Методические указания - Основания и фундаменты - файл n1.doc

приобрести
Методические указания - Основания и фундаменты
скачать (285.8 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc1191kb.09.02.2007 14:13скачать

n1.doc

Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации
Саратовский Государственный Технический Университет

Основания и фундаменты
Методические указания

к выполнению курсовой работы

по дисциплине «Основания и фундаменты»
Одобрено

Редакционно-издательским советом

Саратовского государственного

Технического университета


Саратов 2006

1. Общие указания
Данные методические указания посвящены вопросу проектирования фундамента мелкого заложения и свайного фундамента из висячих забивных призматических железобетонных свай.

При выполнении курсовой работы рассматриваются 3 варианта фундаментов. Из них обязательными являются вариант фундамента мелкого заложения и вариант фундамента из забивных призматических свай. Третий вариант выбирается в зависимости инженерно-геологических условий площадки, конструктивных особенностей здания и фундаментов, величины нагрузок на фундаменты. В качестве варианта может быть рассмотрен фундамент из буровых, буронабивных или набивных свай, фундамент на искусственном основании и т.д. Варианты явно нецелесообразные рассматривать не следует.

После расчёта вариантов фундаментов по грунту (определения размеров подошвы, расчёта осадок, при необходимости несущей способности основания) и разработки конструкций фундамента выполняется экономическое сравнение технически полноценных фундаментов по укрупнённым показателям. За основной вариант принимается наиболее экономичный. По этому варианту полностью рассчитывается все фундаменты, занумерованные в задании.

В пояснительной записке приводятся все необходимые обоснования решений и расчёт в соответствии с заданием и в той же последовательности. В записке приводятся эскизы, расчётные схемы с необходимыми размерами и привязками. Расчёты приводятся с минимальными текстовыми пояснениями, но обязательно сопровождаются формулами. Не следует переписывать задание на проект (текст, схему задания и др.). Записка пишется на стандартных листах бумаги формата А4 с оставлением полей. Страницы нумеруются. Приводится список использованной литературы. Записка снабжается оглавлением.

Графическая часть работы выполняется карандашом на листе ватмана формата А1. На листе должны быть представлены: разрез здания, схема расположения фундаментов (если основной вариант не свайный), Схемы расположения свай и ростверков, геологический разрез с вариантами фундаментов, запроектированные фундаменты, узел опирания фундаментных балок на фундамент в трёх проекциях, спецификация монолитных и сборных элементов к схемам расположения фундаментов (ростверков и свай). Если основным вариантом является не свайный фундамент, то в учебных целях на листе дополнительно вычерчивается просчитанный свайный вариант фундамента. Армирование фундаментов условно не показывается.

Допускается оформление пояснительной записки и графической части курсовой работы на компьютере с использованием текстовых и графических редакторов (Microsoft Word, Microsoft Excel, AutoCAD и др.)

2. Оценка характера нагрузок и конструктивных особенностей фундамента.
В задании приведены расчётные нагрузки по обрезу фундамента для расчёта по второй группе предельных состояний - и . Расчётные нагрузки для расчёта по первой группе предельных состояний , , определяются путём умножения заданной нагрузки на осреднённый коэффициент перегрузки .

В работе необходимо оценить нагрузки – абсолютные значения, возможные эксцентриситеты.

Конструктивные особенности фундамента оцениваются по принадлежности к зданию, конструктивные особенности которого в свою очередь оцениваются по чувствительности к осадкам и возможным последствиям при неравномерных осадках. К конструктивным особенностям фундамента относятся также способ сопряжения фундамента с колонной, отметка обреза фундамента. Наличие стакана или анкерных болтов, влияющих на высоту фундамента.
3. Оценка инженерно-геологических условий.
При оценке инженерно-геологических условий студент должен:

  1. Свести все заданные характеристики грунтов в таблицу.

  2. Вычислить и свести в таблицу недостающие характеристики грунтов.

вычисляется только для глинистых грунтов с целью определения наименования грунта (супесь, суглинок, глина).



используется для определения состояния глинистого грунта.


По коэффициенту пористости оценивается плотность сложения песков.


где - удельный вес воды.

По степени влажности крупнообломочные и песчаные грунты подразделяются на маловлажные, влажные и насыщенные водой.

Где - коэффициент относительной сжимаемости 1/МПа;

- коэффициент сжимаемости, 1/МПа;

- коэффициент, определяемый по формуле:

, (6)

где - коэффициент Пуассона, принимаемый для песков и супесей равным 0,3; для суглинков 0,35; для глин, илов и торфов 0,42.

