«Основания и фундаменты»

Образовательная автономная некоммерческая организация
высшего образования
«МОСКОВСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ»
Факультет «Строительства и техносферной безопасности»
Направление подготовки 08.03.01 «Строительство»
КУРСОВАЯ РАБОТА
По дисциплине:
«Основания и фундаменты»
На тему:
«Проектирование фундаментов на естественном основании»
(тема работы)
Обучающийся группы ОЗБС-23094с
ФИО Литовченко Р.И
Москва 2024.
Содержание
1.Оценка конструктивной характеристики здания или сооружения ................. 4
2.Оценка геологических и гидрогеологических условий строительной площадки .... 6
2.1.
Определение физико-механических характеристик грунтов ........................ 6
2.2.
Инженерно – геологический разрез строительной площадки ....................... 9
2.3.
Заключение по строительной площадке ........................................................ 10
3.Определение нагрузки на фундамент .............................................................. 12
3.1.
Исходные данные ............................................................................................. 12
3.2.
Расчёт сбора нагрузок на фундамент ............................................................. 12
3.3.
Общая нагрузка на фундамент........................................................................ 14
4.Расчет фундаментов мелкого заложения ......................................................... 15
4.1.
Определение глубины заложения фундаментов ........................................... 15
4.2.
Определение основных размеров фундамента в плане ................................ 17
4.3.
Расчёт осадки фундамента мелкого заложения ............................................ 20
4.4.
Проверка подстилающего слоя грунта .......................................................... 25
5.Расчёт свайных фундаментов ........................................................................... 28
5.1.
Определение глубины заложения подошвы ростверка ................................ 28
5.2.
Определение типа и материала свай .............................................................. 28
5.3.
Определение несущей способности свай ...................................................... 29
5.4.
Определение допустимой нагрузки на одну сваю ........................................ 31
5.5.
Конструирование ростверка ............................................................................ 32
5.6.
Проверка свайного фундамента по I-му предельному состоянию
(проверка усилий, передаваемых на сваю) ............................................................... 34
5.7.
Расчёт осадки свайного фундамента .............................................................. 36
Лист
№ докум.
МТИ ОЗБС-23094с-КП
Изм.
Разраб.
Пров.
Зав. каф.
Н. Контр.
Литовченко
Р.
Подпись
Дата
Лит.
Курсовой проект по дисциплине
«Проектирование фундаментов на
естественном основании»
Лист
Листов
2
46
ТИУ ПГСбп18-3
6.Технико-экономическое сравнение вариантов фундаментов ........................ 40
7.Рекомендации по производству работ нулевого цикла .................................. 42
Список использованной литературы ................................................................... 46
Лист
МТИ ОЗБС-23094с-КП
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
3
1. Оценка конструктивной характеристики здания или
сооружения
Исходные данные принимаем по варианту согласно методическим
указаниям [1]:
Рисунок 1. – План строительной площадки М1:1000
Район строительства – г. Омск;
Время производства работ - Май;
Здание – Химический корпус.
Таблица 1. - Литологическое описание слоёв по скажинам
Номер слоя
1
2
3
4
5
6
Глубина, м
от
до
0
0,2
0,2
2,2
Скважина №1
Скважина №2
Скважина № 3
Почв-раст. слой
Почв-раст. слой
Почв-раст. слой
Песок мелкий с прослойками суглинка мягкопластичного
Песок ср.крупности с прослойками суглинка
2,2
4,7
мягкопластичного
4,7
6,5
Супесь
Супесь
Супесь
6,5
10,3
Глина
Глина
Глина
10,3
15
Глина
Глина
Глина
Уровень грунтовых вод обнаружен на глубине 1,5 м
Лист
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
МТИ ОЗБС-23094с-КП
4
Таблица 2. – Таблица физико-механических свойств грунтов
Рисунок 2. – План и разрез проектируемого здания
Лист
МТИ ОЗБС-23094с-КП
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
5
2. Оценка геологических и гидрогеологических условий
строительной площадки
2.1. Определение физико-механических характеристик грунтов
Геологические условия площадки строительства представлены планом
(рис.1) с нанесенными на нем скважинами и минимальными физикомеханическими характеристиками проб грунтов (табл.2) с указанием глубины
их отбора.
Для более точной характеристики грунтов основания необходимо
определить дополнительные расчётные характеристики каждого слоя:
Удельный вес скелета грунта:
𝛾
(1)
(𝛾𝑠 − 𝛾𝑑 )
𝛾𝑑
(2)
𝛾𝑑 = (1+𝑊) ,
где: 𝛾 – удельный вес грунта (таблица 2);
W – влажность (таблица 2).
Коэффициент пористости:
е=
где: 𝛾𝑑 – плотность скелета грунта;
𝛾𝑠 – удельный вес минеральных частиц грунта (таблица 2)
Коэффициент водонасыщения:
𝑆𝑟 =
𝑊 ∙ 𝛾𝑠
(𝑒 ∙ 𝛾𝑤 )
(3)
где: 𝛾𝑤 =10кН/м3 – плотность воды;
𝛾𝑠 – удельный вес минеральных частиц грунта (таблица 2);
е – коэффициент пористости;
W – влажность ( таблица 2).
Модуль деформации:
Е = Ек ∙ 𝑚к
(4)
где: Ек – компресс. модуль деформации;
𝑚к – повышающий коэффициент для глинистых грунтов, зависящий от
Лист
МТИ ОЗБС-23094с-КП
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
6
коэффициента пористости е [2, т.5.1], для песков принимается равным 1.
Число пластичности:
𝐼𝑝 = 𝑊𝐿 − 𝑊𝑝
(5)
где: 𝑊𝐿 – влажность на границе текучести (таблица 2);
𝑊р – влажность на границе пластичности (таблица 2).
Показатель текучести:
𝐼𝐿 =
(𝑊 − 𝑊𝑝)
(𝑊𝐿 − 𝑊𝑝 )
(6)
где: 𝑊𝐿 – влажность на границе текучести (таблица 2);
𝑊р – влажность на границе пластичности (таблица 2);
W – влажность (таблица 2).
1. Почвенно-растительный слой:
В расчёте не берётся, так как он подлежит срезке.
2. Песок мелкий с прослойками суглинка мягкопластичного:
17,7
кН
Удельный вес скелета грунта: 𝛾𝑑 = (1+0,30) = 13,615 ( 3 );
м
Коэффициент пористости: е =
(23,1−13,615)
13,615
= 0,697;
0,30∙23,1
Коэффициент водонасыщения: 𝑆𝑟 = (0,697∙10) = 0,994;
Модуль деформации: E = 15,4 ∙ 1 = 15,4 (МПа).
Исходя из полученных характеристик: грунт является среднедеформируемым,
водопроницаемым, водонасыщенным песком средней плотности.
Расчетное сопротивление: R0= 200 (кПа)
3. Песок ср. крупности с прослойками суглинка мягкопластичного:
17,3
кН
Удельный вес скелета грунта: 𝛾𝑑 = (1+0,30) = 13,308 ( 3 );
м
Коэффициент пористости: е =
(23,1−13,308)
13,308
= 0,736;
0,30∙23,1
Коэффициент водонасыщения: 𝑆𝑟 = (0,736∙10) = 0,941;
Модуль деформации: E = 20,1 ∙ 1 = 20,1 (МПа).
Лист
МТИ ОЗБС-23094с-КП
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
7
Исходя из полученных характеристик: грунт является среднедеформируемым,
сильноводопроницаемым, водонасыщенным песком рыхлым.
Расчетное сопротивление: R0= 250 (кПа)
4. Супесь:
19,2
кН
Удельный вес скелета грунта: 𝛾𝑑 = (1+0,19) = 16,134 ( 3 );
м
Коэффициент пористости: е =
(23,8−16,134)
16,134
= 0,475;
0,19∙23,8
Коэффициент водонасыщения: 𝑆𝑟 = (0,475∙10) = 0,952;
Число пластичности: 𝐼𝑝 = 19 - 15 = 4% = 0,04;
Показатель текучести:𝐼𝐿 =
(19−15)
(19−15)
= 1;
Модуль деформации: E = 6,1 ∙ 2,8 = 17,08 (МПа).
Исходя из полученных характеристик: грунт является среднедеформируемой,
водопроницаемой, пластичной песчанистой супесью.
