Проектирование оснований и фундаментов: расчет по деформациям

Введение
В данном курсовом проекте нам необходимо запроектировать основания и
фундаменты. Что бы произвести выбор конструктивного и объемнопланировочного решения здания необходимо провести обследование
инженерно- геологических условий площадки строительства.
Важной задачей данного курсового проекта является изучение возможности
дальнейшей экономии материалов за счет резервов несущей способности
оснований.
Необходимо произвести расчет оснований по деформациям с соблюдением
условия, что бы расчетные осадки были меньше предельно допустимых
значений, указанных в строительных нормах.
Для более экономичного варианта фундамента необходимо выполнить
расчет по II группе предельного состояния (расчет по деформации).
2
1 Оценка инженерно-геологических условий площадки строительства
1.1 Определение наименования грунтов, их состояния, величины
условного расчетного сопротивления
Рассмотрим грунты, данные о свойствах которых представлены в задании.
Образец грунта №1, Скв 2  насыпь неслежавшаяся.
Образец грунта №2, СКВ 2. Для определения грунта вычисляется число
пластичности
e = (s/)·(1+W)-1,
(1.1)
e = (26,5/18,82)·(1+0,130)-1 = 0,62.
следовательно, исследуемый песок  средней плотности.
Разновидность песка определяется по степени влажности, как
Sr = (W · s)/(e · w),
Sr = (0,130·26,95)/(0,62·10) = 0,57,
что находится в пределах 0,5 < Sr ≤ 0,8 .Следовательно, песок влажный.
При e = 0,62 условное расчетное сопротивление для песка плотного
R0=150 кПа.
Полное наименование исследуемого грунта: песок средней крупности,
насыщенный водой,средней плотности R0 = 150 кПа.
Образец грунта №3, СКВ 2. Для определения грунта вычисляется число
пластичности по формуле (1.1.1)
Ip =26,4-14,9=11,5,
что в соответствии с ГОСТ 25100-95 находится в интервале 7 ≤ Ir  17.
Следовательно, исследуемый грунт  суглинок.
Разновидность грунта определяется по показателю текучести по
формуле (1.1.2)
IL = (0,276 - 0,149)/(0,264 - 0,149) = 1,1.
Следовательно, исследуемая суглинок - текучи.
Дополнительно вычисляем коэффициент пористости по формуле (1.3)
e = (27/18,82)·(1+0,276)-1 = 0,83.
3
В соответствии с прил. 3 при IL = 1,1 и e = 0,83 условное расчетное
сопротивление R0 = 145 кПа.
Полное наименование исследуемого грунта суглинок текучи,
R0 = 145 кПа.
Образец грунта №4, скважина 1. Для определения грунта вычисляется
число пластичности по формуле (1.1):
e = (26,5/20,28)·(1+0,023)-1 = 0,33.
следовательно, исследуемый песок  средней плотности.
Разновидность песка определяется по степени влажности, как
Sr = (W · s)/(e · w),
Sr = (0,023·26,5)/(0,33·10) = 0,185,
что находится в пределах 0 < Sr ≤ 0,5 .Следовательно, песок маловлажный.
При e = 0,62 условное расчетное сопротивление для песка плотного
R0=250 кПа.
Полное наименование исследуемого грунта: песок мелкий, песок
маловлажный, средней плотности R0 = 250 кПа.
Образец грунта №5, скважина 1. Тип грунта определяется по
гранулометрическому составу, приведенному в соответствующей строке
исходных данных о свойствах грунтов.
В исследуемом грунте вес частиц крупнее 0,25 мм составляет
62 %  50 %.
Таким образом, данный песок  средней крупности.
Вид песка определяется по коэффициенту пористости по формуле (1.3)
e = (26,52/20,21)·(1+0,234)-1 = 0,62.
Следовательно, исследуемый песок  средней плотности.
Разновидность песка определяется по степени влажности, как
Sr = (W · s)/(e · w),
Sr = (0,234·26,52)/(0,62·10) = 1,
4
(1.1.4)
что находится в пределах 0,5 < Sr ≤ 0,8 .Следовательно, насыщенный
водой .
При e = 0,62 условное расчетное сопротивление для песка плотного
R0=150 кПа.
Полное наименование исследуемого грунта: песок средней крупности,
насыщенный водой,средней плотности R0 = 150 кПа.
Рисунок 1 – Геологический разрез по скважинам
1.2 Оценка геологического строения площадки
Из построенного геологического разреза следует, что грунты
строительной площадки имеют слоистое напластование с согласным
залеганием слоев, близких к горизонтальным и выдержанных по поверхности.
В толще грунтов залегают грунтовые подземные воды с абсолютной
отметкой уровня 121,18 м.
Подземные воды неагрессивны к бетону. Напластование грунтов по оси
проектируемого фундамента. С поверхности залегает насыпь неслежавшаяся
мощностью 1,9 м, абсолютная отметка кровли слоя 124,98 м, подошвы 123,08
м. Далее залегает слой песок средней крупности,насышенный водой,средней
плотности мощностью 1,2 м. абсолютная отметка кровли  123,08 м, подошвы
 121,88 м. Ниже залегает суглинок текучии мощностью 4,3 м, абсолютная
отметка кровли слоя 121,88 м, подошвы  117,58 м. Далее залегает песок
мелкий средней плотности мощностью 4,6 м, абсолютная отметка кровли 
117,58м, подошвы 112,98 м. Ниже залегает песок средней крупности и средней
плотности, насыщенный водой, мощностью 3 м, абсолютная отметка кровли 
112,98м, подошвы  109,98 м.
