ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТА МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ НА ЕСТЕСТВЕННОМ ОСНОВАНИИИ

Схема мостовой опоры

Данные о грунтах

Номер слоя	Глубина подошвы слоя от поверхности, м	Мощность слоя, м	Абсолютная отметка подошвы слоя, м	Уровень подземных вод W_L , м	Наименование грунта	Удельный вес твердых частиц грунта g _s , кН/м³	Удельный вес грунта g , кН/м³	Природная влажность w	Граница текучести w _L	Граница раскатывания w _р	Удельное сцепление С, кПа	Угол внутреннего трения j , град	Модуль деформации Е, МПа
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14

			126,6	Разрез №5
1	0,8	0,8	125,8		Растительный грунт		12,6	-	-	-	-	-	-
2	8,2	7,4	118,4	125,6	Песок мелкий	26,5	19,9	0,25	-	-	5	36	21
3	-	-	-		Суглинок	26,8	19,8	0,22	0,27	0,19	32	25	24

СОДЕРЖАНИЕ

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ ВВЕДЕНИЕ
1 ИЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ РАЙОНА СТОИТЕЛЬСТВА
2 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТА МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ НА ЕСТЕСТВЕННОМ ОСНОВАНИИИ
2.1 Определение глубины заложения подошвы фундамента
2.2 Определение площади подошвы и размеров уступов фундаментов
2.3 Определение расчетного сопротивления грунта под подошвой фундамента
2.4 Проверка напряжений под подошвой фундамента
3 РАСЧЕТ ОСАДКИ ФУНДАМЕНТА
4 ПРОЕКТИРОВАНИЕ СВАЙНОГО ФУНДАМЕНТА 4.1 Определение глубины заложения и предварительное назначение размеров ростверка 4.2 Длина и поперечное сечение свай
4.3 Определение глубины заложения и предварительное назначение размеров ростверка, определение расчетной нагрузки, допускаемой на сваю
4.4 Определение числа свай, их размещение и уточнение размеров ростверка
4.5 Поверочный расчет свайного фундамента по несущей способности
5 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ СРАВНЕНИЕ ВАРИАНТОВ ФУНДАМЕНТА
ЛИТЕРАТУРА ПРИЛОЖЕНИЕ 1

ВВЕДЕНИЕ

Дисциплина «Основания и фундаменты» является частью группы дисциплин, связанных с проектированием, строительством и эксплуатацией зданий и сооружений, устройством подземных коммуникаций, прокладкой трубопроводов.

Во многих случаях на выполнение работ нулевого цикла, включающих устройство оснований и фундаментов, затрачивается больше времени, чем на возведение сборных надземных конструкций зданий. Кроме того, стоимость этих работ иногда составляет до 40% от общей стоимости сооружений, поэтому их удешевление дает вполне ощутимый эффект.

Надежность оснований и фундаментов и удешевление работ по их устройству в значительной степени зависят от умения правильно оценить инженерно-геологические условия площадок строительства, свойства грунтов в основаниях и совместную работу этих грунтов с деформирующимися фундаментами и конструкциями сооружения, от рациональности выбранных типов оснований, от качества выполнения работ.

Механика грунтов изучает проблемы напряженно-деформированного состояния, прочности, деформативности и устойчивости грунтовых массивов и определяет условия их использования в качестве оснований объектов строительства.

ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ РАЙОНА СТОИТЕЛЬСТВА

На основе данных о грунтах определяем физико-механические свойства грунтов каждого слоя основания и результаты приводим в свободной таблице 1.1, где даны все необходимые для расчета формулы.

Таблица 1.1.

