Расчет основания и фундаментов под промышленный узел по обогащению руды

4. ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ.

4.1. Оценка инженерно-геологических условий стройплощадки.

ОЦЕНКА ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ СТРОЙПЛОЩАДКИ.

          В результате проведения инженерно-геологических изысканий

получены  данные о грунтах, слогающих основание. Было пробурено три  скважины. Грунты не просадочные, имеют слоистое напластывание с выдержанными залеганиями пластов.  Все они могут служить естественным основанием под фундаменты /кроме слоя № 1,2/.

          Определяем вид грунта, оценим состояние и выясним свойства отдельных его слоев.

          Слой №1. Насыпной слой /суглинок, кирпич/. В качестве основания под фундаменты принят быть не может. Удаляется и вывозится.

Слой № 2. Почвенный слой. В качестве основания под фундамент принят быть не может. Удаляется и вывозится в отвал для последующего использования.

Слой №3. Суглинок желто-бурый. Для суглинка определяем число пластичности  и показатель текучести.

Ip=WL-Wp= 0,38-0,22=0,18

IL=(W-Wp)/(WL-Wp)=0,21-0,22/(0,38-0,22)=0,01/0,18=0,055

Коэффициент пористости

C=Ss/S(L+W)-1=2,72/[1,9(1+0,21)-1]=0,73

Степень влажности:

SR=W ρs/(L ρw)= 0,21х2,72/(0,73х1)=0,65

         Данный слой представлен глиной полутвердой и может быть использован в качестве естественного основания.

          Слой № 4. Глинистый грунт.

Определяем число пластичности и показатель текучести:

                       Ip=WL-Wp=0,37-0,16=0,21

IL=(W-Wp)/(WL-Wp)=0,26-0,16/(0,37-0,16)=0,47

Коэффициент пористости

                      ℓ=ρs/ρ(1+ W)–1=2,71/1,98(1+0,26)-1=0,72

Степень влажности:

                       SR=W ρs/(ℓ ρ_w)= 0,26х2,71/(0,72х1)=0,978

Данный слой представлен глиной тугопластичной и может быть использован в качестве естественного основания.

                         Выбор типа оснований и фундаментов.

          На основе оценки инженерно-геологических условий, действующих нагрузок и типа сооружения принят фундамент на естественном основании. В качестве естественного основания принимаем слой № 3 – глина полутвердая с расчетным сопротивлением

R₀ =362кПа при С=0,73,  и  IL=0,055.

4.2. Определение глубины заложения фундамента.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЛУБИНЫ ЗАЛОЖЕНИЯ ФУНДАМЕНТА

          Глубина заложения фундаментов должна быть достаточной для надежной работы основания из условия его расчета по предельным состояниям и исключения возможности промерзания грунта под подошвой фундамента.

          Глубина заложения фундаментов определяется с учетом следующих факторов:

1.  Геологических гидрогеологических условий.

2.  Величины и характера нагрузок, действующих на фундамент.

3.  Назначение здания.                                                                                                                                       

Расчетная глубина сезонного промерзания грунта определяется по формуле: dt=kn dƒn1,

где  dƒn - 80 см – нормативная глубина промерзания:

           kn - коэффициент, учитывающий влияние теплового режима здания на глубину промерзания грунта, kn = 0,6(СНИП 02.02.01-83)

                                dƒ = 0,8х0,6=0,48 м

Из конструктивных соображений принимаем глубину заложения фундамента        dƒ =3,15м.

На основе расчета нагрузки на фундамент составляют М=328,5кНм          N=1119,42кн42кН

Расчетное сопротивление грунта основания                                                                                                                      R  =362кПс=0,362MПа

Форму подошвы фундамента целеcообразно назначит в виде

прямоугольника.