Расчетное сопротивление: R0 = 190 (кПа)
5. Глина:
19,4
кН
Удельный вес скелета грунта: 𝛾𝑑 = (1+0,18) = 16,441 ( 3 );
м
Коэффициент пористости: е =
(27,2−16,441)
16,441
= 0,654;
0,18∙27,2
Коэффициент водонасыщения: 𝑆𝑟 = (0,654∙10) = 0,749;
Число пластичности: 𝐼𝑝 = 35 - 15 = 20% = 0,2;
Показатель текучести:𝐼𝐿 =
(18−15)
(35−15)
= 0,15;
Модуль деформации: E = 4,4 ∙ 2,396 = 10,542 (МПа).
Исходя из полученных характеристик: грунт является среднедеформируемой,
водонепроницаемой, полутвердой, легкой пылеватой глиной.
Расчетное сопротивление: R0 = 420 (кПа)
6. Глина:
19,7
кН
Удельный вес скелета грунта: 𝛾𝑑 = (1+0,19) = 16,555 ( 3 );
м
Коэффициент пористости: е =
(27,4−16,555)
16,555
= 0,655;
Лист
МТИ ОЗБС-23094с-КП
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
8
0,19∙27,4
Коэффициент водонасыщения: 𝑆𝑟 = (0,655∙10) = 0,795;
Число пластичности: 𝐼𝑝 = 42 - 14 = 28% = 0,28;
Показатель текучести:𝐼𝐿 =
(19−14)
(42−14)
= 0,18;
Модуль деформации: E = 4,8 ∙ 2,395 = 11,496 (МПа).
Исходя из полученных характеристик: грунт является среднедеформируемой,
водонепроницаемой, полутвердой, тяжелой глиной.
Расчетное сопротивление: R0 = 414 (кПа).
2.2. Инженерно – геологический разрез строительной площадки
Рисунок 3. – Инженерно-геологический разрез
Лист
МТИ ОЗБС-23094с-КП
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
9
Рисунок 4. – Условные обозначения к инженерно-геологическому разрезу
2.3. Заключение по строительной площадке
Строительная площадка пригодна для возведения здания. Рельеф
площадки спокойный с небольшими уклонами от скважины к скважине.
Грунты имеют слоистое напластование с выдержанным залеганием пластов.
Все грунты имеют достаточную прочность и невысокую сжимаемость, что
говорит о том, что каждый грунт может быть пригоден в качестве основания в
природном состоянии. Грунтовые воды залегают на глубине 1,5 м от
поверхности, и принадлежат второму слою. При производстве строительных
работ требуется водопонижение.
Послойная оценка грунтов ( если Е < 5 МПа, грунт не желателен в
качестве основания):
Лист
МТИ ОЗБС-23094с-КП
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
10

Грунт первого слоя – почвенно-растительный слой. Мощность слоя - 0,2 м,
срезается при производстве работ нулевого цикла, как основание не пригоден;

Грунт
второго
слоя
мягкопластичного
-
-
песок
мелкий
с
прослойками
среднедеформируемый,
суглинка
водопроницаемый,
водонасыщенный песок средней плотности. Мощность слоя - 2,0 м. 𝐸 = 15,4
МПа. 𝑅0 = 200 кПа. Пригоден в качестве основания;

Грунт третьего слоя - песок ср. крупности с прослойками суглинка
мягкопластичного
–
среднедеформируемый,
сильноводопроницаемый,
водонасыщенный песок рыхлый. Мощность слоя – 2,5 м. 𝐸 = 20,1 МПа. 𝑅0 =
250 кПа. Пригоден в качестве основания;

Грунт
четвёртого
слоя
–
среднедеформируемая,
водопроницаемая,
пластичная супесь. Мощность слоя – 1,8 м. 𝐸 = 17,0 МПа. 𝑅0 = 190 кПа.
Пригоден в качестве основания;

Грунт пятого слоя – среднедеформируемая, водонепроницаемая, полутвердая
глина. Мощность слоя – 3,8 м. 𝐸 = 10,542 МПа. 𝑅0 = 420 кПа. Пригоден в
качестве основания;

Грунт
шестого
слоя
–
среднедеформируемая,
водонепроницаемая,
полутвердая глина. Мощность слоя – 4,7 м. 𝐸 = 11,496 МПа. 𝑅0 = 414 кПа.
Пригоден в качестве основания.
При строительстве на данной площадке могут быть использованы как
свайные фундаменты, так и фундаменты мелкого заложения.
Для определения более выгодного фундамента, выполним расчет данных
двух вариантов и сравним их технико-экономические показатели.
Лист
МТИ ОЗБС-23094с-КП
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
11
3. Определение нагрузки на фундамент
Расчет оснований и фундаментов выполняется по нагрузке, действующей
на уровне обреза фундамента под колонной, указанной на схеме здания.
Нагрузки
от собственного
веса фундамента, грунта на его
уступах
определяются в процессе расчетов.
3.1. Исходные данные
1) Район строительства - г. Омск;
2) Пролет здания l= 12 м;
3) Длина здания L= 35 м;
4) Тип здания – отапливаемое;
5) Высота колонн Н0= 23 м;
6) Фундаменты из бетона класса прочности - B15.
3.2. Расчёт сбора нагрузок на фундамент
Расчет на постоянные нагрузки
Таблица 3. Сбор нагрузок от собственного веса покрытия здания
№п
п
1
2
3
4
5
6
Нормативная
величина,
Вид нагрузки
кг/м2
На 1м2 перекрытия
Защитный слой
28
Гидроизоляция
20
Утеплитель
18
(g=100кг/м3)
Проф. настил
13
Плита перекрытия
500*7
(7 шт.)
Связи покрытия
6
Итого:
3584
γf
Расчетная величина, кг/м2
1,2
1,2
34
24
1,2
22
1,05
13,65
1,05
3675
1,05
-
6,3
3775
Расчет производится по нормативным нагрузкам, так как фундамент
проектируется по условиям для 2-ой группы предельных состояний.
Лист
МТИ ОЗБС-23094с-КП
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
12
Вес от покрытия:
Qр = qр ∙ В,
Где: Qр – равномерно-распределенная нагрузка от собственного веса
покры- тия здания, кг/м;
qр – расчетная величина нагрузки от собственного веса покрытия зда- ния,
кг/м2;
B – шаг колонн, м;
Qр = 3775 ∙ 6 = 22650 кг/м
Собственный вес стеновых панелей:
Gст.п. = В ∙ γf ∙ qст.п.,
Где: qст.п. – расчетная нагрузка стеновых панелей, кг/м2;
B – шаг колонн, м.
Gст.п. = 6 ∙ 1,2 ∙ 22 = 158,5 кг/м
Определение расчетной массы одной колонны:
Собственный вес колонны примем 16000 кг.
Gр = Gн ∙ 1,05 = 16000 ∙ 1,05 = 16800 кг.
Определение расчетной массы одного ригеля:
Собственный вес ригеля примем 5950 кг
Gр = Gн ∙ 1,05 = 6000 ∙ 1,05 = 6247,5 кг.
Расчет снеговой нагрузки
Снеговая нагрузка на кровле здания распределяется неравномерно.
Нормативное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию
покрытия следует определять по формуле:
,
где Sg — расчетное значение веса снегового покрова на1 м2 горизонтальной поверхности земли, в зависимости от района строительства, для данного
варианта -3 снеговой район, следовательно, Sg=1,5 кН/м2;
µ - коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой
нагрузке на покрытие;
Лист
МТИ ОЗБС-23094с-КП
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
13
ct – термический коэффициент, принимаемый равным 1;
ce – коэффициент, учитывающий снос снега с покрытий зданий си- лами
ветра или иных факторов, определяемый по формуле:
,
где k — коэффициент, определяемый в зависимости от типа местности,
кПа;
lc – характерный размер покрытия, принимаемый не более 100м,
определяется как:
,
где b — наименьший размер покрытия в плане, м;
l – наибольший размер покрытия в плане, м;
122
𝑙𝑐 = 2 ∙ 12 −
= 20 м
35
𝑐𝑒 = (1,2 − 0,4 ∙ √0,85) ∙ (0,8 + 0,002 ∙ 20) = 0,7
S0 = 1,5 ∙ 1 ∙ 0,7 ∙ 1 = 1,05 кг/м2
Sр= S0 ∙ γf = 1,05 ∙ 1,4 = 1,47 кг/м2
3.3. Общая нагрузка на фундамент
С учетом всех усилий, суммарная нагрузка в заделке колонны будетравна:
𝐹 = 𝐹покр + 𝐹ст.п. +𝐹к +𝐹р +𝐹снег
= 22650 + 158,5 + 16800 + 6247,4*6 + 1,47 = 77094,97 (кгс) или 770 (кН).