5
2 Фундамент мелкого заложения на естественном основании
2.1 Определение глубины заложения фундамента
Глубина заложения фундаментов определяется в соответствии с учетом
глубин сезонного промерзания грунта, положения УГВ (уровень грунтовых
вод), теплового режима и конструктивных особенностей сооружения.
Нормативная глубина сезонного промерзания грунтов dfn=2,4 м.
Расчетная глубина сезонного промерзания грунтов определяется как
df = kh·dfn,
(2.1)
df =1,1·2,4 = 2,64 м.
где
kh  коэффициент влияния теплового режима сооружения; для
наружных и внутренних фундаментов неотапляемых зданий kh=1,1.
Из конструктивных требований при отсутствии подвала, минимальная
глубина заложения столбчатого фундамента под железобетонную колонну dk
определяется как
dk = h’+0,2 м,
(2.2)
dk = 1,2+0,2 = 1,4 м.
h'  глубина заделки колонны в фундамент h'=1,2 м.
0,2 м  минимальная толщина дна стакана, м.
Проверяем условие недопущения морозного пучения грунтов основания.
Для этого вычисляем глубину расположения УГВ, d=3,8 м, и величину
df+2,0=2,64+2=4,64 м. В данном случае d  df + 2,0 (3,8 м < 4,64 м). В этом
случае для суглинок текучии глубина заложения фундамента не менее df. Т.к.
верхний слой является насыпью неслежавшейся, то располагаем подошву
фундамента в нижележащем слое – в суглинок текучии и применяем опалубку.
Окончательно с учетом всех требований глубина заложения фундамента
принимается равной df = 2,4 м.
где
2.2 Определение размеров подошвы внецентренно-нагруженного
фундамента мелкого заложения под колонну промышленного здания
Определение оптимальных размеров подошвы отдельных внецентреннонагруженных
фундаментов
под
колоны
производится
методом
последовательных приближений в следующем порядке:
а) определяется требуемая площадь подошвы фундамента как центральнонагруженного
6
A = Np/(R0-·d1),
(2.1)
A = 3000/(145-20·2,4) = 30,92 м2,
где
NP  расчетное значение вертикальной нагрузки на обрез
фундамента, которое определяется при коэффициенте надежности по нагрузке
f, равным f=1, NP=3000 кН;
R0  ориентировочное значение расчетного сопротивления грунта
основания в уровне подошвы фундамента, определяемое по эпюре R0
геологического разреза, R0=145 кПа;
d1  глубина заложения подошвы фундамента, d1=2,4 м.
б) определяются размеры подошвы фундамента в плане, как имеющую
квадратную форму
b = A,
(2.2)
b = 30,92 = 5,5 м.
в) уточняется величина расчетного сопротивления грунта основания для
квадратного фундамента с шириной подошвы b=5,7 м
R = (c1·c2)/k·[M·kz·b·II+Mq·d1·’II+(M0-1)·dh·’II+Mc·cII], (2.3)
R = (1·1)/1·[0,91·1·5,7·18,87+4,64·2,4·14,39+7,14 0] = 265,2кПа,
k  коэффициент надежности, k=1;
c1, c2  коэффициенты условий работы, c1 = 1; c2 = 1;
M, Mq, Mc  коэффициенты принимаемые по СНиП в зависимости
от угла внутреннего трения грунта основания фундамента , для песка средней
крупности при =27º, M=0,91; Mq=4,64; Mc=7,14;
kz  коэффициент, принимаемый равным при b<10 м kz=1;
II, 'II  осредненное расчетное значение удельного веса грунтов,
залегающих соответственно ниже и выше подошвы фундамента
где
𝛾∥′ =
0,85 ∙ 18,82 + 0,67 ∙ 18,82 + 1,2 ∙ 18,60 + 1,2 ∙ 10,46 + 1,89 ∙ 16
= 14,39
0,85 + 0,67 + 1,2 + 1,89
2,75 ∙ 18,82 + 4,6 ∙ 20,28 + 3 ∙ 20,21
𝛾∥ =
= 18,87
2,75 + 4,6 + 3
26,95 − 10
𝛾взв,2сл =
= 10,46
1 + 0,62
CII=0 кПа;
7
db  глубина подвала, db=0 м;
b  ширина подошвы фундамента, b=5,7 м.
г) вычисляется эксцентриситет равнодействующей
нагрузки относительно центра подошвы фундамента как
ex = Mx/N,
вертикальной
(2.2.4)
где
Mx  Расчетное значение суммарного изгибающего момента,
передаваемого фундаментом на основание в уровне подошвы;
N  расчетное значение вертикальной нагрузки на основание
включая вес конструкций, грунта на его ступенях и т.п.
