Расчёт фундаментов с глубиной заложения 1,02 метр и конструктивной глубиной заложения 2,7 метра

Учреждение образования

«БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА»

Факультет «Промышленное и гражданское строительство»

Кафедра «Строительные конструкции, основания и фундаменты»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине «Механика грунтов, основания и фундаменты»

        Выполнил                                                                     Проверил

        студент гр. ПР-41                                                        преподаватель

                                                              

Гомель 2006г.

Содержание

ВВЕДЕНИЕ. 3

1      ХАРАКТЕРИСТИКА ПЛОЩАДКИ.. 4

2      КОНСТРУКЦИИ ФУНДАМЕНТОВ. НАЗНАЧЕНИЕ ГЛУБИНЫ, ВЫБОР ТИПА И ЗАЛОЖЕНИЯ ФУНДАМЕНТА. 6

3      ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ПОДОШВЫ ФУНДАМЕНТА.. 7

4      РАСЧЁТ ОСАДКИ ФУНДАМЕНТА.. 9

5      ВАРИАНТ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ.. 11

5.1       Выбор типа и конструкции свай свайного фундамента. Назначение глубины заложения. 11

5.2       Определение несущей способности сваи и расчётной нагрузки, допускаемой на сваю. 11

5.3       Определение количества свай в фундаменте. Проверка фактической нагрузки на сваю. 11

5.4       Расчёт осадки свайного фундамента. 11

6      СРАВНЕНИЕ ВАРИАНТОВ ФУНДАМЕНТА И ВЫБОР ОСНОВНОГО.. 15

Использованная литература. 16

ВВЕДЕНИЕ

При проектировании зданий и сооружений одним из сложнейших вопросов является решение задач по устройству оснований и фундаментов. При проектировании необходимо считаться с имеющимися на стройплощадке грунтами и использовать их характеристики для принятия наиболее рациональных решений.

Часто приходится проектировать подземные конструкции под уже выбранную схему сооружения. В этом случае задача проектировщика ограничивается, и получаемое решение не всегда является оптимальным.

Основанием называется массив грунта, расположенный под фундаментами и воспринимающий через них нагрузки от зданий и сооружений. Естественные основания – грунты, которые в природном состоянии имеют достаточную несущую способность для восприятия нагрузки от здания. Качество естественного основания зависит от многих факторов, однако, в первую очередь, его определяет вид грунта, его влажность, УГВ и условия промерзания.

Фундаменты – часть здания, расположенная ниже дневной отметки поверхности грунта. Их назначение – передавать все нагрузки от здания на грунт основания. В случаях, когда под зданием устраивают подвалы, фундаменты играют роль ограждающих конструкций подвальных помещений. Долговечность, прочность, устойчивость здания во многом зависят от качества фундамента. В общих затратах на возведение здания доля фундаментов составляет по стоимости 8-10% и по трудоёмкости 10-15%.

Отдельно стоящие фундаменты представляют собой отдельные плиты, на которые устанавливаются подколонники или башмаки колонн. Их устраивают для каркасных для каркасных зданий. Разновидностью отдельно стоящих фундаментов являются столбчатые, которые проектируют для малоэтажных зданий при малых нагрузках и прочных основаниях, когда ленточные фундаменты нерациональны.

Свайные фундаменты применяют на слабых сжимаемых грунтах при глубоком залегании прочных материковых пород, больших нагрузках и др. В последнее время свайные фундаменты получили широкое распространение для обычных оснований, так как их применение даёт значительную экономию объёмов земляных работ и затрат бетона.

Выбор того или иного вида фундамента зависит от применяемого материала, конструктивного решения здания, характера и величины нагрузок, вида основания, местных условий.

1  ХАРАКТЕРИСТИКА ПЛОЩАДКИ

Таблица 1 – Геологический разрез по скважине

	Таблица 2 – Характеристика физических свойств грунтов
Номер слоя	Мощность слоя, м	Глубина подошвы слоя	Отметка подошвы слоя, м	УГВ, м	Наименование грунта	Плотность грунта ρ, г/см3	Плотность частиц ρs, г/см3	Влажность W, в долях единицы	Предел текучести WL, %	Предел пластичности WP, %	Коэфициент фильтрации kf, см/с
1	0,3	0,3	153,7	153	Почвенный слой	1,55	-	-	-	-	-
2	4	4,3	149,7		Песок мелкий	1,91	2,67	0,21	0	0	1,20E-03
3	6	10,3	143,7		Суглинок	1,95	2,69	0,26	36	22	1,00E-05
4	2	12,3	141,7		Песок средней крупности	1,97	2,67	0,2	0	0	1,00E-03
5	7	19,3	134,7		Суглинок	2,04	2,73	0,38	53	30	8,00E-08