Лист
МТИ ОЗБС-23094с-КП
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
14
4. Расчет фундаментов мелкого заложения
Проектирование фундамента мелкого заложения ведём в соответствии с
требованиями СП 22.13330.2016 «Основания зданий и сооружений» [2].
4.1. Определение глубины заложения фундаментов
Определение нормативной глубины сезонного промерзания грунта:
Нормативную глубину сезонного промерзания грунта определим по
формуле 7:
(7)
Где : М(𝑡) - безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных
значений среднемесячных отрицательных температур за зиму, принимаемых по
СП 131.13330.2018[4] табл. 5.1.;
𝑑(0) - величина, принимаемая равной, для суглинков и глин 0,23(м); для супесей
и песков 0,28(м); песков гравелистых, крупных и средней крупности – 0,3 м.
При залегании разных грунтов в зоне промерзания:
(8)
Где: d(i) - величина, принимаемая равной, для суглинков и глин 0,23(м); для
супесей и песков 0,28(м); песков гравелистых, крупных и средней крупности –
0,3 м;
hi – высота слоя.
d0= 0, 28 м
М(t)=17,5+16,0+7,7+7,2+14,3=62,7
(для города Омск)
Нормативная глубина сезонного промерзания грунта равна:
𝑑(𝑓𝑛) = 0,28 ∙ √(62,7 = 2,2 м
Лист
МТИ ОЗБС-23094с-КП
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
15
Определение расчетной глубины сезонного промерзания грунта.
Расчетную глубину сезонного промерзания грунта определим по
формуле:
𝑑(𝑓) = 𝑘(ℎ) ∙ 𝑑(𝑓𝑛)
(9)
где: d(fn) - нормативная глубина сезонного промерзания грунта, равна 2,2(м);
𝑘(ℎ) - коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения,
принимаемый для зданий с подвалом (t=15֯C) – 0,5(табл. 5.2 [2])
𝑑(𝑓) = 0,5 ∙ 2,2 = 1,1 м
Поскольку уровень грунтовых вод обнаружен на глубине dw = 1,5 м, то:
1,5 (м) < 1,1 + 2 (м)
𝑑(𝑤) ≤ 𝑑(𝑓) + 2,0(м)
Следовательно, глубина заложения фундамента не менее d(f).
Наличие подвала:
dg – высота подвала, dg = 3 м.
Обычно столбчатые фундаменты заглубляют на 1,5 м ниже пола
заглубленных помещений.
Принимаем глубину заложения исходя из глубины промерзания и
отметки подвала (-3,000):
d = dg+1,5 = 3+1,5=4,5 м.
Лист
МТИ ОЗБС-23094с-КП
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
16
4.2. Определение основных размеров фундамента в плане
Рассчитаем фундамент как внецентренно-загруженный:
Определение требуемой площади фундамента
А(ф) =
𝑁
(𝑅(0) − 𝛾𝑚𝑡 ∙ 𝑑)
(10)
Где: N–нагрузка, действующая на фундамент (770 кН);
𝛾𝑚𝑡 = 20 (кН / м 3 ) – среднее значение удельного веса фундамента и грунта
на его срезах (принимается равным 20);
𝑅(0) – ориентировочное расчетное сопротивление грунта (прил.Б, [2]);
d – глубина заложения фундамента, равна 5,5(м).
Предварительная площадь фундамента равна:
А(Фундамента) =
770
(250−20∗4,5)
= 4,82 (м2 )
Определение требуемой ширины фундамента
Ширину
фундамента
определяем
методом
последовательного
приближения, по формуле 11:
А(ф)
𝑏(требуемая) = √
𝜂
(11)
Где: 𝜂 =l/b=1,3 – коэффициент соотношения сторон подошвы фундамента.
4,82
𝑏(требуемая) = √
= 2,0 (м)
1,3
Принимаем ширину фундамента b = 2,0 (м), l = 1,3 • b = 1,3 • 2,0 = 2,6 (м).
Получаем фактическую площадь подошвы фундамента:
А(фундамента) = 2,0 * 2,6 = 5,2 (м2);
Определение расчетного сопротивления грунта
Среднее давление под подошвой фундамента не должно превышать
расчетного сопротивления грунта основания, определяемого по формуле:
Лист
МТИ ОЗБС-23094с-КП
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
17
𝑅=
(𝛾(𝑐1) ∙ 𝛾(𝑐2) )
∙ (𝑀𝑦 ∙ 𝑘𝑧 ∙ 𝑏 ∙ 𝛾𝐼𝐼 + 𝑀𝑞 ∙ 𝑑𝑙 ∙ 𝛾𝐼𝐼′ + (𝑀(𝑞) − 1) ∙ 𝑑𝑏 ∙ 𝛾 ′ 𝐼𝐼
𝑘
(12)
+ 𝑀(𝑐) ∙ 𝑐𝐼𝐼 )
Где: 𝛾(𝑐1) - коэффициент, условий работы, равен 1,0 (песок рыхлый);
𝛾(𝑐2) - коэффициент, условий работы, равен 1,0 [т.5.4, 2] (L\H=35\23=1,5);
𝑀𝑦 , 𝑀𝑞 , 𝑀(𝑐) мы принимаем по таблице 5.5 [2] с учётом осреднения угла
внутреннего трения частиц на глубине b/2=1,0 м:
𝜑=
23 ∙ 0,2 + 25 ∙ 0,8
= 25 °
1,0
𝑀𝑦 - коэффициент, равный 0,78 , при угле внутреннего трения частиц грунта
25, принимаемый по табл. 5.5. [2];
𝑀𝑞 - коэффициент, равный 4,11, при угле внутреннего трения частиц грунта
25, принимаемый по табл. 5.5. [2];
𝑀(𝑐) - коэффициент, равный 6,67, при угле внутреннего трения частиц грунта
25, принимаемый по табл. 5.5. [2];
𝑘𝑧 - коэффициент, принимаемый равным 1,0, при ширине подошвы фундамента
меньше 10(м);
k – коэффициент, принимаемый равным 1, если прочностные характеристики
грунта определены непосредственными испытаниями;
b – ширина подошвы фундамента, = 2,0 (м);
𝛾𝐼𝐼 - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже
подошвы фундамента с учётом УГВ (на глубине b/2=1,0 м), (кН / м 3 ):
𝛾 −𝛾𝑤
𝛾𝑠𝑏 = 𝑠
1+𝑒
𝛾 −𝛾𝑤
𝛾𝑠𝑏 = 𝑠
1+𝑒
=
=
23,1−10
1+0,696
23,8−10
1+0,475
кН
= 7,72 3 - в 3 слое
м
кН
= 9,36 3 - в 4 слое
м
𝛾𝐼𝐼 =
7,72 ∗ 0,2 + 9,36 ∗ 0,8
кН
= 9,03 3
1,0
м
𝛾 ′ 𝐼𝐼 - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих
выше подошвы фундамента (кН / м3 ):
Лист
МТИ ОЗБС-23094с-КП
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
18
𝛾 −𝛾𝑤
𝛾𝑠𝑏 = 𝑠
1+𝑒
𝛾 −𝛾𝑤
𝛾𝑠𝑏 = 𝑠
1+𝑒
=
=
23,1−10
1+0,697
23,1−10
1+0,696
𝛾 ′ 𝐼𝐼 =
кН
= 7,72 3 - во 2 слое,
м
кН
= 7,72 3 - в 3 слое,
м
17,7 ∗ 1,5 + 0,7 ∗ 7,72 + 2,3 ∗ 7,72
кН
= 11,05 3
4,5
м
𝑐𝐼𝐼 - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего
непосредственно под подошвой фундамента (осредненное на глубине b/2=1,0 м
= 4,5+1,0=5,5 м – абсолютная отметка);
𝑐𝐼𝐼 =
0,2 ∙ 4 + 0,8 ∙ 17
= 14,4 кПа
1,0
𝑑𝑙 – расстояние от пола подвала до подошвы фундамента, равна 1,5 м;
𝑑𝑏 - глубина подвала, = 3 м.