Mx = Mp+Qp·d1,
(2.2.5)
где Mp, Qp – соответственно расчетные значения изгибающего момента и
поперечного усилия в основном сочетании при f = 1,0.
Mp = 1·590= 590 кН·м;
Qp = 1·180 = 180 кН.
Mx = 590+180·2,4 = 1022 кН·м.
N = Np+G,
(2.2.6)
где Np = 3000 кН.
G = 1·b2··d1
G = 1·5,72·20·2,4= 1556 кН.
N = 3000+1556 = 4556 кН.
Тогда:
ex = 1022/4556= 0,22 м.
Поскольку:
ex=0,22>0,033b=0,0335,7=0,1881 м,
но меньше
8
(2.2.7)
b/6 = 5,7/6 = 0,95 м,
Принимается прямоугольная в плане подошва фундамента, для чего
увеличивается ее размер в направлении изгибающего момента. Для этого
вычисляется коэффициент увеличения k0 по формуле
k0 = (N+N2+24Mx·(0,4·b·d1+1,2·N/b))/0,8·(b2·d1+3·N),
(2.8)
k0 = (4556+45562+24·1022·(0,4·5,7·2,4+(1,2·4556/5,7))/0,8·
·(5,72·2,4+3·4556) =1,1.
С учетом вычисленного значения k0 длина подошвы внецентреннонагруженного фундамента под колонну определяется как
l = k0·b,
(2.9)
l = 1,1·5,7 = 6,30 м.
Принимаем l= 6,3 м. Окончательно принимаем монолитный столбчатый
фундамент с размерами подошвы l=6,3 м, b=5,7 м.
д) проверяют краевые напряжения под подошвой фундамента исходя из
трапециевидной эпюры давления:
Pmaxmin = N/A·(1(6·ex/l),
(2.10)
где
N  расчетное значение вертикальной нагрузки на основание,
включая вес фундамента, грунта на его ступенях:
N = Np+G,
(2.11)
N = 1·3000+5,7·6,3·20·2,4·1 = 4724кН.
A  площадь подошвы фундамента
А = 5,7·6,3 = 35,91 м2.
Mx  расчетное значение изгибающего момента относительно
центра подошвы фундамента по формуле (2.2.5)
Mx = 1·590+180·2,4·1 = 1022 кНм.
еx  эксцентриситет равнодействующей вертикальной нагрузки
относительно центра подошвы фундамента по формуле (2.4)
9
ex = 1022/4724= 0,216 м.
l  размер подошвы фундамента в направлении действия момента
= 6,3 м.
Pmax = 4724/35,91·(1+(6·0,216/6,3) = 158,6,
Pmin = 4724/35.91·(1-(6·0,216/6,3) = 104,5.
При правильном, экономичном подборе размеров подошвы фундамента
должны выполняться условия:
1 Pmax≤1,2 R; 158,6 кПа < 318,2 кПа  выполняется.
2 Pmin>0, т. е. для минимального давления ограничение не введено, но оно
должно быть больше нуля, т.е. не должно быть отрыва части подошвы
фундамента от грунта в результате появления растягивающих напряжений,
когда Pmin со знаком «минус», 104,5 кПа>0  выполняется.
3 P0<R, т.е. среднее давление под подошвой фундамента должно быть не
менее расчетного сопротивления грунта основания 110,6<265,2  выполняется.
Следовательно фундамент запроектирован экономично.
Окончательно принимаем трехступенчатый фундамент с габаритами
подошвы l=6,3 м; b=5,7 м; d1=2,4 м и высотой ступней, при высоте плитной
части – 1600 мм: h1 = 800 мм, h2 = 800 мм.
Рисунок 2 – Монолитный фундамент под колонну
10
Рисунок 3 – Монолитный фундамент под колонну
2.3 Сметная стоимость возведения фундамента
Объем земляных работ при разработке котлована
V1 = 1/3·H·(S1+S2+√S1·S2),
V1 = 1/3·2,4·(35,91+88,27+√35,91·88,27) = 144,3м3.
Расход монолитного бетона
V2 = 5,7·6,3·0,45+4,5·3,9·0,45+2,1·2,7·0,45= 26,6 м3.
Расход бетона на устройство подготовки толщиной 100 мм
V3 = 35,91·0,1 = 3,59 м3.
11
(2.3.1)
3 Фундамент глубокого заложения
По конструктивным соображениям, условиям производства работ
принимается свайный фундамент с забивными железобетонными сваями и
ростверком (возможны другие конструктивные решения свай и фундаментов
глубокого заложения).
3.1 Определение основных размеров
Предварительно строим геологическую колонку грунтов по оси
проектируемого сооружения с указанием их мощности. По эпюре условных
расчетных сопротивлений выбираем несущий (опорный) слой грунта с
наибольшей величиной R0. Далее производится определение основных
размеров свайных фундаментов.
Требуется определить основные размеры свайного фундамента с
забивными железобетонными сваями и ростверком для инженерногеологических условий площадки строительства. Из эпюры следует, что
опорным следует считать слой песка крупного, плотного, насыщенного водой
R0=400 кПа.
3.1.1 Установление глубины заложения подошвы ростверка.