Слой 2

Коэффициент пористости e=ρ_s/ρ*(1+W)-1=2,67/1,91*(1+0,21)-1=0,69

Степень влажности S_r=W*ρ_s/(e* ρ_w)=0.21*2.67/0.69*1=0.81

Число пластичности I_p=W_L-W_P=0

Показатель текучести I_L=(W-W_P)/I_P=0

Вывод: песок мелкий водонасыщенный средней плотности

Слой 3

Коэффициент пористости e=ρ_s/ρ*(1+W)-1=2,69/1,95*(1+0,26)-1=0,74

Степень влажности S_r=W*ρ_s/(e* ρ_w)=0,26*2,69/0,74*1=0,95

Число пластичности I_p=W_L-W_P=36-22=14

Показатель текучести I_L=(W-W_P)/I_P=(26-22)/14=0,29

Вывод: суглинок тугопластичный непросадочный

Слой 4

Коэффициент пористости e=ρ_s/ρ*(1+W)-1=2,67/1,97*(1+0,2)-1=0,63

Степень влажности S_r=W*ρ_s/(e* ρ_w)=0,2*2,67/0,63*1=0,85

Число пластичности I_p=W_L-W_P=0

Показатель текучести I_L=(W-W_P)/I_P=0

Вывод: песок средней крупности водонасыщенный средней плотности

Слой 5

Коэффициент пористости e=ρ_s/ρ*(1+W)-1=2,73/2,04*(1+0,38)-1=0,85

Степень влажности S_r=W*ρ_s/(e* ρ_w)=0,38*2,73/0,85*1=1,2

Число пластичности I_p=W_L-W_P=53-30=23

Показатель текучести I_L=(W-W_P)/I_P=(38-30)/23=0,38

Вывод: суглинок тугопластичный непросадочный

2  КОНСТРУКЦИИ ФУНДАМЕНТОВ. НАЗНАЧЕНИЕ ГЛУБИНЫ, ВЫБОР ТИПА И ЗАЛОЖЕНИЯ ФУНДАМЕНТА.

Расчётная глубина заложения фундамента:

d_f=k_n*d_fn=0,6*1,7=1,02м

Конструктивная глубина заложения фундамента d=2,7 м

Таблица 3 – Характеристики физико-механических свойств грунтов строительной площадки.

Номер слоя	Плотность грунта, г/см3	Плотность частиц , г/см3	Влажность, %	Граница текучести, %	Граница раскатывания,%	Число пластичности, %	Показатель текучести, %	Коэффициент поритссти	Степень влажности	Наименование грунта по   СТБ 943-93	Угол внутреннего трения, град	Удельное сцепление, кПа	Модуль деформации, МПа	Расчётное сопротивление, кПа
1	1,55	-	-	-	-	-	-	-	-	Почвенный слой	-	-	-	-
2	1,91	2,67	0,21	0	0	0	0	0,69	0,81	Песок мелкий водонасыщенный средней плотности	32	2	28	200
3	1,95	2,69	0,26	36	22	14	0,29	0,74	0,95	Суглинок тугопластичный непросадочный	21	23	14	220
4	1,97	2,67	0,2	0	0	0	0	0,63	0,85	Песок средний водонасыщенный средней плотности	32	2	28	400
5	2,04	2,73	0,38	53	30	23	0,38	0,85	1,2	Суглинок тугопластичный непросадочный	22	28	22	193

3  ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ПОДОШВЫ ФУНДАМЕНТА

Размеры подошвы фундамента зависят от ряда связанных между собой параметров и устанавливаются путём последовательного приближения

Фундамент Ф1

Дано:

d=2,7 м;

N_0II=480 кН;

R₀=200 кПа;

γ_m=20 кН/м³;

A =N_0II/(R₀-γ_m*d)=480/(200-20*2,7)=3,3м²

γ_ІІ` = 18,7 кН/м³; γ_ІІ = 19.9 кН/м³;

k=1,1; γ_с1=1,3; γ_с2=1,3;

φ = 32º;