Расчетное сопротивление грунта основания равно:
𝑅=
1,0 ∗ 1,0
[0,78 ∙ 1 ∙ 2 ∙ 9,03 + 4,11 ∙ 1,5 ∙ 11,05 + (4,11 − 1) ∙ 3 ∙ 11,05 + 6,67
1
∙ 14,4] = 281(кПа)
Определение давления по подошве фундамента
Размеры подошвы фундамента должны быть подобраны таким образом,
чтобы давления по подошве фундамента от внешней нагрузки не превышало
допустимых значений:
𝑃ср ≤ 𝑅
𝑃𝑚𝑎𝑥 ≤ 1,2𝑅 }
𝑃𝑚𝑖𝑛 > 0
(13)
Определим среднее давление по подошве фундамента:
Рср =
𝑁
+ 𝛾𝑚𝑡 ∙ 𝑑1
𝐴
(14)
Лист
МТИ ОЗБС-23094с-КП
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
19
где N - сумма вертикальных нагрузок, действующих на основание, кроме
веса фундамента и грунта на его обрезах, и определяемых для случая расчета
осно- вания по деформациям, 770 кН;
А - площадь подошвы фундамента, 5,2 м2;
𝛾𝑚𝑡 - средневзвешенное значение удельных весов тела фундамента,
грунта и пола, расположенных над подошвой фундамента; принимают равным
20 кН/м3;
d - толщина фундамента, 4,5 м;
Рср =
770
+ 20 ∙ 4,5 = 244 кПа;
5,2
Рср = 244 кПа < 𝑅 = 281 кПа – условие выполняется.
К=
рср 244
=
= 0,87
𝑅
281
Вывод: условие выполняется, принимаем
столбчатый фундамент,
прямоугольный в плане со стороной b x l = 2,0 м x 2,6 м.
4.3. Расчёт осадки фундамента мелкого заложения
Расчет осадки фундамента мелкого заложения ведем в соответствии с
требованиями п. 5.6.31. [2].
Расчет оснований по деформациям производим исходя из условия:
𝑠0 ≤ 𝑠(𝑢)
(15)
где: s – совместная деформация основания и сооружения, определяемая
расчетом, в соответствии с п. 5.6.31. [2].
s(u) – предельное значение совместной деформации основания и
сооружения, равно 10 см, для «Производственные и гражданские одноэтажные
и многоэтажные здания с полным каркасом: железобетонным», принимаемое
по табл. Г.1 [2].
Определение толщины расчётного слоя
Осадка методом послойного суммирования определяется по формуле, и
т.к. глубина котлована менее 5 м, то не учитываем второе слагаемое:
Лист
МТИ ОЗБС-23094с-КП
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
20
𝑛
(𝜎𝑧𝑝,𝑖 − 𝜎𝑧𝑦,𝑖 ) ∙ ℎ𝑖
𝑠 =𝛽∙∑
,
𝐸𝑖
(16)
𝑖=1
где β – безразмерный коэффициент, равный 0,8;
σzp,i – среднее значение вертикального нормального напряжения от
внешней нагрузки в i-м слое грунта по вертикали, проходящей через центр
подошвы фундамента, кПа;
hi - толщина i-го слоя грунта, см; hi ≤ 0,4b
Еi – модуль деформации i-го слоя грунта по ветви первичного
нагружения, кПа;
σzγ,i – среднее значение вертикального напряжения в i-м слое грунта по
вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента, от собственного
веса, выбранного при отрывке котлована грунта, кПа;
n – число слоев, на которые разбита сжимаемая толща основания.
1) Сжимаемая толща разбивается на слои с обязательным соблюдением
двух условий:
- элементарный слой при разбивке не должен превышать
ℎ ≤ 0,4 ∙ 𝑏 = 0,4 ∙ 2,0 = 0,8
;
{ 𝑖
ℎ𝑖 ≤ 1 м
- состав грунта элементарного слоя должен быть однородным.
2) Мощность сжимаемой толщи определяется из условия:
𝜎𝑧𝑝,𝑖 ≥ 0,5 ∙ 𝜎𝑧𝑔,𝑖
(17)
𝜎𝑧𝑝,𝑖 = 𝑃0 ∙ 𝑎𝑖 - среднее значение вертикальное нормального напряжение от
внешней нагрузки, возникающее в i - м слое, кПа;
𝜎𝑧𝑔,𝑖 = ∑ 𝛾𝑖 ∙ ℎ𝑖 − 𝑢𝑤 – напряжение от веса грунта;
𝑢𝑤 = 𝛾𝑤 ∙ ℎ𝑤 - поровые давления;
𝜎𝑧𝑦,𝑖 = 𝜎𝑧𝑔0 ∙ 𝛼𝑘𝑖 - среднее значение вертикального напряжения в i-ом слое
грунта по вертикали от собственного веса, выбранного при отрывке котлована
грунта, кПа;
Лист
МТИ ОЗБС-23094с-КП
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
21
В данном случае мы выбрали данное условие исходя из того, что у каждого
грунта E > 7 МПа
3) Давление от внешней нагрузки определяем по формуле:
𝜎𝑧𝑝,0 =
𝜎𝑧𝑝,0 =
𝑁
, кПа
𝐴
(18)
770
= 148,1 кПа
5,2
𝜎𝑧𝑝,𝑖 = 𝑃0 ∙ 𝑎𝑖 ,
(19)
𝜎𝑧𝑝,0 - – давление от здания на отметке подошвы проектируемого
фундамента;
𝑎𝑖 - коэффициент, зависящий от формы и глубины заложения
фундамента, определяемый по табл. 5.8 [1], в зависимости от отношений:
𝑧𝑖
(20)
𝜉 =2∙
𝑏
𝑎𝑖 → {
𝑙
𝜂=
𝑏
где l, b – размеры фундамента, м.
𝜂 = 2,6⁄2 = 1,3
4) Давление от собственного веса выбранного при отрывке котлована
грунта определяется по формуле:
𝜎𝑧𝑦0 = 𝜎𝑧𝑔0 , кПа;
(21)
𝜎𝑧𝑦,𝑖 = 𝛼𝑘𝑖 ∙ 𝜎𝑧𝑔0 , кПа;
(22)
𝑧𝑖
𝑏к
𝑎к𝑖 →
𝑙к 5,2
𝜂к = =
= 1,3
{
𝑏к
4
𝜉 = 2∙
Расчёты приведены в виде таблицы 4.