Устанавливаем глубину заложения подошвы ростверка из конструктивных
требований без учета сезонного промерзания грунтов, инженерногеологических особенностей площадки строительства, положения УГВ. При
этом, в первом приближении высота ростверка назначается на 0,40,5 м больше
необходимой глубины заделки колонны в фундамент h, т.е.
dк = hf+0,5 м.
(3.1)
dк = 1+0,5 = 1,5 м.
Размеры ростверка по высоте, как правило, принимаются кратными
0,1 м. Принимаем высоту ростверка d1=dk=15 м. Полученная величина
глубины заложения d1=1,5м откладывается в масштабе на схеме от
планировочной отметки и устанавливается абсолютная отметка низа
ростверка, равная 110,75 м.
3.1.2 Заглубление сваи в опорный слой грунта
Задаемся заглублением сваи в опорный (несущий) слой грунта в пределах
12 м и устанавливаем по схеме ориентировочную расчетную длину сваи (hP),
исчисляемую как расстояние от дна предполагаемого котлована до начала
заострения. Таким образом, принимая заглубление сваи в слой песка крупного
на 1,0 м, получаем
12
hp = h1+h2+h3,
(3.2)
hp = 1,1+4,3+1,3 = 6,7 м.
По ориентировочной расчетной длине, учитывая метод погружения,
форму поперечного сечения, вид армирования, выбираем тип сваи.
Выбираем забивную сваю квадратного сечения с ненапрягаемой
стержневой арматурой марки С-7-30, т. е. длиной hст=7 м и размером
поперечного сечения 0,3х0,3 м.
Так как действуют горизонтальные и моментные нагрузки то, эта
величина принимается 30 см. В связи с этим, вновь определяется расчетная
длина сваи
hp = hст-0,3 = 6,7 м,
(3.1.3)
Рисунок 4 – Расчетная схема сваи
3.1.3. Определение несущей способности сваи
Определяется несущая способность сваи из условия прочности грунта по
СНиП, как:
Fd = c·(cR·R·A+ucf·fi·hi),
(3.1.4)
Fd = 1,2·(1,2·2513·0,09+1,2·1)·(45,3·1,1+6·4,3+44,05·1,3)=497 кН,
где
c  коэффициент условий работы сваи в грунте, c=1;
cR, cf  коэффициенты условий работы грунта соответственно под
нижним концом и по боковой поверхности сваи, cR=1, cf=1;
13
R  расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи,
R=2513 кПа;
fi  расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания
мощностью hi по боковой поверхности сваи; расчетное сопротивление слоя
песка средней крупности на глубине z1 = 2,55 м, будет f1=45,3 кПа; расчетное
сопротивление слоя суглинка текучий на глубине z2 = 5,25, м - f2= 6 кПа;
расчетное сопротивление слоя песка мелкого на глубине z3 = 8,05 - f3=44,05
кПа;
A  площадь поперечного сечения сваи
A  0,3  0,3  0,09 м².
u  наружный периметр поперечного сечения сваи
u = 4·0,3 = 1,2 м.
hi  толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой
поверхностью сваи, h1 = 1,1; h2 = 4,3; h3 = 1,3.
Таким образом:
fi·hi = (45,3·1,1)+(6·4,3)+(44,05·1,3) = 132,8.
3.1.4. Определение расчетной нагрузки на сваю. Определяется расчетная
нагрузка на сваю из условия прочности грунта
P = Fd/k,
(3.1.5)
P = 497/1,4 = 355 кН,
где
k=1,4.
k  коэффициент надежности по грунту, принимаемый равным
3.1.5. Определение количества свай в фундаменте. Определяем
ориентировочно количество свай в фундаменте
n = (Np/P)·1,2,
(3.1.6)
n = (3300/355)·1,2 = 11,15,
где
1,2  коэффициент, увеличивающий число свай в грунте на 20%
вследствие действия изгибающего момента и поперечной силы;
NP  расчетное значение вертикальной нагрузки, при
коэффициенте надежности по нагрузке, f=1,1;
14
Np = 3000·1,1 = 3300 кН.
Принимаем n=11.
3.1.6 Размещение свай и определение размеров ростверка в плане.
Производится размещение свай и определяются размеры в плане. Расстояние от
края ростверка до внешней грани сваи назначается 15 см. Размеры ростверка в
плане должны быть кратными 0,1 мм.
Lp =4,5 м,
Вp = 1,9 м.
3.1.7 Определение нагрузки на угловые сваи. Проверяется нагрузка на
угловые сваи фундамента, как наиболее нагруженные по формуле
Nсв minmax = (Np + G)/n + (M·x)/xi2 кН,
(3.17)
x  расстояние от главной оси до оси угловой сваи, x=0,9 м;
G  расчетная нагрузка от собственного веса ростверка и грунта на
его ступенях, ориентировочно определяется при f=1,1 как
где
G = f·Ap··d1,
(3.8)
G = 1,1·4,5·1,9·20·1,5 = 282,15 кН;
M  расчетное значение изгибающего момента относительно
главной подошвы ростверка, при f=1,1 определяемое как
M = Mp+Qp·d1
(3.9)
M = 870·1,1+190·1,1·1,5= 1270 кНм;
 x i2  сумма квадратов расстояний от главной оси до оси каждой сваи
фундамента
 x i2 =22·4+0,92·4+1,22·2 =22,12 м2,
Nсвmax = (3300+282)/11+(1270·0,9)/22,12 = 377 кН,
Nсв min = (3300+282)/11-(1490·0,9)/22,12 = 273 кН.