Грунт считается сильносжимаемым, если 5 МПа; малосжимаемым, если > 20 МПа.



, (7)


  1. Построить инженерно-геологический разрез в месте расположения проектируемого фундамента с указанием отметки природного рельефа и отметки уровня подземных вод, мощности слоёв грунта, в том числе и почвенного, необходимых характеристик каждого слоя грунта. В курсовой работе следует условно принять ровный рельеф местности и одинаковую мощность слоёв в любой точке строительной площадки.

  2. На основании анализа геологического разреза, а также полученных и вычисленных физико-технических характеристик грунтов, делается заключение о строительной площадке и её пригодности грунтов в качестве основания фундаментов.


ПРИМЕР 1
Оценить инженерно-геологические условия строительной площадки. Район строительства – г. Нижний Новгород: Mt=42,0. Отметка природного рельефа (NL) – 141,400 м. Уровень подземных вод на отметке 136,000 м. Мощность почвенного слоя – 0,4 м, слоя №1 – 0,8 м, слоя №2 – 2,7 м. Мощность третьего слоя бурением скважин на глубину 15 м от отметки природного рельефа не вскрыта. Исходные данные о грунтах приведены в табл.1.

Рассмотрим слои грунтов основания сверху вниз.

Почвенный слой. При разработке котлована подлежит срезке и использованию для рекультивации земель.



Слой №1 - суглинок.

; ;

; ;



Для суглинка =0,35; ;
1/МПа; =0,623/0,048=13 МПа.
По показателю текучести грунт относится к тугопластичным, по модулю деформации – к среднесжимаемым.


Слой №2 – супесь.

; ;

; ;



Для супесей =0,30; ;
1/МПа; =0,743/0,124=6 МПа.

Таблица 1 Физико-механические характеристики грунтов по данным лабораторных исследований .

№ слоя

Наименование грунта

, т/м3

, т/м3

, д.е.

, д.е.

, д.е.

, 1/МПа

, м/с

, град

С, МПа




Почвенный слой

1,63

-

-

-

-

-

-

-

-

1

Суглинок

1,93

2,73

0,29

0,37

0,21

0,088

2,3·10-7

19

0,024

2

Супесь

1,83

2,72

0,24

0,26

0,20

0,217

7,2·10-4

17

0.005

3

Глина

1,94

2.75

0,27

0,44

0.23

0,44

1,0·10-7

20

0,030



Таблица 2 Физико-механические характеристики грунтов, полученные расчётом.

№ слоя

Наименование грунта

, кН/м3

, кН/м3

, кН/м3

, д.е.

, д.е.

е, д.е.

, д.е.

, 1/МПа

Е, МПа




Почвенный слой

16.0

-

-

-

-

-

-

-

-

1

Суглинок

18,9

26,7

9,1

0,16

0,50

0,83

0,94

0,048

13

2

Супесь

17,0

26.6

9,0

0,06

0,67

0,85

0,75

0,124

6

3

Глина

19.0

27,0

9,4

0,21

0,19

0,80

0,91

0.024

16


По показателю текучести супесь находится в пластичном состоянии, по модулю деформации грунт близок к сильно сжимаемым.


Слой №3 – глина.

; ;

; ;



Для глин =0,42; ; 1/МПа; =0,892/0,024=16 МПа.
По показателю текучести глина находится в полутвёрдом состоянии, по модулю деформации относится к средне сжимаемым.



Характеристики грунтов, полученные расчётом, сведены табл.2.

По исходным данным построим инженерно-геологический разрез в месте расположения проектируемого фундамента.



Рис.2 Инженерно-геологический разрез площадки


Заключение по площадке
Природный рельеф площадки строительства спокойный. Грунты основания имеют слоистое напластование с выдержанным залеганием пластов. Все они могут служить естественным основанием. Наличие на глубине 3,2 м пластичных супесей, близких к сильносжимаемым грунтам, ухудшает грунтовые условия площадки.

Фундаменты мелкого заложения с небольшими нагрузками можно заложить в пределах слоя суглинков с обязательной проверкой прочности подстилающего слоя супесей. Грунтовые воды залегают на отметке 136,000 м и не повлияют в этом случае на выбор типа фундамента.

При использовании в качестве основания глин, залегающих на глубине 6,9 м и ниже уровня подземных вод, значительно повысится стоимость и трудоёмкость фундаментных работ. В этом случае целесообразно рассмотреть вариант свайного фундамента.