Лист
МТИ ОЗБС-23094с-КП
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
22
Лист
МТИ ОЗБС-23094с-КП
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
23
Из расчётов следует, что условие 𝑆 ≤ 𝑆𝑢 выполняется, поскольку:
𝑆 = ∑ 𝑆 = 4,91 мм < 𝑆𝑢 = 100 мм
Рисунок 5. Определение глубины сжимаемой толщи
Лист
МТИ ОЗБС-23094с-КП
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
24
4.4. Проверка подстилающего слоя грунта
При наличии в пределах сжимаемой толщи основания на глубине z от
подошвы фундамента слоя грунта меньшей прочности, чем прочность грунта
вышележащих слоев, размеры фундамента должны назначаться такими, чтобы
для суммарного напряжения σz обеспечивалось условие п. 5.6.25 [1]:
𝜎𝑧 = 𝜎𝑧𝑝 + 𝜎𝑧𝑔 − 𝜎𝑧𝑦 ≤ 𝑅𝑧
(23)
Где 𝜎𝑧𝑝 , 𝜎𝑧𝑔 , 𝜎𝑧𝑦 - вертикальные напряжения в грунте на глубине z от
подошвы фундамента (см. 5.6.31), кПа;
𝜎𝑧𝑝 = 145,9 кПа
𝜎𝑧𝑔 = 50,2 кПа
𝜎𝑧𝑦 = 49,8 кПа
Rz — расчетное сопротивление грунта пониженной прочности, кПа, на
глубине z, вычисленное по формуле 5.7 [1] для условного фундамента шириной
bz, м, равной:
𝑏𝑧 = √𝐴𝑧 + 𝑎2 − 𝑎
где: 𝐴𝑧 =
𝑎=
𝑙−𝑏
2
𝑃∙𝐴
𝜎𝑧𝑝
(24)
;
, где l и b — соответственно длина и ширина фундамента.;
𝑎=
𝐴𝑧 =
2,6 − 2,0
= 0,3 м
2
148,1∙5,2
145,9
= 5,29 м2 ;
𝑏𝑧 = √5,29 + 0,32 − 0,3 = 2,02
𝑅𝑧 =
(𝛾(𝑐1) ∙𝛾(𝑐2) )
𝑘
∙ (𝑀𝑦 ∙ 𝑘𝑧 ∙ 𝑏 ∙ 𝛾𝐼𝐼 + 𝑀𝑞 ∙ 𝑑𝑙 ∙ 𝛾𝐼𝐼′ + (𝑀(𝑞) − 1) ∙ 𝑑𝑏 ∙ 𝛾 ′ 𝐼𝐼 + 𝑀(𝑐) ∙ 𝑐𝐼𝐼 ),
Где: 𝛾(𝑐1) - коэффициент, условий работы, равен 1,1 (супесь пластичная);
𝛾(𝑐2) - коэффициент, условий работы, равен 1,0 [т.5.4, 2];
𝑀𝑦 , 𝑀𝑞 , 𝑀(𝑐) мы принимаем по таблице 5.5 [2] с учётом осреднения угла
внутреннего трения частиц на глубине b/2=1,0 м:
Лист
МТИ ОЗБС-23094с-КП
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
25
𝜑=
23 ∙ 0,2 + 25 ∙ 0,8
= 25 °
1,0
𝑀𝑦 - коэффициент, равный 0,78 , при угле внутреннего трения частиц
грунта 25, принимаемый по табл. 5.5. [2];
𝑀𝑞 - коэффициент, равный 4,11, при угле внутреннего трения частиц
грунта 25, принимаемый по табл. 5.5. [2];
𝑀(𝑐) - коэффициент, равный 6,67, при угле внутреннего трения частиц
грунта 25, принимаемый по табл. 5.5. [2];
𝑘𝑧 - коэффициент, принимаемый равным 1,0, при ширине подошвы
фундамента меньше 10(м);
k
–
коэффициент,
принимаемый
равным
1,
если
прочностные
характеристики грунта определены непосредственными испытаниями;
b – ширина подошвы фундамента, = 2,02 (м);
𝛾𝐼𝐼 - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих
ниже подошвы фундамента с учётом УГВ (на глубине bz/2=1,01 м), (кН / м 3 ):
𝛾 −𝛾𝑤
𝛾𝑠𝑏 = 𝑠
1+𝑒
23,8−10
=
1+0,475
кН
= 9,36 3 - в 4 слое
м
𝛾𝐼𝐼 = 9,36
𝛾 ′ 𝐼𝐼
кН
м3
- осредненное расчетное значение удельного веса грунтов,
залегающих выше подошвы фундамента (кН / м3 ):
𝛾 −𝛾𝑤
𝛾𝑠𝑏 = 𝑠
1+𝑒
𝛾 −𝛾𝑤
𝛾𝑠𝑏 = 𝑠
1+𝑒
𝛾 ′ 𝐼𝐼 =
=
=
23,1−10
1+0,697
23,1−10
1+0,696
кН
= 7,72 3 - во 2 слое,
м
кН
= 7,72 3 - в 3 слое,
м
17,7 ∗ 1,5 + 0,7 ∗ 7,72 + 2,5 ∗ 7,72
кН
= 10,91 3
4,7
м
𝑐𝐼𝐼 - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего
непосредственно под подошвой фундамента (осредненное на глубине
bz/2=1,01);
𝑐𝐼𝐼 = 17 кПа
Лист
МТИ ОЗБС-23094с-КП
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
26
𝑑𝑙 – расстояние от пола подвала до подошвы условного фундамента, равна 1,7
м;
𝑑𝑏 - глубина подвала, = 3 м.
Расчетное сопротивление грунта основания равно:
𝑅𝑧 =
1,1 ∗ 1,0
[0,78 ∙ 1 ∙ 2 ∙ 9,36 + 4,11 ∙ 1,7 ∙ 10,91 + (4,11 − 1) ∙ 3 ∙ 10,91
1
+ 6,67 ∙ 17] = 337(кПа)
𝜎𝑧 = 𝜎𝑧𝑝 + 𝜎𝑧𝑔 − 𝜎𝑧𝑦 = 145,9 + 50,2 − 49,8 = 146,3 кПа
𝜎𝑧 = 146,3 кПа < 𝑅 = 337 кПа
Вывод: условие выполняется. Несущей способности подстилающего слоя
достаточно.
Рисунок 6. Конструктивная схема фундамента ФМЗ
Лист
МТИ ОЗБС-23094с-КП
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
27
5. Расчёт свайных фундаментов
Расчет свайных фундаментов ведется в соответствии с требованиями СП
24.13330.2011 «Свайные фундаменты» [5].
Принимаем кустовой отдельно стоящий тип фундамента.
5.1. Определение глубины заложения подошвы ростверка
Глубина заложения подошвы ростверка назначается в зависимости от
конструктивных
особенностей
здания
(наличия
подвала,
технического
подполья, заделки колонны в ростверк и т.д.), проекта планировки территории,
а также высоты ростверка, определяемой расчетом.
В проекте есть подвал. Назначим глубину его заложения исходя из того,
что в производственных зданиях с подвалом отметка верха ростверка
принимается равной отметке пола подвала.
Примем высоту ростверка - 0,6 м.
Глубина заложение ростверка – 3,6 м.
5.2. Определение типа и материала свай
Длина сваи назначается после принятия глубины заложения ростверка и
определяется глубиной заложения прочного грунта, в который заглубляется
свая и уровнем расположения подошвы ростверка.
При назначении длины сваи слабые грунты (насыпные, торф, грунты в
текучем и рыхлом состоянии) необходимо прорезать, а концы свай заглублять в
прочные грунты.
Заделка сваи в ростверк принимается жестким (жесткая заделка), свая
заделывается на 400 мм в тело ростверка.
Для данной площадки наиболее рациональным слоем для опирания сваи
является 6 слой: глина (полутвердая, тяжёлая, Е=11,496 МПа), мощностью 4,7
м.
Глубина внедрения сваи в несущий слой должна быть не менее 1 м.
𝑙𝑐 = 𝑙анк + ℎ′3 + ℎ4 + ℎ5 + 𝑙зад
(25)
Лист
МТИ ОЗБС-23094с-КП
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
28
Где: 𝑙анк – глубина погружения сваи в несущий слой грунта, м;
ℎ′3 - мощность третьего (ИГЭ-3) за вычетом глубины заложения ростверка
(3600 мм);
ℎ4 -мощность четвёртого (ИГЭ-4), м;
ℎ5 - мощность пятого (ИГЭ-5), м;
𝑙зад - величина заделки сваи в ростверк, определяемая согласно п. 8.8 [5],
𝑙𝑐 = 0,4 + 1,1 + 1,8 + 3,8 + 1,9 = 9 м
К расчету принимаем сваю С90.30:
- Длина сваи – 9 м;
- Сечение сваи, см – 30x30;
- Бетон – В20
- Вес сваи – 2,05 т;
- Объем – 0,82 м3
-Способ погружения свай – погружение механическим дизельным
молотом.