15
Проверяется выполнение условий:
1 Nсвmax≤1,2 Р;
377<1,2355=426 кН  условие выполняется;
max
2 Nсв >0;
273 > 0  условие выполняется.
3.1.8 Проверка напряжений в грунте в плоскости нижних концов свай
Проверяются напряжения в грунте в плоскости нижних концов свай. При
этом, свайный фундамент условно принимается за массивный жесткий
фундамент глубокого заложения, контур которого ограничен сверху
поверхностью планировки, снизу  плоскостью, проходящей через нижние
концы свай, с боков вертикальными плоскостями, отстоящий от наружных

граней свай на расстояние h P  tg . Для слоистой толщи определяется
4
осредненное значение угла внутреннего трения грунта
II = (IIi·hi)/hp,
(3.10)
II = (23º·1,1+11º·4,3+27º·1,3)/ 1,1+4,3+1,3= 16,
где
i, hi  соответственно расчетное значение угла внутреннего трения
и толщина каждого слоя грунта в пределах расчетной длины сваи, град., м;
толщина слоя песка средней крупности h1=1,1 м, 1=23º;
толщина слоя суглинка текучий h2=4,3 м, 2=11º;
толщина слоя песка мелкого h3=1,3 м, 3=27 º;
φII/4 = 16/4 = 4º30'
tg4º30'= 0,0787.
Исходя из этого, размеры подошвы условного фундамента в плане
определяются как
lусл = 1,2·3+0,19·2+2·6,7·0,0787= 5,03 м,
bусл = 1,2 м.
Площадь подошвы условного фундамента
Аусл = lусл· bусл,,
(3.11)
Аусл = 5,03·1,2= 6,03 м².
Определяется давление под подошвой условного фундамента
Р = (Np+G)/Aусл,
16
(3.12)
Р = (3300+2913)/6,03= 1030 кПа.
NP=3300 кН при f=1;
G  расчетная нагрузка от собственного веса свай, ростверка,
грунта в пределах условного фундамента:
где
G = Aусл·(hp+di)·i,
(3.13)
G = 6,03·(6,7+1,5)·20·1 = 988.9 кН.
Определяется расчетное сопротивление грунта под подошвой условного
фундамента
R = (c1·c2)/k·[M·kz·b·II+Mq·(hp+d1)· ’II+Mc·cII],
(3.14)
R = (1,4·1,0)/1·[0,91·1,0·1,2·10,46+4,64·(6 ,7+1,5)·18,78+7,14·0] = 1016 кПа.
где с1=1,4; с2=1,0; k=1; kz=1;
M, Mq, Mc  коэффициенты, принимаемые в зависимости от угла
внутреннего трения грунта основания условного фундамента, поскольку
таковым является песок крупный с =27º, M=0,91; Mq=4,64; Mc=7,14;
bусл=3,15 м;
II  расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже
условного фундамента, II=10,46 кН/м³ с учетом взвешивающего действия
воды.
'II  среднее значение удельного веса грунтов, залегающих выше
подошвы условного фундамента, 'II = 18,78 кН/м3.
xi, hi  соответственно удельный вес и толщина каждого слоя грунта
по высоте (hP+d1) условного фундамента;
сII  расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего
непосредственно под подошвой условного фундамента, для песка мелкого сII =
0.
𝛾∥′ =
3,1 ∙ 18,82 + 4,3 ∙ 18,82 + 1,3 ∙ 18,60
= 18,78
3,1 + 4,3 + 1,3
𝛾взв,2сл =
26,95 − 10
= 10,46
1 + 0,62
Проверяется выполнение условия P < R
726,6 кПа<1144 кПа.
17
Условие выполняется.
Рисунок 6 – Схема определения размеров условного фундамента
3.2. Расчет железобетонного ростверка
Расчет ростверка свайного фундамента производится на продавливание
колонной по формуле
N≤2Rbt·H0[α(hc+c2)+α2·(bc+c1)1],
18
(3.1)
где
N  расчетная продавливающая сила, равная сумме реакций всех
свай, расположенных за пределами нижнего основания пирамиды
продавливания
N = Pф·n;
(3.2)
Где h0  рабочая высота ростверка, принимаемая от дна стакана до верха
нижней рабочей арматурной сетки, h0=0,45 м;
bc, hc  ширина и длина сечения колонны 0,4 х 0,8 м;
C1, C2  расстояние от соответствующих граней колонн до
внутренних граней каждого ряда свай, C1= 0,86 м; C2=0,50 м;
1, 2  безразмерные коэффициенты, равные
i = H0/C1,
(3.3)
1 = 0,45/0,425 = 1,06,
2 = 0,45/0,18 = 2,5.