Задаемся соотношением длины подошвы фундамента к его ширине

                                             L/B =1,5

          В первом приближении определяем площадь подошвы

Фундамента, предположив, что на него действует только вертикальная сила. Тогда ориентировочная площадь подошвы фундамента

                   Aф=N/(R0-βγ dƒ)=1,119/(0,362-0,02x3,15)=3,74м²

  В =   3,74/1,5=1,58 м

Из конструктивных соображений принимаем фундамент

                              В L =6,60х3=19,8 м

          Расчетное сопротивление грунта основания

R=(γc1  γc2)/k(MJ · RZ · βγII +  Mq·d1·γII + McCII), где

           k - коэффициент, принимаем k=1, т.к.   φ   и  С определены непосредственно испытаниями:

    γ c1  и    γ c2    - коэффициенты условий работы принимаемые по таблице  3 СНИП 2.02.01-83,

принимаем   γ c1 =1,2;    γ c2 =1,1.

      MJ;   Mq;    Mc  - коэффициенты, принимаемые по таблице 4 СНИП 2,02,01-83 в зависимости от угла внутреннего трения        грунта, на который опирается фундамент, при    φ  =16⁰

        MJ = 36           Mq =2,43              Mc =4,99

Rz – коэффициент, принимаемый при ширине фундамента < 10м 

 Rz=1.

 СII  - расчетное значение удельного сопротивления  гранта, залегающего  непосредственно под подошвой фундамента,

      СII = 30кПа

d  - глубина заложения фундамента

в  - ширина фундамента

         γ II - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы                                                                                  

         γ II^I - то же, залегающих выше подошвы

                        γ II = γ 3  h3 + γ 4  h4 /( h3 + h4)=

                 =2,05х19,0+9,6х19,8/(2,05+9,6)=19,65  кН/м³

                    γ II == γ 1  h1 + γ 2  h2 + γ 3  h3/( h1+h2+h3)=       =14,9+16,5х0,6+36х19,0/(1+0,6+3,6)=17,9 кН/м³

                             γ₁ =10х1,49=14,9 кН/м³;         γ₂ =10х1,65=16,5 кН/м³

                              γ₃ = 10х1,9=19 кН/м³;            γ₄ =10х1,98=19,8 кН/м³

R=1,2х1,1/1(0,36х1х3х19,65+2,43х3,15х17,22+4,99х30)=399 кПа

Краевые давления по граням фундамента:

    Pmax = N/A +γ₀d₁+ M/W;   где A=B L                                                                                

  Pmin = N/A +γ₀d₁- M/W;   W= B L²/6;    Pср = N/A + γ₀ d₁                                                                          

Где

      γ₀  = 20кНм³ – ускоренное значение удельного веса фундамента и грунта на уступах

Р   =1119,42/19,8+20х3,15+328,5/21,78 =134,61 кПа

Р   =1119,42/19,8+20х3,15-328,5/21,78  =29,04кПа

Проверяем выполнение условия;

Р_max  < 1, 2R            134,61кПа < 1,2х399=478,8 кПа

Р_min  > 0                    29,04кПа>0

Р_ср  < R                    119,53 кПа<399 кПа

Все условия выполняются, следовательно, фундаменты подобраны верно.

4.3.  РАСЧЕТ ФУНДАМЕНТА НА ПРОДАВЛИВАНИЕ.Расчет фундамента на продавливание.

          Высота ступенчатой части фундамента проверяется на продавливание подколонником.  В условном расчете принято, что продавливание происходит по боковой поверхности усеченной пирамиды, меньшим основанием которой служит площадь подколонника, а боковые грани наклонены под углом 45⁰. К горизонтали. При расчете на продавливание проверяем условие F < φb  Rb ƒu_m h₀  , где

F  - расчетная продавливаемая сила

φb  = 1 – для тяжелого бетона

Rbt  - расчетное сопротивление бетона на растяжение

И_m    - среднеарифметическое между периметром верхнего и нижнего оснований пирамиды продавливания в пределах полученной высоты фундамента  h

F= P_cp^р A      где   Р_cp^р - среднее давление под подошвой фундамента;

Р_cp^р  = N+ Pσ_cp+ σ_p^гр/Aф = 1119,42+647+786/(6,6+3)=128,91 кПа

А=0,5В(L-L_R-2h₀)=0,5х3(6,6-2,72-2х1,25)=2,07 м²

F=128,91х2,07=266,8кН=0,267 MН

R_bt = 0,05 для бетона класса В15

Для фундамента с прямоугольной подошвой         

И_m = 0,5(в_k+ в_n)=0,5(2,72+5,32)=4,02

          Тогда проверяем условие:

            0,267 MН<1х1,05х4,02х1,25=5,27 MН

Следовательно, прочность фундамента на продавливание достаточна.