5.3. Определение несущей способности свай
Найдем несущую способность сваи (𝐹𝑑, кН), как сумму расчетных
сопротивлений грунтов основания под нижним концом сваи и на ее боковой
поверхности по формуле:
𝐹𝑑 = 𝛾𝑐 ∙ (𝛾𝑐𝑅 𝑅𝐴 + 𝑢 ∑ 𝛾𝑐𝑓 𝑓𝑖 ℎ𝑖 )
(26)
где: 𝛾𝑐 – коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый
равным 1;
𝑅 – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа,
принимаемое по таблице 7.2. [5] 𝑅 = 6538 кПа;
𝐴 – площадь опирания на грунт сваи, м2, принимаемая по площади
поперечного сечения 𝐴 = 0,3 ∗ 0,3 = 0,09 м2 ;
𝑢 – наружный периметр поперечного сечения ствола сваи, м, 𝑢 = 0,3 ∙ 4 =
1,2 м;
Лист
МТИ ОЗБС-23094с-КП
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
29
𝑓𝑖 – расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания по боковой
поверхности сваи, кПа, принимаемое по таблице 7.3 [5], т.к. мощность
растительного слоя незначительна, то согласно примечаниям, к таблице 7.3 [5],
3.4 [5] среднюю глубину расположения слоя грунта принимаем от поверхности
природного рельефа;
ℎ𝑖
–
толщина
i-го
слоя
грунта,
соприкасающегося
с
боковой
поверхностью сваи, м;
𝛾𝑐𝑅, 𝛾𝑐𝑓 – коэффициенты условий работы грунта соответственно под
нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа
погружения сваи на расчетные сопротивления грунта и принимаемые по
таблице 7.4 [5], при механическом погружении дизельным молотом: 𝛾𝑐𝑅 = 1;
𝛾𝑐𝑓 = 1.
𝐹𝑓𝑖 = 𝑢 ∑ 𝛾𝑐𝑓 𝑓𝑖 ℎ𝑖
(27)
Таблица 5. Необходимый расчет к определению несущей способности сваи
𝐹𝑑 = 𝛾𝑐 ∙ (𝛾𝑐𝑅 𝑅𝐴 + 𝑢 ∑ 𝛾𝑐𝑓 𝑓𝑖 ℎ𝑖 ) = 1 ∙ (1 ∙ 6538 ∙ 0,09 + 520,56) = 1109 кН
Лист
МТИ ОЗБС-23094с-КП
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
30
Рисунок 7. Расчетная схема к определению несущей способности висячей
сваи
5.4. Определение допустимой нагрузки на одну сваю
Допустимая нагрузка на сваю:
𝑁пр =
𝐹𝑑
1109
=
= 688, 82 кН
𝛾𝑛 ∙ 𝛾𝑘 1,15 ∙ 1,4
𝛾𝑛- коэффициент надежности по назначению здания. Для зданий второй
категории
ответственности
(большинство
небольших
общественных
и
промышленных зданий) равен 1,15.
𝛾𝑘-
коэффициент,
зависящий
от
метода
определения
несущей
способности сваи. Для аналитического метода коэффициент равен 1,4.
Лист
МТИ ОЗБС-23094с-КП
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
31
5.5. Конструирование ростверка
Определение давления по подошве ростверка на одну сваю по формуле:
𝑃𝑝 =
𝑁пр
688,82
=
= 850,4 кН/м2,
(3𝑑)2 (3 ∙ 0,3)2
где (3𝑑)2 – площадь, на которую будет передаваться нагрузка на сваю, м2.
Определение площади ростверка:
𝐴𝑝 =
𝑁𝐼𝐼
885,5
=
= 1,13 м2
𝑃𝑝 − 𝛾𝑚 ∙ 𝑑𝑝 ∙ 𝛾𝑓 850,4 − 17 ∙ 3,6 ∙ 1,1
где: 𝑑р = 3,6 м – глубина заложения подошвы ростверка;
𝛾𝑓 – коэффициент надежности по нагрузке, 1,1;
𝛾𝑚 – среднее значение веса фундамента и грунта, принимаемый равным
17 при наличии подвала кН/м3
𝑁𝐼𝐼 = 770 ∙ 1,15 = 885,5
Ориентировочный расчетный вес ростверка и грунта:
𝑁𝑔 = 𝐴𝑝 ∙ 𝛾𝑚 ∙ 𝛾𝑓 ∙ 𝑑𝑝 = 1,13 ∙ 17 ∙ 1,1 ∙ 3,6 = 76,07 кН
Определение количества свай в фундаменте:
𝑛𝑐 = 𝜂
𝑁𝐼𝐼 + 𝑁𝑔
885,5 + 76,07
=1
= 1,4 шт
𝑁пр
688,82
Принимаем количество свай 𝑛 = 2 шт и производим их расстановку в
плане, принимая минимальное осевое расстояние между сваями не меньше 3𝑑 =
3 ∗ 0,3 = 0,9 (м), как показано на рис. 7.
Высоту ростверка принимаем ℎр = 1,6 м. (0,6 м – плитная часть, 1 м –
стакан).
Лист
МТИ ОЗБС-23094с-КП
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
32
Рисунок 8. Предварительное конструирование ростверка
Размер ростверка в плане при данной расстановке свай составляет:
𝑏𝑝 = 1100 мм; 𝑙𝑝 = 1500 мм
Тогда фактический вес ростверка и грунта на нем составляет:
𝑁𝑔 = 𝐴𝑝 ∙ 𝛾𝑚 ∙ 𝛾𝑓 ∙ 𝑑𝑝 = 1,1 ∗ 1,5 ∙ 17 ∙ 1,1 ∙ 3,6 = 111,08 кН
Определение количества свай в фундаменте:
𝑛𝑐 = 𝜂
𝑁𝐼𝐼 + 𝑁𝑔
885,5 + 111,08
=1
= 1,45 шт
𝑁пр
688,82
Принимаем количество свай 𝑛 = 2 шт.
Лист
МТИ ОЗБС-23094с-КП
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
33
5.6. Проверка свайного фундамента по I-му предельному состоянию
(проверка усилий, передаваемых на сваю)
Расчетное усилие в свае Nр , кН, определяют по формуле:
𝑁𝑝 =
∑ 𝑁 𝑀𝑥 𝑦
𝑀𝑦 𝑥
∓
∓
∑ 𝑦2𝑖 ∑ 𝑥 2𝑖
𝑛
(28)
Где ∑ 𝑁 = 𝑁𝐼𝐼 + 𝑁ф.р;
n - число свай в фундаменте;
M x , М y , - расчетные изгибающие моменты, кНм, относительно
главных (центральных) осей свайного поля в плоскости подошвы ростверка;
xi, yi - расстояния от главных осей до оси каждой сваи, x, y - расстояние
от главных осей до оси сваи, для которой вычисляется нагрузка, м.
∑ 𝑁 = 𝑁𝐼𝐼 + 𝑁ф.р. = 885,5 + 111,08 = 996,58 кН
№
x
y
1
-0,45
0
2
0,45
0
𝑁𝑝 =
∑𝑁
𝑛
𝑁𝑝
498,29
498,29
996,58
= 498,29
2
𝑁𝑝 = 498,29 < 688,82
∆= 27,7 % запаса прочности сваи
Данный
запас
прочности
слишком
большой.
Необходимо
переконструировать размеры ростверка.
Лист
МТИ ОЗБС-23094с-КП
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
34
Рисунок 9. Переконструирование размеров ростверка
Размер ростверка в плане при данной расстановке свай составляет:
𝑏𝑝 = 2200 мм; 𝑙𝑝 = 2600 мм
Тогда фактический вес ростверка и грунта на нем составляет:
𝑁𝑔 = 𝐴𝑝 ∙ 𝛾𝑚 ∙ 𝛾𝑓 ∙ 𝑑𝑝 = 2,2 ∗ 2,6 ∙ 17 ∙ 1,1 ∙ 3,6 = 385,07 кН
Определение количества свай в фундаменте:
𝑛𝑐 = 𝜂
𝑁𝐼𝐼 + 𝑁𝑔
885,5 + 385,07
=1
= 1,85 шт
𝑁пр
688,82
Принимаем количество свай 𝑛 = 2 шт.
∑ 𝑁 = 𝑁𝐼𝐼 + 𝑁ф.р. = 885,5 + 385,07 = 1270,57 кН
№
x
y
1
-1,0
0
2
1,0
0
∑𝑁
𝑛
𝑁𝑝
635,29
635,29
Расчетное усилие в свае:
𝑁𝑝 =
1270,57
= 635,29
2
𝑁𝑝 = 635,29 < 688,82
∆= 7,8 % запаса прочности сваи.
Лист
МТИ ОЗБС-23094с-КП
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
35
5.7. Расчёт осадки свайного фундамента
Определим осадку кустового свайного фундамента из 2-х свай С9.30.
Расстояние между осями соседних свай a = 2,0 м.