M_γ=1,34; M_q=6,43; M_c=8,55;

h_s=0,3м; h_cf=0,1м; γ_cf=2,5 кН/м³;

d₁= h_s + h_cf * γ_cf / γ_ІІ`=0,3+0,1*2,5/18,7=0,31 м;

d_b=2м;

песок мелкий с = 2 кПа;

Задаемся четырьмя значениями ширины фундамента – 1;2;3;4 м, вычислим значения давления

b₁ = 1 м;          A₁ = 1∙1 = 1 м²;                     p₁ = 480/1+20∙2,7 = 534 кПа;

b₂ = 2 м;          A₂ = 2∙1 = 2 м²;                     p₂ = 480/2+20∙2,7 = 294 кПа;

b₃ = 3 м;          A₃ = 3∙1 = 3 м²;                     p₃ = 480/3+20∙2,7 = 214 кПа;

b₄ = 4 м;          A₄ = 4∙1 = 4 м²;                     p₄ = 480/4+20∙2,7 = 174 кПа;

Строим график функции p = f (b) и R = f (b)

Рисунок 1 – Схема определения размеров фундамента графико-аналитическим методом

Задаемся значениями ширины фундамента b = 1 и 3 м  и определим соответствующие значения расчетного сопротивления грунта основания:

b = 1 м, R = (1,3∙1,3/1.1)*(1,34∙1∙1∙19.9+6,43∙0,31∙18,7+(6,43-1)∙2∙18,7+8,55∙2) = 435 кПа;

b = 3 м, R = (1,3∙1,3/1.1)*(1,34∙1∙3∙19.9+6,43∙0,31∙18,7+(6,43-1)∙2∙18,7+8,55∙2) = 517 кПа;

Координаты пересечения графиков значения расчетного давления p = 445 кПа и ширины фундамента 1,2 м. Из каталога выбираем фундамент с запасом, примем  ФЛ 12.12.1: a =1.18м, b =1.2 м, h=300 мм.

Фундамент Ф2

Дано:

N_0II=560 кН;

A =N_0II/(R₀-γ_m*d)=560/(200-20*2,7)=3,8м²

Задаемся четырьмя значениями ширины фундамента – 1;2;3;4 м, вычислим значения давления

b₁ = 1 м;          A₁ = 1∙1 = 1 м²;                     p₁ = 560/1+20∙2,7 = 614 кПа;

b₂ = 2 м;          A₂ = 2∙1 = 2 м²;                     p₂ = 560/2+20∙2,7 = 334 кПа;

b₃ = 3 м;          A₃ = 3∙1 = 3 м²;                     p₃ = 560/3+20∙2,7 = 241 кПа;

b₄ = 4 м;          A₄ = 4∙1 = 4 м²;                     p₄ = 560/4+20∙2,7 = 194 кПа;

Задаемся значениями ширины фундамента b = 1 и 3 м  и определим соответствующие значения расчётного сопротивления грунта основания:

b = 1 м, R = (1,3∙1,3/1.1)*(1,34∙1∙1∙19.9+6,43∙0,31∙18,7+(6,43-1)∙2∙18,7+8,55∙2) = 437 кПа;

b = 3 м, R = (1,3∙1,3/1.1)*(1,34∙1∙3∙19.9+6,43∙0,31∙18,7+(6,43-1)∙2∙18,7+8,55∙2) = 519 кПа;

Строим график функции p = f (b) и R = f (b)

Рисунок 2 – Схема определения размеров фундамента графико-аналитическим методом

Координаты пересечения графиков значения расчетного давления p = 455 кПа и ширины фундамента 1,4 м. Из каталога выбираем фундамент с запасом, примем  ФЛ 14.12.1: a =1.18м, b =1.4 м, h=300 мм.

Проверка напряжений в основании

Суммарные нагрузки для расчёта основания :

N_ІІ = N_0ІІ + G_ф + G_гр = 480 + 25.1 + (2,55∙0,35∙1 + 0,05∙1)∙18,7 = 521 кН;

М_ІІ = М_0ІІ – G_гр∙e + M_EII = -17,6∙0,475+18*(2.7+10/18.7)²/15=9.8 кН∙м

Найдем максимальное и минимальное значение краевого давления по подошве внецентренно нагруженного фундамента, среднее давление под подошвой:

 =

 =

Т.к.  p < R, p_max < 1.2∙443 = 531 кПа, p_min > 0  , то примем данный фундамент, как основание