Сводная таблица физико-механических свойств грунтов

Показатели	Обозначения	Номер геологических слоев			Формула для расчета
Показатели	Обозначения	1-й	2-й	3-й	Формула для расчета
Удельный вес твердых частиц грунта	g_S, кН/м³	-	26,50	26,80	Из задания
Удельный вес грунта	g, кН/м³	12,6	19,90	19,80	То же
Влажность грунта	w, доли единицы	-	0,25	0,22	-//-
Удельный вес скелета грунта	g_d, кН/м³	-	15,92	16,23
Коэффициент пористости	e	-	0,665	0,651
Удельный вес во взвешенном состоянии	g_Sb, кН/м³	-	9,90	10,20
Степень влажности	S_r, доли единицы	-	0,996	-
Граница раскатывания	w_р, доли единицы	-	-	0,19	Из задания
Граница текучести	w_L, доли единицы	-	-	0,27	То же
Число пластичности	J_p, доли единицы	-	-	0,08	J_p=w_L – w_р
Показатель текучести	J_L, доли единицы	-	-	0,375
Модуль деформации	Е, МПа	-	21	24	Из задания
Условное сопротивления грунта	R_o, кПа	-	150	187,5	-//-
Сцепление	С, кПа	-	5	32	-//-
Полное наименование грунтов		Растительный грунт	Песок мелкий, средней плотности, водонасыщенный	Суглинок тугопластичный	Приложение: Таблица 1 Таблица 2 Таблица 3 Таблица 4
Условное сопротивления грунта	R_o, кПа	-	150	187,5	Таблица 3.1 Таблица 3.2

Наименование и состояние глинистого грунта определяем по числу пластичности J_p и показателю текучести J_L (прилож., табл. 3, 4).

Наименование и состояние песчаного грунта определяем по гранулометрическому составу, коэффициенту пористости e и степени влажности S_r (прилож., табл. 1, 2). Особое внимание нужно обратить на слабые грунты: рыхлые пески и глинистые грунты с показателем текучести J_L>0,6. Такие грунты нельзя использовать как основание под фундаменты опор мостов.

Рисунок 1. Эпюра условных сопротивлений.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТА МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ НА ЕСТЕСТВЕННОМ ОСНОВАНИИИ

2.1 Определение глубины заложения подошвы фундамента

Глубина заложения фундаментов должна определяться с учетом:

– назначения и конструктивных особенностей проектируемого сооружения;

– величины и характера нагрузок, воздействующих на основание;

– инженерно-геологических условий площадки строительства (физико-механических свойств грунтов, характера напластований);

– гидрогеологических условий площадки и возможных их изменений в процессе строительства и эксплуатации сооружений;

– глубины сезонного промерзания грунтов.

Нормативная глубина промерзания грунта, если она менее 2,5 м, определяется по формуле

(2.1)

где M_t – коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе (курсовой проект); d₀ – глубина промерзания в см, зависящая от вида грунта; принимается равной: для суглинков и глин – 23 см, супесей, песков мелких и пылеватых – 28 см, песков гравелистых, крупных и средней крупности – 30 см, крупнообломочных грунтов – 34 см. Значение d₀ для грунтов неоднородного сложения принимается как средневзвешенное по глубине в пределах зоны промерзания.

При строительстве на суходоле минимальная глубина заложения подошвы фундамента d_min = d_f_п + 0,25 м. При возможности размыва грунта фундаменты мостовых опор должны быть заглублены не менее чем на 2,5 м от дна водотока после его размыва расчетным паводком.

Фактическая глубина заложения фундамента зависит от всех перечисленных факторов и при сооружении фундаментов в открытом котловане ее следует назначать в пределах от 3 до 6 м, считая от поверхности грунта на суходоле и от поверхности воды в водоеме.

В выбранный несущий слой грунта фундамент должен быть заглублен не менее чем 0,5 м, учитывая возможность наклонного расположения слоев. Глубина заложения подошвы фундамента окончательно назначается при определении площади подошвы и проверке напряжений под подошвой фундамента.

Рисунок 2.Схема к определению глубины заложения подошвы и высоты фундамента.

2.2 Определение площади подошвы и размеров уступов фундаментов

Размеры обреза фундамента в плане принимают больше размеров надфундаментной части опоры на величину С = 0,15 + 0,30 м в каждую сторону для компенсации возможных отклонений положения и размеров фундамента при разбивке и производстве работ Минимальная площадь подошвы фундамента

Принимаем С = 0.2м

A_min = (b₀ + 2C)(l₀ + 2C). (2.2)

A_min = (3+0.20)(9.6 + 0.20) = 31,36м²

Максимальная площадь подошвы фундамента определяется исходя из нормированного [1] условия обеспечения жесткости фундамента. Оно заключается в том, что линия уступов или наклон граней фундамента, как правило, не должны отклоняться от вертикали на угол a более 30⁰.