Расчет основания по деформациям производится исходя из условия :
𝑠 ≤ 𝑠𝑢 ,
𝑠 – совместная деформация основания и сооружения;
𝑠𝑢 = 15 см – предельное значение совместной деформации для
производственных и гражданских одноэтажных и многоэтажных зданий с
полным стальным каркасом.
Расчет осадок производится по второй группе предельных состояний.
Расчет осадки одиночных висячих свай в линейно-деформируемом
полупространстве при выполнении условия
1
𝑑
>
𝐺1𝑙
𝐺2𝑑
> 1 производят по
формуле:
𝑠′ = 𝛽
𝑁
𝐺𝑙 𝑙
(29)
где: N – вертикальная нагрузка, передаваемая на сваю, кН;
β – коэффициент, определяемый по формуле:
𝛽′
1 − (𝛽 ′ /𝛼′)
𝛽=
+ 0,5
𝜆1
𝜒
𝑘𝑣𝐺1𝑙
Где: 𝛽 ′ = 0,17ln(
𝐺2𝑑
(30)
) - коэффициент, соответствующий абсолютно
жесткой свае (ЕА = ∞);
𝛼 = 0,17𝑙𝑛(
𝑘𝑣1𝑙
𝑑
)- коэффициент для случая однородного основания с
характеристиками G1 и v1;
𝜒=
𝐸𝐴
𝐺1𝑙 2
– относительная жесткость сваи;
ЕА – жесткость ствола сваи на сжатие;
𝜆1 - параметр, характеризующий увеличение осадки за счет сжатия
ствола и определяемый по формуле:
Лист
МТИ ОЗБС-23094с-КП
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
36
2,12𝜒 3/4
𝜆1 =
1 + 2,12𝜒 3/4
(31)
Модуль сдвига и коэффициент Пуассона грунтов прорезаемых сваей:

Грунт третьего слоя - Песок средней крупности:
Е=20,1 МПа, v=0,3

Грунт четвертого слоя – супесь пластичная
Е=17,08 МПа, v=0,45

Грунт пятого слоя - глина полутвердая
Е=10,542 МПа, v=0,35

Грунт шестого слоя – глина полутвердая
Е=11,496 МПа, v=0,35
𝐸
20,1
𝐸
17,08
𝐸
10,542
Для ИГЭ-3 𝐺 = 2(1+𝑣) = 2(1+0,3) = 7,73 МПа
Для ИГЭ-4 𝐺 = 2(1+𝑣) = 2(1+0,45) = 5,89 МПа
Для ИГЭ-5 𝐺 = 2(1+𝑣) = 2(1+0,35) = 3,9 МПа
Для ИГЭ-6 𝐺 =
Осредненное
𝐸
2(1+𝑣)
=
значение
11,496
2(1+0,35)
= 4,26 МПа
модуля
сдвига
и
коэффициента
Пуассона
грунтов,
прорезаемых сваей:
1,1 ∗ 7,73 + 1,8 ∗ 5,89 + 3,8 ∗ 3,9 + 1,9 ∗ 4,26
= 4,67 МПа
9
1,1 ∗ 0,3 + 1,8 ∗ 0,45 + 3,8 ∗ 0,35 + 1,9 ∗ 0,35
𝑣 ′1 =
= 0,348
9
𝐺1 =
Модуль сдвига и коэффициент Пуассона грунта под нижним концом сваи:
𝐺2 =
𝐸
11,496
=
= 4,26 МПа
2(1 + 𝑣) 2(1 + 0,35)
𝑣 ′ 2 = 0,35
Подсчитаем все необходимые для расчета коэффициенты и параметры: kv, kv1 –
коэффициенты, определяемые по формуле:
𝑘𝑣 = 2,82 − 3,78𝑣 + 2,18𝑣 2
(32)
Соответственно, при v = (v1 + v2)/2 и при v = v1.
𝑣=
0,348 + 0,35
= 0,349
2
𝑘𝑣 1 = 2,82 − 3,78 ∗ 0,348 + 2,18 ∗ 0, 3482 = 1,769
Лист
МТИ ОЗБС-23094с-КП
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
37
𝑘𝑣 = 2,82 − 3,78 ∗ 0,349 + 2,18 ∗ 0, 3492 = 1,766
Расчетный диаметр для свай не круглого сечения, в частности стандартных забивных
свай заводского изготовления вычисляют по формуле:
(33)
4𝐴
𝑑=√
𝜋
4 ∗ 0,09
𝑑=√
= 0,34 м
𝜋
Определим коэффициент, соответствующий абсолютно жесткой свае:
1,766 ∗ 4,67 ∗ 9
𝛽 ′ = 0,17 ln (
4,26 ∗ 0,34
) = 0,67
Определим коэффициент для случая однородного основания:
1,769 ∗ 9
𝛼′ = 0,17𝑙𝑛 (
) = 0,65
0,34
Относительная жесткость ствола сваи:
𝜒=
30000 ∗ 0,09
= 7,13
4,67 ∗ 92
Где Eb=3*104 МПа – модуль упругости бетона.
Увеличение осадки за счет сжатия ствола сваи определяем по ф. 7.34 СП
24.13330.2016:
2,12 ∗ 7,133/4
𝜆1 =
= 0,902
1 + 2,12 ∗ 7,133/4
𝛽=
0,67
1 − (0,67/65)
+ 0,5
= 0,74
0,902
7,13
Определим осадку одиночной сваи:
𝑠′ = 𝑠′1 = 𝑠′2 = 𝛽 ∗
𝑁
635,29
= 0,74 ∗
= 0,011 м = 1 см = 10 мм
𝐺1𝑙
4670 ∗ 9
1 см < 10 см –Условие осадки выполняется.
При расчете осадок группы свай необходимо учитывать их взаимное влияние.
Дополнительная осадка сваи, находящейся на расстоянии: а = 2000мм от сваи, к которой
приложена нагрузка N, равна:
𝑆𝑎𝑑 = 𝛿
𝑁
𝐺1𝑙
(34)
Лист
МТИ ОЗБС-23094с-КП
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
38
𝑘𝑣𝐺1𝑙
𝑘𝑣𝐺1𝑙
, если
>1
2𝐺2𝑎
2𝐺2𝑎
𝛿={
𝑘𝑣𝐺1𝑙
0, если
≤1
2𝐺2𝑎
1,766 ∗ 4,67 ∗ 9
𝑘𝑣𝐺1𝑙
= 4,36 > 1 → 𝛿 = 0,17𝑙𝑛
2 ∗ 4,25 ∗ 2
2𝐺2𝑎
0,17𝑙𝑛
𝛿12 = 𝛿21 = 0,17 ln (
(35)
1,766 ∗ 4,67 ∗ 9
) = 0,25
2 ∗ 4,25 ∗ 2
Расчет осадки i-й сваи в группе из п свай при известном распределении нагрузок
между сваями производится по формуле:
𝑠𝑖 = 𝑠(𝑁𝑖 ) + ∑ 𝛿𝑖𝑗
𝑗≠𝑖
𝑁𝑗
𝐺1 𝑙
(36)
где: s(N) – осадка одиночной сваи;
ij – коэффициенты, рассчитываемые по формуле в зависимости от расстояния между
i-й и j-й сваями;
Nj – нагрузка на j-ю сваю.
𝑠1 = 𝑠′1 + 𝛿12
𝑁
635,29
= 0,011 + 0,25 ∗
= 0,015 (м)
𝐺1 𝑙
4670 ∗ 9
𝑠2 = 𝑠′2 + 𝛿21
𝑁
635,29
= 0,011 + 0,25 ∗
= 0,015 (м)
𝐺1 𝑙
4670 ∗ 9
Общую осадку отдельно стоящего свайного фундамента определяем как среднюю
осадку для всех свай:
𝑆=
∑ 𝑠𝑖 0,015 + 0,015
=
= 0,015 (м)
𝑛
2
Проверяем условие:
𝑆 = 0,015 (м) = 1,5 (см) = 15 (мм) < 𝑆𝑢 = 100 (мм)
Условие выполняется, осадки фундамента не превышают предельно допустимые
значения.
Лист
МТИ ОЗБС-23094с-КП
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
39
6. Технико-экономическое сравнение вариантов фундаментов
В данном курсовом проекте были предложены два варианта устройства
фундамента.
