара из условия

E=1,75P

Где — коэффициент, равный 25 Дж/кН;

• Р — расчетная нагрузка, допускаемая на сваю, кН;

Тогда :

• Е=1,7525582,34=25477Дж=25,477 кДж;

Пригодность молота проверяем по условию:

(Gh+ Gс)/Edkm,

где Gh — полный вес молота;

• Gс — вес сваи с наголовником, кН;
• Ed — расчетная энергия удара;
• km — коэффициент,принимаемый для трубчатых дизель-молотов 6;

Расчетное значение энергии удара для трубчатых дизель-молотов:

• Ed=0,9GH=0,9252,8=63кДж;

Вычисляем проектный отказ сваи по формуле:

Получаем:

4. Сравнение вариантов фундаментов и выбор основного

4.1 Подсчет объемов работ и расчет стоимости устройства одного фундамента

Выбор основного варианта производится путём сопоставления стоимости устройства фундамента на естественном основании со стоимостью устройства свайного фундамента. Для упрощения подсчётов объёмов работ на рисунке 11 приведены эскизы отдельно стоящего фундамента стаканного типа и свайного фундамента.

Рисунок 11 — Эскиз отдельно стоящего и свайного фундаментов

Расчёт стоимости запроектированных фундаментов сведён в таблицы 7 и 8.

Таблица 7

Расчёт стоимости устройства отдельно стоящего фундамента

Наименование работ и конструктивных элементов	Количество	Стоимость, руб.
		единицы	общая
Фундаменты железобетонные (под колонны) V=3,02,40,3+2,11,50,3+1,21,23,6-0,550,950,9 = 7,8 м3	7,8	32,90	256,62
Отрывка котлована (на один фундамент) V = 1639/31 = 52,87м3	52,87	5,75	304
	560,62

Таблица 8 — Расчёт стоимости устройства свайного фундамента.

Наименование работ и конструктивных элементов	Количество	Стоимость, руб.
		единицы	общая
Подколонники V = 1,21,23,6-0,550,950,9 = 4,76 м3	4,76	32,90	156,60
Железобетонные забивные сваи V = 1,25 м3	1,25	63,00	78,75
Монолитный железобетонный ростверк V = 1,52,10,6 = 1,89м3	1,89	21,10	39,88
Отрывка котлована в сухом песке (на один фундамент) V = 1408/31 = 45,4м3	45,4	5,75	261,1
	536,53

На основании произведённого расчёта стоимости устройства запроектированных фундаментов в качестве основного варианта принимаем свайный фундамент.

Литература

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/kursovaya/osnovanie-zdaniy-i-soorujeniy/

1. СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений. М..1985.

2. СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты. НИИОСП. М.,1985.

3. И.Ф. Вотяков Механика грунтов, основания и фундаменты. Методические указания. Гомель, 1996.

4.Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений. М.,1986.

5.Далматов Б.И. Механика грунтов, основания и фундаменты. Л., 1988.

6. Основания, фундаменты и подземные сооружения: Справочник проектировщика. М.,1985.