Отсюда:

A_max = (b₀ + 2h_ф)(l₀ + 2h_ф), (2.3)

где h_ф – высота фундамента (расстояние от обреза фундамента до его подошвы); b₀ и l₀ – ширина и длина надфундаментной части опоры в плоскости обреза фундамента

A_max = (3+6)(9,6+6) = 140,4м²

Требуемая площадь подошвы фундамента в первом приближении может быть определена по формуле

, (2.4)

N_I = 1,1(P₀ + P_п) + g_fР_к, (2.5)

N_I = 1,1(5800+1490) + 1,13*6600 = 15477 кН

где N_I – расчетная вертикальная сила по обрезу фундамента (без учета веса фундамента и грунта на его уступках), МН;

R – расчетное сопротивление грунта основания, МПа. В первом приближении R можно подсчитать по формуле (3.6)

g_ср – средний удельный вес кладки фундамента и грунта на его уступках, в работе можно принять g_ср = 20 кН/м³;

g_f – коэффициент надежности временной подвижной нагрузки из табл. 1.1;

h – коэффициент, учитывающий действие момента, h = 1,2;

g_w – удельный вес воды, g_w = 10 кН/м³;

h_w – расстояние от уровня подземных вод или уровня меженных вод до подошвы фундамента.

В формуле (3.4) g_wh_w следует учитывать если подошва фундамента расположена в водопроницаемом слое, при расположении подошвы фундамента в водонепроницаемом слое g_wh_w = 0. Водонепроницаемыми грунтами следует считать суглинки и глины при J_L£0,25.

Если полученная площадь A_тр<A_min, за расчетную площадь принимается A_min, т.е. фундамент устраивается с вертикальными гранями без уступов.

Если A_max>A_тр>A_min, необходимо развитие площади до требуемой А_тр за счет уширения вдоль ось моста либо вдоль и поперек оси моста.

При А_тр>A_max необходимо увеличивать глубину заложения фундамента до удовлетворения условия А_тр£A_max.

Уширение фундамента может быть обеспечено путем устройства уступов. Высота уступа фундамента h_y принимается равной 0,7¸2 м, а ширина – обычно не более 0,5h_y. При этом отношение ширины уступа к его высоте не должно превышать tg30⁰ = 0,577.

2.3 Определение расчетного сопротивления грунта под подошвой фундамента

Расчетное сопротивление нескального грунта под подошвой фундамента определяется по формуле

R = 1,7{R₀[1 + K₁(b – 2)] + K₂g(d – 3)}, (2.6)

R = 1,7{150[1 + 0,08(3,4 – 2)] + 2,5*20(3,5 – 3)} = 326,06 кПа

где R₀ – условное сопротивление грунта, МПа, принимаемое по табл. 2.1, 2.2;

b – ширина подошвы фундамента, м; при b>6 м принимается b = 6 м;

d – глубина заложения фундамента, м; принимаемая от поверхности грунта (на суходоле) или дна водотока после размыва (в русле реки) до подошвы фундамента;

g – осредненное по слоям расчетное значение удельного веса грунта, расположенного выше подошвы фундамента, вычисленное без учета взвешивающего действия воды, 20 кН/м³;

K₁, K₂ – коэффициенты, принимаемые 0,08 и 20 соответственно

Примечания: 1. Для промежуточных значений J_L и е R₀определяется по интерполяции.

2. При 0,05<J_p<0,1 и 0,15<J_p<0,20 значения R₀ принимаются средними между значениями соответственно для супесей и суглинков и для суглинков и глин.

140,4>79,01>31,36

Производим подбор фундамента.

Требуемая высота и ширина уступов:

h_у = 0,7-2,0 м

a_у = 0,35 -1,15

⩽ tg30⁰ ⩽ 0,577 –условие жесткости

Для дальнейших расчетов принимаем фундамент с размерами в плане b x l = 6 x 12,6 м

Рисунок 3.Схема к определению нагрузок от веса фундамента и грунта на уступах.