Эти варианты отличаются друг от друга материалом и конструкцией
фундамента, глубиной его заложения, шириной подошвы, подготовкой
основания и т.д., поэтому для окончательного выбора типа фундамента
необходимо
провести
технико-экономическое
сравнение
предложенных
вариантов.
Характеристики сведены в таблицу 6, составленную по укрупненным
расценкам 1984г. [1] приложение 6, с учетом лишь основных видов работ.
Вариант I (ФМЗ)
Наименование Ед. Стоимость
работ
изм.
ед. руб.
объём стоимость
1
2
3
4
5
Разработка
грунта под
м3
3,60
77,4
278,64
фундаменты
Водоотлив
м3
3,00
3
9,00
Песчаная
м3
17,30
1,23
21,28
подготовка
Крепление
м3
0,98
75,8
74,28
котлованов
Монолитные
м3
31,10
12,38
385,02
фундаменты
Ж/б сваи
м3
88,40
Уст-во
гидроизоляции
м3
90,00
29,45
2650,5
боковая
Уст-во
гидроизоляции
м3
76,60
3,1
237,46
горизонтальная
Общая
Руб.
3656,18
стоимость
Таблица составлена в ценах 1984 г.
Как
видно
из
технико-экономического
Вариант II (ФГЗ)
объём стоимость
6
7
17,28
62,21
0,7
2,10
0,5
8,65
43,5
42,63
3,56
110,72
2,11
186,52
6,12
550,8
4,2
321,72
-
1285,35
сравнения
предложенных
вариантов минимальные затраты связаны с возведением фундамента глубокого
Лист
МТИ ОЗБС-23094с-КП
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
40
заложения, поэтому в дальнейшую разработку рекомендуется принять именно
этот тип фундамента.
Лист
МТИ ОЗБС-23094с-КП
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
41
7. Рекомендации по производству работ нулевого цикла
Разработку грунта производить механизированным способом.
1.
Для разработки котлована использовать одноковшовый экскаватор на
гусеничном ходу с обратной лопатой и вместимостью ковша – 0,9-2,0 м 3.
Одной из моделью экскаватора может послужить гусеничный экскаватор Volvo
EC290B.
Процесс разработки грунта экскаватором складывается из чередующихся
в определенной последовательности операций в одном цикле: резание грунта
и заполнение ковша, подъем ковша с грунтом, поворот экскаватора вокруг оси
к месту выгрузки, выгрузка грунта из ковша, обратный поворот экскаватора,
опускание ковша и подача его в исходное положение.
Вывоз грунта производится самосвалом. Выбор модели осуществляется в
зависимости от грузоподъёмности грузовой машины. Поэтому до 10 тонн
рекомендуется применять следующий: КамАЗ 53605. Данная модель имеет
дистанционное управление из кабины водителя, оборудована металлическими
платформами с задними или боковыми бортами с гидравлическим приводом,
направление разгрузки боковое, либо назад.
Для уменьшения стоимости строительства вместо укрепления
2.
котлована
устраивать
естественные
откосы.
Расчеты
откосов
следует
выполнять по двум группам предельных состояний с применением расчетных
значений воздействий и сопротивлений.
Лист
МТИ ОЗБС-23094с-КП
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
42
3.
Для того, чтобы защитить подземные сооружения и траншеи от
подземных вод в период строительства, а также эксплуатации рекомендуется
применять искусственное понижение уровня подземных вод путем трубчатого
дренажа.
Дренирование
грунтового
массива
предусматривается,
когда
естественный уровень подземных вод расположен на отметках выше пола
подземного сооружения и в тех грунтах, с коэффициентом фильтрации 2 м/сут
и более.
Трубчатый дренаж следует проектировать из хризотилцементных (в
большинстве случаев), керамических, бетонных, железобетонных, чугунных и
пластмассовых труб. Работы по устройству дренажей должны выполняться в
осушенных грунтах. Дренажные трубы следует закладывать ниже расчетной
глубины промерзания грунта.
4.
В работы по подготовке основания входит: вывоз верхнего слоя
грунта, образованного песком и строительным мусором со строительной
площадки, выполнение подготовительных работ по разработке грунта под
фундамент. Такие как уплотнение грунта, глубинное и поверхностное,
устройство песчаного подстилающего слоя под подошву фундамента и его
уплотнение. Выравнивающую подсыпку следует производить из крупной или
средней крупности песка, толщиной 300 мм.
5.
Столбчатый фундамент из монолитного тяжелого бетона класса
В20. Под фундаментом устанавливают подготовку и бетона В 7,5, толщиной
100 мм. Толщина защитного слоя бетона – 35 мм.
После забивки свай оголовки срубаются до той отметки выше низа
ростверка на 100 мм. Бетонирование выполнять в 3 ступени с толщиной
ступени 300мм. Виброуплотнение проводить каждые 200мм уложенного
бетона.
Бетонную смесь в опалубку фундаментов подают автомобильными,
стреловыми самоходными, башенными кранами в поворотных и неповоротных
бадьях (бункерах). Наиболее широко применяют автомобильные и стреловые
Лист
МТИ ОЗБС-23094с-КП
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
43
самоходные краны. Башенные краны применяют при использовании их в
дальнейшем при возведении надземной части зданий
Горизонтальную гидроизоляцию
6.
устраивать таким рулонным
гидроизоляционным материалом, как Техноэласт ЭПП.
Техноэласт ЭПП производят путем двухстороннего нанесения на
полимерную основу СБС полимерного модификатора, а внешняя полимерная
пленка служит защитным слоем. При корректном монтаже и эксплуатации,
срок службы данного материала составляет не менее 25-30 лет.
Складировать Техноэласт ЭПП в рулонах, в заводской упаковке,
вертикально, на поддонах или паллетах, не располагать материал вблизи систем
и приборов отопления;
Перевозку осуществлять любым видом крытого транспорта, соблюдая
действующие правила и требования пожарной безопасности Перевозчика.
Перед
монтажом
гидроизоляционного
материала
необходимо
подготовить основание: обеспылить, очистить от загрязнений, мусора,
посторонних предметов; обработать поверхность битумной мастикой или
праймером, загерметизировать вентиляционные и дымовыводящие отверстия,
стыки и швы примыкания к парапетам, карнизам, коньковым и ендовым
элементам;
Укладку Техноэласта ЭПП выполнять после полного высыхания
грунтовочного раствора;
Размещение полотен на поверхности производится с нахлестом в 5-10 см,
в шахматном порядке;
Фиксация материала к каркасу осуществляется по всему периметру;
В ходе наплавления следить за тем, чтобы материал не перегревался и не
имел натяжения в углах.
Боковую гидроизоляцию производить битумной мастикой в два слоя.
7.
системы
Подземная часть защищается от подземных вод с помощью
ТН-ФУНДАМЕНТ
Дренаж:
На
стены
наносится
рулонная
Лист
МТИ ОЗБС-23094с-КП
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
44
гидроизоляция Техноэласт, поверх обмазывается праймером битумным
ТЕХНОНИКОЛЬ № 01 утепляется экструзированным пенополистиролом
ТЕХНОНИКОЛЬ CARBON PROF, крепится профилированная мембрана
PLANTER geo Обратную засыпку пазух выполнить песком средней крупности
с послойным уплотнением каждые 150мм пневматическими вибротрамбовками.
Лист
МТИ ОЗБС-23094с-КП
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
45
Список использованной литературы
1. СП
22.13330.2016
«Основания
зданий
и
сооружений».
Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*, Росстандарт, 2016–162с.
2. ГОСТ 25100-2011 Грунты. Классификация. М.: Стандартинформ, 2013 38с.
3. СП 131.13330.2018 «Строительная климатология» Актуализированная
редакция СНиП 23-07-99* (с Изменением N 2), М.: ГУП ЦПП, 2013-113с.
4. .
СП
24.13330.2011
«Свайные
фундаменты».
Актуализированная
редакция СНиП 2.02.03-85 (с Изменением N 1), М.: Стандартинформ,
2017-86с.
5. СП 248.1325800.2016. Сооружения подземные. Правила проектирования.
6. СП 28.13330.2012 Защита строительных конструкций от коррозии
7. СП 250.1325800.2016 Здания и сооружения. Защита от подземных вод.
8. СНиП 12-04-2002. Безопасность труда в строительстве. Часть 2.
Строительное производство.
Лист
МТИ ОЗБС-23094с-КП
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
46