При больших нагрузках на фундаменты в качестве несущего слоя можно использовать суглинки слоя №1 с предварительным улучшением строительных свойств подстилающих супесей.
4. Определение глубины заложения подошвы фундамента.
При выборе глубины заложения подошвы фундамента решается вопрос о несущем слое грунта и типе основания.

Обычно, стремятся принимать возможно меньшую глубину заложения подошвы фундамента. Однако часто самые верхние слои грунтов не соответствуют требованиям, предъявляемым к грунтам основания, так как обладают большой сжимаемостью и малой несущей способностью.

Поэтому при выборе глубины заложения подошвы фундамента задача решается комплексно с учётом:

Глубина заложения фундаментов назначается в соответствии с п.п. 2.25-2.33 [1].

Отметка верха фундамента под железобетонную колонну принимается на 0,15 м ниже уровня пола. Для заглубления баз металлических колонн обрезы фундаментов располагаются на отметках – 0,7 или 1,0 м. Для металлических колонн, у которых база отсутствует, отметка верха подколонника составляет – 0,25 м.

При определении глубины заложения подошвы фундамента под железобетонные колонны глубина заделки в стаканы в большинстве случаев принимаются равной , а глубина самого стакана на 50 мм больше глубины заделки колонны (см. рис.2 и 3). Толщина днища стакана принимается не менее 200 мм.

Размеры верха фундамента металлической колонны принимаются не менее размеров опорной плиты её базы, а высота фундамента должна обеспечивать требуемую глубину заделки в бетон анкерных болтов (рис.4).

Для анкерных болтов с отгибами глубина заделки в бетон должны быть равна 25 ( – диаметр анкерного болта).

Высоту фундамента рекомендуется назначать кратной 300 мм.
5. Определение размеров подошвы.
Требуемые размеры подошвы фундамента зависят от величины передаваемых нагрузок и физико-механических свойств грунтов основания.

Предварительно ширину подошвы фундамента в может быть определена по условному расчётному сопротивлению грунта , значения которого приведены в приложении 2 [1].
, (8)
где - осреднённый удельный вес фундамента и грунта, принимаемый равным 20 кН/м3;

- отношение сторон подошвы фундамента ();

- глубина заложения фундамента от уровня планировки.

С учётом найденной ширины фундамента в по формуле (7) [1] вычисляется величина расчётного сопротивления грунта основания , кПа.

По величине расчётного сопротивления грунта основания находится уточнённая ширина фундамента в по формуле
. (9)
Обозначения те же, что и в формуле (8).

Если найденное значение существенно отличается от полученной ранее (при предварительном определении) ширины фундамента, то с использованием последнего значения в вычисляют новое расчётное сопротивление грунта и вновь определяют ширину фундамента в по формуле (9). Вычисления продолжают до тех пор, пока последующее и предыдущее в не будут близки между собой, разница в пределах 0,1 м. После этого размер в округляют в большую сторону и принимают кратным 300 мм. Затем вычисляют размер и принимают его кратным 300 мм.

При окончательно принятых размерах центрально-нагруженного фундамента среднее давление под подошвой от расчётных вертикальных усилий, передаваемых от вышележащих конструкций веса фундамента и грунта на его обрезах , не должно превышать расчётного сопротивления грунта основания.

. (10)

В случае действия на фундамент моментов () величины краевых давлений под подошвой фундамента должны удовлетворять условиям

; (11)

, (12)

где - момент сопротивления подошвы фундамента относительно оси, перпендикулярной плоскости действия момента.

. (13)

В случае залегания в пределах сжимаемой толщи основания на глубине (рис. 5) от подошвы фундамента слоя грунта меньшей прочности, чем прочность вышележащих слоёв, размеры подошвы назначаются с учётом выполнения условия (проверки по слабому подстилающему слою)

, (14)

где - дополнительное давление на глубине z от подошва фундамента, кПа, определяемое по формуле

, (15)

где - среднее давление под подошвой фундамента, кПа;

- вертикальное нормальное напряжение от собственного веса

грунта на глубине z, кПа;

- коэффициент, принимаемый по табл.1 Приложения 2 [1];

- расчётное сопротивление грунта пониженной прочности на

глубине , кПа, вычисляемое по формуле (7) [1] для условного

фундамента шириной .

Ширина условного фундамента определяется по формуле

; (16)

где и определяются из соотношений:

; (17)

; (18)

Здесь - суммарная вертикальная нагрузка на основание от фундамента, кН;

и - соответственно, длина и ширина подошвы фундамента.