Предполагаемый фундамент подобран

Площадь для расчетов примем :

A = l*b = 12,6*6 = 75,6 м²

Расчетное сопротивление нескального грунта под подошвой фундамента

R = 1,7{150[1 + 0,08(6– 2)] + 2,5*20(5 – 3)} = 486,20 кПа

2.4 Проверка напряжений под подошвой фундамента

Расчет преследует цель определить средние, максимальные и минимальные напряжения под подошвой фундамента и сравнить их с расчетным сопротивлением грунта.

, (2.8)

, (2.9)

, (2.10)

где P, P_max и P_min – соответственно среднее, максимальное и минимальное давления подошвы фундамента на основание, МПа;

N_I – расчетная вертикальная нагрузка на основание с учетом гидростатического давления, если оно имеет место, МН;

M_I – расчетный момент относительно оси, проходящей через центр тяжести подошвы фундамента, МН×м;

А – площадь подошвы, м²;

W – момент сопротивления по подошве фундамента, м³;

l – длина подошвы фундамента;

b – ширина подошвы фундамента;

R – расчетное сопротивление грунта под подошвой фундамента, МПа;

g_c – коэффициент условий работы, принимаемый равным 1,2;

g_п – коэффициент надежности по назначению сооружения, принимаемый равным 1,4.

В курсовой работе в целях уменьшения трудоемкости разрешается провести расчеты на нагрузку N_I и момент M_I

N_I = 1,1(P₀ + P_п + Р_ф + Р_в + Р_г) + g_fР_к, (2.11)

N_I = 1,1(5800+1490+5857,68+906,39) + 1,13*6600 = 22917,477 кН

P_ф = = 24 * (12,6*6*1,5+11,3*4,7*1,5+10*3,4*1,5) = 5857,68 кПа (2.12)

P_г = γ * = 11,09*(12,6*6*4,5-244,07-14,4) =906,39 кПа

Осредненное значение удельного веса грунта определяем

, (2.13)

кН/м³

M_I = 1,1T(1,1 + h₀ + h_ф), (2.14)

M_I = 1,1*660(1,1 + 5,8 + 4,5) = 827,64 кН/м

где Р_ф и Р_г – соответственно нагрузки от веса фундамента и грунта на его уступах (с учетом взвешивающих действия воды, если оно имеет место), МН;

Р_в – нагрузка отвеса воды, действующей на уступы фундамента (учитывается, если фундамент врезан в водонепроницаемый грунт), МН;

h_ф – высота конструкции фундамента, м.

Расчетные величины Р₀, Р_пб Р_к, Т, g_f, h₀ даны в курсовом проекте.

При рационально запроектированном фундаменте хотя бы одно из значений Р или P_max должно быть возможно близко к величине допустимого. Если условие (2.8) или (2.9) не удовлетворяется или имеет место большой запас прочности, следует изменить размеры подошвы в соответствующем направлении и путем последовательных попыток запроектировать наиболее рациональную конструкцию фундамента.

Находим коэффициент запаса:

К_з = ⩽ 10%

Выбранный фундамент соответствует всем перечисленным нормам.

Расчет осадки фундамента

Метод послойного суммирования рекомендуется СНиПом [2] для расчета осадок фундаментов шириной менее 10 м. Величина осадки фундамента определяется по формуле

, (3.15)

где b – безразмерный коэффициент, равный 0,8; s_zpi – среднее вертикальное (дополнительное) напряжение в i-м слоев грунта; h_i и E_i – соответственно толщина и модуль деформации i-го слоя грунта (табл. 1.2); n – число слоев, на которое разбита сжимая толща основания.

Техника расчетов сводится к следующему:

1. Сжимаемую толщину грунтов, расположенную ниже подошвы фундамента, разбивают на элементарные слои толщиной h_i£0,4b, где b – ширина подошвы фундамента. Границы элементарных слоев должны совпадать с границами слоев грунтов и уровнем подземных вод (см. рис. 2). Глубина разбивки должна быть примерно равна 3b.

h_i£0,4b = 0,4*6 =2,4 м

2. Определяют значение вертикальных напряжений от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента и на границе каждого подслоя

Осредненное значение удельного веса грунта определяем

где g_i – удельный вес отдельных слоев грунта, МН/м³;

h_i – толщина отдельных слоев грунта выше подошвы фундамента, м.