Rbt  расчетное сопротивление бетона осевому растяжению, для
принятого в проекте класс бетона В20, Rbt=1050 кПа;
Pф  реакция одной сваи фундамента
Pф = (Nр+G1)/n,
Pф = (2200+118,8)/6 = 386,5 к,
N = 386,5·4 = 1545,9 кН.
В правой части условия имеем
2·1050·0,45[1,06(0,5+0,18)+2,5(0,5+0,425)] = 2854,7 кН.
1545,9 ≤ 2854,7 кПа  условие выполняется, следовательно,
продавливание ростверка колонной не произойдет.
19
(3.4)
Рисунок 7 – Свайный фундамент со стаканным ростверком
3.3. Сметная стоимость устройства фундамента
Объем земляных работ при разработке котлована по формуле (2.1)
V1 = 1/3·H·(S1+S2+√S1·S2),
V1 = 1/3·1,5·(8,5+13,5+√8,5·13,5) = 16,35 м3.
Расход монолитного бетона при устройстве ростверка
V2 = 2,4·1,5·0,7+1,1·1,1·0,8 = 3,488 м3.
Объем сборного железобетона сваи
V3 = 0,3·0,3·4·5 = 1,8 м³.
Расход бетона на устройство подготовки толщиной 100 мм
V4 = 3,6·0,1 = 0,36 м3.
20
4. Технико-экономическое сравнение вариантов
Технико-экономическое сравнение вариантов фундаментов сводится в
таблицу.
Таблица 1 – Технико-экономическое сравнение
Виды работ
Ед.
изм
Стоим
ость,
1.Разработка грунта
м3
20,40
под фундамент
2.Устройство
бетонной подготовки
м3
8562,4
100мм
3.Устройство ж.б.
фундаментов под
10050,
м3
колонны объемом до
3
3
25 м
4.Устройство
монолитных
м3
10988
фундаментов и
ростверков до 5м3
5.Погружение
м3 ж.б.
железобетонных
4996,5
сваи
свай
Общая стоимость фундаментов
Вариант I
Фундамент на
естественном
основании
Стоимост
Объем
ь
Вариант II
Свайный
фундамент
Объем
Стоимост
ь
55,36
1129,34
16,35
333,54
1,08
9247,4
0,36
3082,45
19,44
195376,9
-
-
-
-
3,5
38458
-
-
6,48
32377,3
205754
74251
Как видно из таблицы экономичнее свайный фундамент, поэтому расчет
по деформациям производится для свайного фундамента
21
5. Расчет оснований по деформациям
Расчет оснований по деформациям сводится к определению расчетных
величин стабилизированных осадок и сравнению их с предельными. При этом
должно соблюдаться следующее условие:
S≤Su,
(5)
S  возможная величина осадки здания, полученная расчетом;
Su  предельно допустимая осадка, зависящая от жесткости здания,
эксплуатационных требований.
где
5.1. Расчет осадки методом послойного элементарного суммирования
Строим графическую схему, на которой изображаются контуры
проектируемого фундамента, напластования грунтов, эпюры природного и
садочного давлений, нижняя граница сжимаемой толщи.
5.1.1. Построение эпюры природного давления грунта
Природным называется давление от веса вышележащих слоев грунта,
определяемая по формуле
 zgi   i  h i ,
(5.1)
где i  удельный вес грунта;
hi  мощность слоя грунта.
Ниже УГВ необходимо учитывать взвешивающее действие воды на скелет
грунта и определять удельный вес грунта, взвешенного в воде по формуле
 sb 
s  
,
1 e
(5.2)
где s  удельный вес скелета грунта;
  удельный вес воды;
e  коэффициент пористости грунта.
Ординаты эпюры zgi вычисляются для всех характерных точек отметки
подошвы фундамента, отметки границ слоев грунта, отметки уровня
грунтовых вод. Кроме этого вычисляются ординаты вспомогательной эпюры
0,2zg0.
На поверхности земли
22
zg0=0;
0,2zg0=0.
На контакте I и II слоя (мощность 1,2 м)
zg1=h1·γ1,
(5.3)
zg1= 1,2·16,5 = 19,8 кПа,
0,2zg1 = 0,2·19,8 = 3,96 кПа.
На контакте II и III слоя (мощность2,1 м)
zg2=zg1+h2·γ2 ,
(5.4)
zg2= 19,8+19,7·2,1 =61,17 кПа,
0,2zg2 = 0,2·61,17= 12,23 кПа.
На контакте III и IV слоев (мощность 1,7 м)
zg3=zg2+h3·γ3,
(5.5)
zg3 = 61,17 +19,6·1,7 = 94,49 кПа,
0,2zg3 = 0,2·94,49 = 18,9 кПа.
На контакте IV и V слоев (мощность 6,3 м)
zg4=zg3+h4·γ4,
(5.6)
zg4= 94,49+6,3·19,9 = 219,49 кПа,
0,2zg4 = 0,2·219,49 = 43,9 кПа.
На уровне подошвы условного фундамента (мощность 1,9 м)
zg5=zg4+h5·γ5,
zg5= 219,49+1,9·20,6 = 258,63 кПа,
0,2zg3 = 0,2·258,63 = 51,7 кПа.