При проверке по слабому подстилающему слою величину принимают равной расстоянию от подошвы фундамента до кровли слабого слоя. Необходимость проверки по слабому подстилающему слою можно установить путём сравнения величин (см. формулу (8)) для грунта, в котором находится подошва фундамента и для следующего слоя грунта.
6. Конструирование фундаментов.
Проектный класс бетона по прочности на сжатие для монолитных фундаментов рекомендуется назначить В12,5 и В15, для сборных – В15, В20, В25.

Бетон для замоноличивания колонн в стакане фундамента должен быть не ниже класса бетона фундамента и не ниже класса бетона колонн, уменьшенного на одну ступень.

Для армирования применяется стержневая горячекатаная арматура периодического профиля класса А-III и круглая класса А-I.

Защитный слой бетона принимается не менее 30 мм, а для нижней арматуры не менее 70 мм при отсутствии бетонной подготовки и 35 мм при её наличии [1].

Толщина стенок (рис.1.2) армированного стакана в соответствии с [1] должна составлять в плоскости действия момента при или при . При этом в плоскости и из плоскости действия изгибающего момента принимается не менее 150 мм.

Зазоры между колонной и стенкой стакана (см. рис.2 и рис.3) должны быть по верху не менее 75 мм и по низу не менее 50 мм.

Глубина заделки в стаканы для прямоугольных железобетонных колонн в большинстве случаев принимаются равной , а глубина самого стакана на 50 мм больше глубины заделки колонны (см. рис.2 и 3). Толщина днища стакана принимается не менее 200 мм.

Подколонник обычно переходит в плитную часть, состоящую из одной или нескольких ступеней (Рис. 2, 3).

Размеры в плане подошвы фундамента, ступеней, подколонника рекомендуется принимать кратными 300 мм.

Высоту ступеней рекомендуется назначать равной 300, 450 и при большей высоте плитной части фундамента 600 мм [2].

Высоту фундамента рекомендуется назначать кратной 300 мм [2].

Фундаменты могут иметь повышенную стаканную часть (см. рис. 3). Такие фундаменты применяются с целью завершения работ нулевого цикла до возведения надземной части здания или по каким-либо другим соображениям.

Высота плитной части фундамента (см. рис. 2и 3) назначается по расчёту или по результатам конструирования ступеней. Если высота фундамента , определённая в соответствии с п. 4, получается больше высоты плитной части, то увеличение высоты фундамента производят за счёт подколонника (см. рис.3).

Форму фундаментов в плане при центральной нагрузке рекомендуется принимать квадратной.

При внецентренной нагрузке подошву фундамента рекомендуется принимать прямоугольной формы с соотношением сторон от 1,2 до 1,6.

При конструировании плитной части по высоте сначала принимают, что она состоит из одной ступени высотой . Наибольший допустимый вынос нижней зоны ступени может быть найден по формуле
,
где – коэффициент, принимаемый по табл. 3 в зависимости от класса бетона фундамента и величины максимального краевого давления , определяемого по формуле (11).

Таблица 3

Величина коэффициента К1

, МПа

В12,5

В15

В25

, МПа

В12,5

В15

В25

0,15

3

3

3

0,40

2,4

2,7

3

0,20

3

3

3

0,45

2,2

2,5

3

0,25

3

3

3

0,50

2,1

2,3

2,8

0,30

2,8

3

3

0,55

2

2,2

2,6

0,35

2,6

2,7

3

0,60

1,9

2,1

2,5


Рабочая высота нижней ступени
(20)
где - расстояние от центра тяжести арматуры до нижней грани подошвы фундамента.

Если фактический вынос нижней ступени получается больше величины , то принимают ещё одну-две ступени или увеличивают высоту нижней ступени. При этом, вынос всех ступеней кроме нижней должен быть равным их высоте.

Определение основных размеров плитной части фундаментов под стальные колонны производится так же, как и для фундаментов под железобетонные колонны.

Анкерные болты должны быть заделаны в фундамент на величину анкеровки , равную 25, где – диаметр анкерного болта.

В общем случае фундамент рассчитывается на продавливание и раскалывание, производится определение сечения арматуры подошвы фундамента, выполняется расчёт подколонника и стаканной части. Однако, все эти расчёты выполняются в курсовом проекте по железобетонным конструкциям, а в данной курсовой работе их производить не следует.
7. Определение конечной осадки основания фундамента.
Расчёт оснований по деформациям производится, исходя из условия
, (21)

где – совместная деформация основания и сооружения, определяемая расчётом;

u – предельное значение совместной деформации основания и сооружения, устанавливаемой по указаниям п.2.51-2.55 [1].