На основе этих значений строим природную эпюру давления.

3.Далее, для построения единичной эпюры каждое значение природного давления умножаем на 0,2

=15,33 кПа

=18,50 кПа

=21.67 кПа

=26,56 кПа

=31,46 кПа

=36,35 кПа

4. Определяют дополнительное (к природному) вертикальное напряжение в грунте под подошвой фундамента по формуле

. (3.16)

Среднее давление на грунт от нормативных постоянных нагрузок

, (3.17)

N_II = P₀ + P_п + Р_ф + Р_г + Р_в. (3.18)

N_II = 5800+1490+5857,68+906,39 = 14054,07 кН

Значения ординат эпюры распределения дополнительных вертикальных напряжений в грунте вычисляются по формуле

, (3.19)

= 0.968*109,25 = 105.75кПа

= 0.776*109,25 = 84.78 кПа

= 0.523*109,25 = 57.14 кПа

= 0.351*109,25 = 38.35 кПа

= 0.245*109,25 = 26.77 кПа

где a – коэффициент, принимаемый по табл. 3.4 в зависимости от формы подошвы фундамента, соотношения сторон прямоугольного фундамента К_п = l/b и относительной глубины, равной x = 2z/b. По полученным данным s_zg и s_zp строим эпюры

Считаем коэффициент ζ

= = 0,53

= = 1,07

= = 1,87

= = 2,67

= = 3,47

5.По полученным значениям находим коэффициенты α методов интерполяции из таблицы СниП РК 5.01.01-2002 «Основания зданий и сооружений»

Таблица 3.2



0,53	0,968
1,07	0,776
1,87	0,521
2,67	0,351
3,47	0,245

6. Находим усредненные значения дополнительных давлений

= =107,5 кПа

= =95,27 кПа

= = 70,96 кПа

= = 47,75 кПа

= = 32,56 кПа

7. Конечная осадка от фундамента рассчитывается по формуле:

где b = 0,8 – безразмерный коэффициент для всех видов грунтов; σ_zpi_ср – среднее дополнительное вертикальное напряжение в i-ом слое грунта, равное полусумме указанных напряжений на верхней и нижней границах слоя, толщиной h_i.

= = 0,008 м

= = 0,007 м

= = 0,005 м

= = 0,003 м

= 2.40 см

Осадка основания фундамента получается суммированием величины осадки каждого слоя. Она не должна превышать предельно допустимой осадки сооружений, определяемой по формуле

, (3.20)

где S_и – предельно допустимая осадка, см; l_p – длина меньшего примыкающего к опоре пролета, м (табл. 1.1);

S £ S_и.

2,40 см £ 9,95 см

Значения всех характеристик занесены в таблицу 3.3

Таблица 3.3

Расчет осадки основания фундамента

Номер расчетного слоя	Глубина подошвы расчетного слоя от подошвы фундамента z_i, м	Толщина слоя h_i, м	Расчетный удельный вес грунта g, кН/ м³	Природное давление s_zg на глубине z_i, кПа	Коэффициент x = 2z_i/b	Коэффициент α_i	Дополнительное давление σ_zp на глубине z_i, кПА	Среднее дополнительное давление в слое σ_zpcp, кПа	Модуль деформации грунта Е_i, кПа	Осадка слоя S_i, м
0	0	0	15,33	76,65	0	1,000	109,25	-	21000	-
1	1,6	1,6	9,9	92,49	0,53	0,968	105,75	107,50	21000	0,008
2	3,2	1,6	9,9	108,33	1,07	0,776	84,78	95,27	21000	0,007
3	5,6	2,4	10,2	132,81	1,87	0,523	57,14	70,96	24000	0,007
4	8,0	2,4	10,2	157,29	2,67	0,351	38,35	47,75	24000	0,005
5	10,4	2,4	10,2	181,77	3,47	0,245	26,77	32,56	24000	0,003

Рисунок 4.Схема к расчету осадки фундамента

Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 404; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!