23
(5.7)
На подошве V слоя (мощность 5,3 м)
zg6=zg5+h6·γ6,
(5.8)
zg6 = 258,63+24,65·20,6 = 310,13 кПа,
0,2zg3 = 0,2·310,13 = 62,03 кПа.
Полученные значения ординат эпюры природного
вспомогательной эпюры наносим на графическую схему.
давления
и
Рисунок 8 - Эпюры природного и осадочного давления
5.1.2. Построение эпюры осадочных давлений. Осадочным называется
давление, передаваемое фундаментом на грунт основания и вызывающее его
уплотнение. Величина осадочного давления непосредственно под подошвой
фундамента определяется как
σzp = р - σzg кПа,
(5.9)
P  среднее давление под подошвой фундамента, P =447,3 кПа;
zg  природное давление в уровне подошвы фундамента на
естественном основании, zg=310,13 кПа.
где
При построении эпюры осадочных давлений толща грунта ниже подошвы
фундамента разбивается на элементарные слои толщиной 0,4b, где b  ширина
подошвы фундамента
24
0,4b = 0,4·3= 1,2 м.
Каждый слой грунта ниже условного фундамента разбиваем на слои
толщиной 1,2 м.
Ординаты эпюр осадочного давления на глубине zi ниже подошвы
фундамента определяем как
 zpi   zp ,
где
(5.10)
  коэффициент рассеивания, определяемый по таблице.
Вычисление ординат эпюры осадочных давлений производим по
табличной форме.
Таблица 2 – Ординаты эпюр осадочных давлений
ξ = 2z1/b
z, м

 zpi   zp
1
2
3
4
0
1,2
2,4
3,6
4,8
6
0
0,8
1,6
2,4
3,2
4
1
0,848
0,532
0,325
0,21
0,145
137,17
116,32
72,9
44,58
28,8
19,89
Толща грунта, практически влияющая на осадку фундамента называется
сжимаемой. Сжимаемая толща ограничена сверху горизонтальной
плоскостью, проходящей через подошву фундамента, а снизу 
горизонтальной плоскостью, в которой осадочного давление в пять раз меньше
природного, т е.  zp  0,2 zg . Величиной сжатия грунта ниже уровня обычно
пренебрегают, вследствие незначительности.
Мощность сжимаемой толщи легко определяется с помощью
графического построения, которое заключается в наложении эпюры
природных давлений zg, вычерченной справа от оси с пятикратным
уменьшением масштаба, на эпюру осадочных давлений zp. Точка пересечения
этих эпюр будет соответствовать нижней границе сжимаемой толщи (НГСТ).
НГСТ располагается на глубине 2,8 м от подошвы условного фундамента.
Определение деформационных характеристик грунтов, входящих в
сжимаемую толщу. Деформационные характеристики каждого слоя грунта в
составе сжимаемой толщи определяются по данным, приведенным в задании на
курсовой проект, путем построения соответственно компрессионной кривой или
графика зависимости осадки штампа от давления на него.
По имеющимся данным строим кривую пробной нагрузки е=f(P) и
определяем соответственно природное давление полное P2 (сумма природного и
25
осадочного давлений) в его средней части. Значения P1 и P2 наносится на ось
давлений диаграммы и по графику определяется соответствующее значение
коэффициентов пористости
Определяем модуль общей деформации грунта. Тогда коэффициент
сжимаемости
m0 = (e1-e2)/(P2-P1);
(5.11)
m0= (0,583-0,58)/(397,96-287,88) = 0,000027 кПа1.
Коэффициент относительной сжимаемости
mv = m0/(1+e0),
(5.12)
mv = 0,000027/(1+0,6) = 0,000017 кПа.
Модуль деформации грунта
E0 = β/mv,
(5.13)
E0= 0,8/0,000017=47337,3 кПа.
Рисунок 9 – Компрессионные свойства грунтов
По имеющимся данным строим кривую пробной нагрузки S=f(P) и
определяем соответственно природное давление полное P2 (сумма природного и
осадочного давлений) в его средней части. Тогда. Значения P1 и P2 наносится на
ось давлений диаграммы и по графику определяется соответствующее значение
осадок S1 и S2.
26
5.2. Расчет осадки фундамента
Полная осадка фундамента определяется как сумма осадок элементарных
слоев в пределах сжимаемой толщи, т. е.
n
S   Si ,
(5.14)
i 1
Si  осадка каждого элементарного слоя грунта определяется как
где
Si 
где
 zpi   zpi  1
2
 zpi   zpi  1   h i

,
2
E0
(5.15)
 среднее давление в середине рассматриваемого
элементарного слоя;
hi  толщина элементарного слоя;
  безразмерный коэффициент, =0,8;
E0  модуль деформации грунта.
Тогда
S1 = ((137,16+116,32)/2)·(0,8·1,2/47337) = 0,0026 м,
S2 = ((116,32+72,9)/2)·(0,8·1,2/47337) = 0,0019 м,
S3 = ((72,9+63,4)/2)·(0,8·0,4/473372) = 0,00046 м.
Полная осадка фундамента
∑Si = 0,0026+0,0019+0,00046= 0,00493м = 0,5 см <8 см,
0,5 см < 8 см  условие выполняется.