Деформации основания, развивающиеся за счёт уплотнения грунта, определяются с использованием расчётных схем в виде линейно-деформируемого полупространства (метод послойного суммирования или линейно-деформируемого слоя).

В методе послойного суммирования осадка основания определяется по формуле

, (22)

где =0,8 – безразмерный коэффициент;

– среднее значение дополнительного вертикального напряжения в -ом слое грунта, равное полусумме указанных напряжений на верхней и нижней границах слоя;

и – соответственно толщина и модуль деформации слоя грунта (принимается , где в – ширина подошвы фундамента);

– число слоёв, на которое разбита сжимаемая толща основания (рис.6).

Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на границе слоя, расположенного на глубине z, от подошвы фундамента определяется по формуле

, (23)
где – удельный вес грунта, расположенного выше подошвы фундамента;

и – удельный вес и толщина -ого слоя грунта;

– вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента;

– глубина заложения фундамента от поверхности природного рельефа.

Удельный вес грунтов, залегающих ниже уровня подземных вод, но выше водоупора, должен приниматься с учётом взвешивающего действия воды.

Дополнительные вертикальные напряжения на глубине z от подошвы фундамента определяются по формуле
, (24)
где – коэффициент, принимаемый по табл.1 Приложения 2 [1] в зависимости от относительной глубины и от соотношения сторон прямоугольного фундамента ;

– дополнительное вертикальное давление под подошвой фундамента

, (25)
где – среднее давление под подошвой фундамента, определяемое по формуле (3).

Для фундаментов шириной м значение принимается равным среднему давлению под подошвой .

Нижняя граница сжимаемой толщи основания, до которой производится суммирование осадок по формуле (22), принимается на глубине, где выполняется условие .

Если граница сжимаемой толщи оказывается в слое грунта с модулем деформации <5 МПа, то нижнюю границу сжимаемой толщи следует находить, исходя из условия .
8. Пример 2.
Для здания без подвала определить глубину заложения подошвы фундамента мелкого заложения под крайнюю колонну, подобрать площадь его подошвы, законструировать фундамент и определить конечную осадку основания фундамента. Район строительства г. Нижний Новгород. Среднесуточная температура воздуха в помещении . Геологические условия строительства площадки принять по примеру 1. Сечение железобетонной колонны 40х60 см. Отношение длины сооружения к высоте L/H=8. Полы на лагах по грунту. Вертикальная нагрузка на обрез фундамента NII=1800 кН, момент МII=180 кН·м. Максимальная осадка основания Smax=8 см.

Для суглинков слоя №1 глубина промерзания при Мt=1 составляет d0=0,23 м. При Мt=42,0 для здания без подвала с полами на лагах по грунту и температуре воздуха в помещении коэффициент Кh=0,64.

м.

В соответствии с п. 2.29 [1] для суглинков с показателем текучести JL>0,25 с учётом глубины расположения уровня грунтовых вод dw>df+2 (4,15>2,95) глубина заложения подошвы фундамента должна быть не менее df=0,95 м.

Принимаем по конструктивным соображениям высоту фундамента Нф=1200 мм.

Расчётная схема фундамента приведена на рис.4.

Для предварительного определения размеров подошвы фундамента находим величину условного расчётного сопротивления грунта основания R0 по табл.3 Приложения 3 [1]. Для суглинка слоя № 1 с JL=0,5 и е=0,83 по интерполяции получим R0=187 кПа.

По формуле (8) определяем ширину подошвы квадратного в плане фундамента

.
Определим расчётное давление на грунт основания по формуле 7 [1]. Значения коэффициентов по табл.3 [1] , . По табл.4 [1] при находим значения коэффициентов ; ; .

Для бесподвального здания при в=3 м и d1=1,35 м получим
кПа .
Вновь определяем ширину подошвы фундамента по формуле (9)

.
Так как имеем значительное расхождение величины в с предыдущим значением, то вновь определяем R при в=2,7 м.
кПа .
По формуле (9) получим
.
Два последних значения в близки между собой и поэтому принимаем ближайший размер в, кратный 300 мм.

; ;

кПа.

Среднее давление под подошвой фундамента по формуле (10) составит кПа
Определим краевые давления под подошвой фундамента по формулам (11) и (12)

кПа<1,2R=1,2·265,8=319 кПа.