                  4.4. ПОДБОР АРМАТУРЫ ПОДОШВЫ ФУНДАМЕНТАПодбор арматуры подошвы фундамента.

Армирование фундамента в направлении меньшей стороны осуществляется по результатам расчета нормальных сечений на действие изгибающего момента.  Моменты определяем в сечениях у грани подколонника, первуй и второй степени.

   М= 0,125  Р_cp ^p(L-L_R)²B

   М_I=0,125x0,129 (6,6-2,72)²х3=0,728MНм

   М_II=0,125х0,129(6,6-4)²х3=0,327MНм

   М_III=0,125х0,129(6,6-5,2)²х3=0,095MНм

 М_I=0,728 MНм;      М_II =0,327 MНм;    М_III =0,095MНм

Принимаем арматуру класса А-400с-Ш с расчетным сопротивлением

R_s =365 мПа

Определяем требуемую площадь сечения арматуры

               А₃  =М/(0,9h₀R_s)

А_s1 =0,728/0,9х1,25х365=0,00177м²=17,7 см²

А_s2 =0,327/0,9х0,85х365=0,0011 м²=11,0 см²

А_s3 =0,095/0,9х0,45х365=0,00064 м²=6,4 см²    

       Принимаем в поперечном направлении 22 стержня   Ø 12 мм

с общей площадью А_s  =24,88 см², шаг стержней 0,30 м.

Армирование фундамента в направлении большей стороны осуществляем по результатам расчета нормальных сечений  на действие изгибающего момента.

          Максимальное давление под подошвой фундамента от действия расчетных нагрузок

Р_max =1119,42+647+786/(6,6х3)+328,5х6/(3х6,6)=234,82 кПа=0,234 MПа

          Напряжение в грунте под подошвой фундамента у грани башмака и граней первого и второго уступа:

Р_I  =128,9+51,39(3,3-1,94/0,5х6,6)=183,43+21,179=204,6 кПа=0,205 MПа

Р_II  =128,9+51,39(3,3-1,3/0,5х6,6)=215,5 кПа=0,216 MПа

Р_III  =128,9+51,39(3,3-0,7/0,5х6,6)=224,85 кПа=0,225 MПа

Изгибающие моменты в расчетных  сечениях определяем по формуле:

М_i  = B(0,5L-L_I)² 2P_max+P_i/6

L_i - расстояние от оси фундамента до рассматриваемого сечения

          М_I  =3(0,5х6,6-1,36)² х2х0,234+0,205/6=1,35 MНм

М_II   =3(0,5х6,6-2,06)² х2х0,234+0,216/6=0,577 MНм

М_III   =3(0,5х6,6-2,6)² х2х0,234+0,225/6=0,169 MНм

          Требуемую площадь сечения  арматуры находим по формуле

            Аs  = M/(0,9h_0i)Rs

            А_SI   = 1,35/0,9х1,25х365=0,00328 м²=32,8 см²

            А_SII   = 0,577/0,9х0,85х365=0,00206 м²=20,6 см²

            А_SIII   =0,169/0,9х0,85х365=0,00061 м²=6,1 см²

          Принимаем в продольном направлении 15 стержней   Ø 20мм с общей площадью  А  = 47,13 см² шаг стержней 0,20 м.

4.5. РАСЧЕТ ОСАДКИ ФУНДАМЕНТАРасчет осадки фундамента.

          Расчет осадки фундамента производим по методу послойного