5.3 Расчет осадки методом эквивалентного слоя
Расчет осадки методом эквивалентного слоя грунта производится в
следующем порядке.
Ориентируясь на преобладающий ниже подошвы фундамента (или
условного фундамента) грунт, задаются значением коэффициента
относительной поперечной деформаций v, если преобладают глинистые
грунты v=0,3, песчаные v=0,2.
27
Преобладающим грунтом в рассматриваемом примере является суглинок
тугопластичный, следовательно, v=0,30. По таблице [3] для условного
фундамента с прямоугольной подошвой размером 4,5x2,2 м определяется
коэффициент эквивалентного слоя Аwconst= 1,108 и вычисляется высота
эквивалентной толщи грунта, как
һэ=Аw const∙bусл,
(5.16)
һэ=1,108∙3=3,324 м.
Вычисляется мощность толщи грунта, практически влияющей на осадку
фундамента
H=2һэ,
(5.17)
H =2∙3,324=6,65 м.
Полученная величина Н откладывается вниз по оси условного фундамента
от его подошвы. Строится треугольная эпюра осадочных давлений, основание
которой равно величине σzp=137,17 кПа, определенной ранее на уровне
подошвы условного фундамента, а высота Н=6,65 м.
Грунты, вошедшие в сжимаемую толщу (Н), считаются однородными с
осредненными характеристиками.
В данном случае в пределах треугольной эпюры находится слой песка
средней крупности h1= 24,6 м, mvm= 0,000017 mvm
Вычисляется средняя осадка фундамента
S=hэ ∙mvm ∙σzp,
S=3,324·1,7·10-5·137,17=0,7 см,
0,7 см < 8 см  условие выполняется.
28
(5.18)
6. Выбор сваебойного оборудования
Тип молота выбирается исходя из минимальной энергии удара,
необходимой для забивки свай, которая определяется как:
Э = 1,75аР,
(6.1)
где а – эмпирический коэффициент, а = 25 Дж/кН;
Р – расчетная нагрузка на сваю, Р = 447,3 кН.
Тогда:
Э = 1,75·25·447,3 = 19570 Дж = 19,57 кДж.
Приняты по таблице СССМ-570 – паровоздушный молот одиночного
действия, с расчетной паспортной энергией удара Эр = 27 кДж должен
удовлетворять условию:
g·(Qn+q)/Эр ≤ К,
(6.2)
где Qn – полная масса молота, Qn = 2,7 т;
q – масса сваи и наголовника, q с = 0,22·6 = 1,32 т,
g – ускорение свободного падения, g = 10 м/сек2.
Значение коэффициента К, зависящего от материала сваи, типа молота
принимаем равным
Таким образом:
10(2,7+1,32)/19,57 = 2,05 ≤ 5
Условие выполняется, окончательно для забивки свай принимается
паровоздушный молот СССМ-570 одиночного действия, с расчетной
паспортной энергией удара Эр = 27 кДж.
29
Заключение
В данном курсовом проекте мы провели оценку инженерно-геологических
условий и свойств грунтов. Рассчитали варианты (при этом рассмотрели два
варианта – фундамент мелкого заложения и фундамент свайный) для наиболее
нагруженного фундамента под колонну промышленного здания.
По каждому варианту выбрали и обосновали глубину заложения
фундамента, тип фундамента, тип основания, определили размеры фундамента и
рассчитали по прочности материала.
Определили стоимость каждого варианта, сравнили рассмотренные
варианты по технико-экономическим показателям и выбрали второй вариантсвайный фундамент.
Для данного фундамента выполнили расчет по II группе предельного
состояния.
30
Список использованных источников
1 Берлинов М. В., Ягупов Б. А. Примеры расчета оснований и фундаментов.
– М. : Лань, 2011. – 269 с.
2 Веселов В. А. Проектирование оснований и фундаментов. Основы теории
и примеры расчета. : учебное пособие : – М. : Стройиздат, 2009. – 304 с.
3 Горшкова Л. В. Расчет и конструирование основания и фундаментов
промышленных зданий: учебное пособие /. – Павлодар : Кереку, 2016. – 121 с.
4 Далматов Б. И., Бронин В. Н., Голли А. В. и др. Проектирование
фундаментов зданий и подземных сооружений / под ред. Б. И. Далматова. – 3-е
изд. – М. : АСВ, 2006. – 428 с.
5 СНиП 2.01.07-85· Нагрузки и воздействия. Нормы проектирования. – М. :
Стройиздат, 1987. – 60 с.
6 СНиП РК 5.01-01-2002 Основания зданий и сооружений. Строительные
нормы и правила. – Астана : Комитет по делам строительства Министерство
индустрии и торговли Республики Казахстан, 2002. – 82 с.
7 СНиП РК 5.01-03-2002 Свайные фундаменты. Строительные нормы и
правила РК. – Астана : Комитет по делам строительства Министерство
индустрии и торговли Республики Казахстан, 2002. – 84 с.
8 Ухов С. Б., Семёнов В. В., Знаменский В. В. и др. Механика грунтов
основания и фундаменты. – М. : Высшая школа, 2002. – 566 с.
31