кПа>0.
Условия (10), (11) и (12) выполняются. Следовательно, принимаем размеры подошвы фундамента 3х3 м.

Выполним проверку напряжений, действующих на кровле пластичных супесей (проверка по слабому подстилающему слою).

Кровля слоя супесей (см. рис. 5) расположена на глубине z=2,45 м от подошвы фундамента. Для супеси , кПа.

Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на глубине 3,8 м от отметки планировки срезкой, составит
кПа

По табл.1 Приложения 2 [1] при и находим .

В соответствии с формулами (15), (17), (18) получим:

кПа ;
;

.
Ширина условного фундамента по формуле (16) составит
м .
По табл. 3 и 4 [1] для супесей с JL=0,67 и получим , , ; ; .

Расчётное сопротивление супесей, залегающих под подошвой условного фундамента шириной м.

кПа.

Проверяем условие (14)



Условие выполняется. Поэтому оставляем принятые размеры подошвы фундамента в=3 м; l=3 м.

Выполним конструирование фундамента.

Толщина стенок (см. рис. 2 и 3) армированного стакана при м должна составить мм. Конструктивно принимаем =175 мм в направлении размера в.

Глубина заделки колонны в стакан мм.

Глубина стакана мм.

Тогда толщина днища стакана равна

мм, что больше минимально допустимой толщины 200 мм.

Коэффициент при классе бетона В15 и кПа в соответствии с таблицей 3 =3.

Примем высоту нижней ступени =300 мм. Тогда рабочая высота бетона при величине мм (здесь 20 – предполагаемый диаметр арматуры) =300-80=220 мм.

Допустимый вынос нижней ступени =3·220=660 мм.

Фактический вынос ступени (в предположении, что плитная часть состоит из одной ступени) в направлении размера в составляет
мм.
Принимаем в направлении в плитную часть трёхступенчатой с высотой ступени мм и выносом нижней ступени .

В направлении фактический вынос нижней ступени составит
мм.
Принимаем в направлении плитную часть двухступенчатой с высотой ступени мм и выносом нижней ступени .

Определим конечную осадку основания фундамента методом послойного суммирования.

Однородные пласты основания ниже подошвы фундамента разделим на слои толщиной м.

Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента =18,9·1,35=25,5 кПа.

Дополнительное давление в уровне подошвы фундамента в соответствии с формулой (25) составляет: кПа.

Значения и определяются по формулам (23) и (24).

Для z=0,8 м:

=25,5+18,9·0,8=40.6 кПа.

При и по табл.1 Приложения 2 [1] по интерполяции =0,808.

Тогда =0,808·201,5=162,8 кПа.

Ниже уровня подземных вод (WL) значения определяются с учётом взвешивающего действия воды. При достижении водоупора эпюра делает скачок, равный давлению от расположенного выше столба воды.

Результаты расчётов сведены в табл.4. Расчётная схема представлена на рис.6.

Таблица 4

Z, м


,

,

, кПа







, кПа

, кПа

0

18,9

-

25,5

0

1

201,5

182,15

0,8

18,9

-

40,6

0,53

0,808

162,8

148,8

1,6

18,9

-

55,7

1,07

0,669

134,8

111,83

2,45

18,9

-

71,8

1,63

0,441

88,86

69,82

3,65

17,0

-

92,2

2,43

0,252

50,78

44,54

4,35

-

9,0

98,5

2,9

0,19

38,29

33,55

5,15

17,0

9,0

105,7

3,43

0,143

28,81

24,28










117,7













6,35

19,0

-

140,5

4,23

0,098

19,75





По формуле (22) осадка основания составляет:



Полученная осадка основания фундамента меньше предельно допустимой. Требования СНиП [1] выполняются.
9. Определение глубины заложения ростверка

свайного фундамента. Выбор размера сваи.
Глубина заложения подошвы ростверка свайного фундамента выбирается в зависимости от глубины сезонного промерзания и конструктивных особенностей фундамента (см. п. 4). В отличие от фундаментов мелкого заложения глубина заложения подошвы ростверка не зависит от глубины расположения несущих слоёв грунта, так как нагрузка от сооружения передаётся на основание через сваи, а работа ростверка с грунтом не учитывается.

Выбор размеров поперечного сечения сваи и её длины производится по соответствующим каталогам или справочникам (например [4]).

Размеры поперечного сечения сваи зависят от величины нагрузки, передаваемой на фундамент и от инженерно-геологических условий строительной площадки. При больших нагрузках или слабых грунтах размеры принимаются большими, при небольших нагрузках или прочных грунтах – меньшими.

При выборе длины сваи необходимо решить вопрос о несущем слое грунта под нижним концом сваи. Как правило, свая должна опираться нижним концом на наиболее прочный грунт. При этом нижний конец сваи должен быть погружён в этот грунт не менее, чем на величину, оговорённую в п. 12 настоящих указаний.

Длина сваи зависит от глубины заложения подошвы ростверка и от глубины заделки головы сваи в ростверк (см. п. 12).
10. Определение несущей способности сваи.
Расчёт свайных фундаментов и их оснований по несущей способности (по первой группе предельных состояний) выполняется на действие расчётных нагрузок с индексом I (см. п. 2 указаний).

Расчёт производится по прочности материала свай и по несущей способности грунта основания .

За несущую способность сваи принимается меньшее значение из двух величин и . В курсовом проекте необходимо определить только величину и принять её за несущую способность сваи.

Несущую способность висячей забивной сваи следует определять как сумму сил расчётных сопротивлений грунтов основания под нижним концом сваи и её боковой поверхности по формуле (8) [3].
(26)

где

=1 - коэффициент условий работы сваи в грунте;

R – расчётное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, принимаемое по табл.1 [3];

А – площадь поперечного сечения сваи, м2;

u – наружный периметр поперечного сечения сваи, м;

- расчётное сопротивление i-ого слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа, принимаемое по табл.2 [3];

- толщина i-ого слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м. Пласты грунтов следует расчленять на однородные слои, толщиной не более 2 м;

- коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, принимаемые по табл. 3 [3].
11.Определение требуемого количества свай в фундаменте. Определение фактической нагрузки на сваю.
Требуемое количество свай в кусте определяют по формуле
(27)
и округляют до целого числа в большую сторону. В случае передачи на свайный фундамент моментной нагрузки количество свай целесообразно заранее увеличить на 20%.

В формуле (27)

, (28)
где =1,1 – коэффициент надежности по нагрузке;

– глубина заложения подошвы ростверка от отметки плани-

ровки;

=20 кН/м3 – осреднённый удельный вес материала фундамента и грунта на его уступах;

АР – площадь ростверка, определяемая приближённо по формуле
. (29)
Здесь – расстояние между осями свай. Для висячих призматических

забивных свай принимается ;

– коэффициент надёжности, равный 1,4 , если несущая

способность сваи определяется расчётом;

– размер поперечного сечения сваи.

После определения требуемого количества свай производят расстановку свай под ростверком и определяют расчётные усилия, действующие на крайние сваи по формуле

, (30)
где Nd – вертикальная сила, кН, действующая на обрезе фундамента

(с учётом );

М – расчётный изгибающий момент в уровне обреза фундамента;

у – расстояние от главной оси до сваи, для которой определяется нагрузка;

уi – расстояние от главной оси до каждой сваи.

Затем проверяют выполнение условия
(31)
Если условие не выполняется, то либо увеличивают расстояние между сваями, либо увеличивают количество свай, после чего заново расставляют сваи под ростверком и повторяют расчёты по формулам (30) и (31).

12. Конструирование ростверка
Ростверки под колонны конструируются как фундаменты мелкого заложения (см. п. 6). При этом расстояние от дна стакана до подошвы ростверка должно составлять не менее 250 мм.

Размеры ростверка рекомендуется принимать [5]:

Расстояние от края плиты ростверка до ближайших граней свай не менее 100 мм.

Проектный класс бетона по прочности на сжатие для ростверков свайных фундаментов рекомендуется назначать не ниже В12,5.

Сопряжение свайного ростверка со сваями допускается предусматривать как свободно опирающимся, так и жёстким. Вид сопряжения устанавливается в соответствии с п. 7.4 [3]. В курсовой работе следует устраивать свободное сопряжение ростверка со сваями, при котором голова сваи заделывается в монолитный ростверк на глубину 5-10 см.

Выбор длины свай должен производиться в зависимости от грунтовых условий строительной площадки, уровня расположения подошвы ростверка. Нижний конец свай, как правило, следует заглублять в прочные грунты, прорезая более слабые напластования грунтов. При этом заглубление забивных свай в грунты, принятые за основание под их нижние концы, должно быть: в крупнообломочных, гравелистых, крупных и средней крупности песчаных, пылевато-глинистых грунтах с показателем текучести JL0,1 – не менее 0,5 м, а в прочих нескальных грунтах – не менее 1,0 м.
13. Определение осадки основания свайного фундамента.
Определение осадки основания фундамента из висячих свай производится как для условного фундамента на естественном основании (см. п. 7). Границы условного фундамента определяются следующим образом (рис.7):

снизу – плоскостью АБ, проходящей через нижние концы свай;

с боков – вертикальными плоскостями АВ и БГ, отстоящими от наружных граней крайних рядов свай на расстоянии ;

сверху – поверхностью планировки грунта ВГ;

где – средневзвешенное расчётное значение угла внутреннего трения

грунта, определяемого по формуле
, (32)
где , ,– расчётные значения углов внутреннего трения для

пройденных сваей слоёв грунта, толщиной , , ….

;

d – глубина погружения свай в грунт, считая от подошвы

ростверка.

В собственный вес условного фундамента при определении его осадки включается вес свай и ростверка, а также вес грунта в объёме условного фундамента. Допускается принимать осреднённый удельный вес условного фундамента .

При определении осадки методом послойного суммирования следует помнить, что эпюра дополнительных давлений строится от отметки нижнего конца свай до подошвы условного фундамента АБ, а эпюра давлений от собственного веса грунта – от отметки природного рельефа (при планировке срезкой – от отметки планировки).

14. Пример 3
Для исходных данных к примеру 2 запроектировать фундамент из забивных висячих железобетонных свай.

Отметка подошвы фундамента мелкого заложения (-1.350).

По всем физико-механическим характеристикам слой №3 (глина) является более прочным, чем слой № 2. Поэтому в качестве несущего слоя под нижним концом сваи принимаем слой №3. Заглубление сваи в слой №3 при JL=0,19 (>0,1, см. п. 7.10 [3]) должно быть не менее 1,0 м.

Принимаем свободное сопряжение ростверка со сваей с глубиной заделки оголовка сваи в ростверк – 100 мм.

Требуемая длина сваи (рис.8) составляет

м.

Принимаем сваю сечением 30х30 см, длиной 7 м.

Разбиваем все напластования на слои толщиной м (рис. 8) и находим расстояние от отметки природного рельефа до середины каждого слоя и до нижнего конца сваи.

По табл. 1 и 2 [3] по интерполяции находим: R=4928 кПа; =18,5 кПа; =21 кПа; =12 кПа; =13 кПа; =62 кПа.

Площадь поперечного сечения ствола сваи:

, периметр ствола u=0,3·4=1,2 м; =1.

По табл.3 [3] =1, =1.

Несущая способность сваи по формуле (26):
=

= кН .
Расчётные усилия на обрез свайного фундамента:

кН; кН·м.

Площадь ростверка по (29) при коэффициенте надёжности =1,4 и м:

.
Тогда по формуле (28): кН.

Требуемое количество свай в соответствии с (27):

шт.

Принимаем 5 свай и располагаем их на расстоянии м в осях друг от друга (рис.9).

Определим нагрузку с учётом изгибающего момента, действующего на крайнюю сваю по формуле (30):
кН.

.
Условие (31) выполняется. Следовательно, конструируем ростверк для фундамента из 5 свай.

Конструируем ростверк с одной ступенью высотой 300 мм и с размерами подошвы в плане 2100х1500 мм.

Расчёт основания по деформациям в примере не приводится, так как он аналогичен определению осадки фундамента мелкого заложения (см.п.7 и 8).

Литература


  1. СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений./Госстрой СССР, М.: Стройиздат, 1985, 40с.

  2. Пособие по проектированию фундаментов на естественном основании под колонны зданий и сооружений (к СНиП 2.03.01-84 и СНиП 2.02.01-83) /Ленпромстрой, Центральный институт типового проектирования Госстроя СССР, 1989. – 212с.

  3. СНиП 2.02.03.-85. Свайные фундаменты / Госстрой СССР, М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986.- 48с.

  4. Основания, фундаменты и подземные сооружения / Под общ. ред. Е.А. Сорочана и Ю.Г. Трофименкова. М.: Стройиздат, 1987. – 480с., ил. (Справочник проектировщика).

  5. Пособие по проектированию железобетонных ростверков свайных фундаментов под колонны зданий и сооружений (к СНиП 2.03.01-84 Бетонные и железобетонные конструкции) / ЦНИИ промзданий Госстроя СССР и НИИЖБ СССР. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1985.- 52 с.



Рис 2



Рис 3





Рис 4




Рис 5


Рис 6

Рис 8


Рис 7



Рис 9

Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации