Реферат: Определение расчетных характеристик физического состояния грунтов

1.

2. АНАЛИЗ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ

1.1. Определениерасчетных характеристикфизического состояния грунтов.

Расчетные характеристики служат для оценки физического состояния и определения типа, вида и разновидности грунтов согласно СТБ 943-93.

К ним относят:

- ρ_d плотность сухого грунта (скелета грунта):

; (1)

- e коэффициент пористости грунта природного сложения и влажности:

; (2)

- S_r степень влажности (коэффициент водонасыщенности) определяется по формуле:

, (3)

где ρ_w – плотность воды, принимаемая равной 1г/см³ .

Для пылевато-глинистых грунтов дополнительно определяется число пластичности и показатель текучести.

Число пластичности определяется по формуле:

I_p =W_L -W_P , (4)

где W_L – влажность на границе текучести;

W_P – влажность на границе раскатывания.

Показатель текучести определяется по формуле:

. (5)

Исходные данные:

ρ - плотность грунта в естественном состоянии;

W - влажность грунта;

ρ_s - плотность твердых частиц;

W_L - влажность на границе текучести;

W_P - влажность на границе раскатывания.

Расчеты выполняютсядлякаждогослоя.

Результатырасчетасводятсявтаблицу,формапокоторойприведенаниже(таблица4).

Представим исходные данные в виде таблицы.

Таблица 1

Для оценки физического состояния и определения типа, вида и разновидности грунта определяются следующие характеристики грунта:

1. Плотность сухого грунта (скелета грунта) ρ_d :

Для первого слоя: г/см³ ;

Для второго слоя: г/см³ ;

Для третьего слоя: г/см³ ,

где ρ – плотность грунта, г/см³ ;

W – природная влажность грунта в долях единицы.

2. Коэффициент пористости грунта природного сложения и влажности е:

Для первого слоя: ;

Для второго слоя: ;

Для третьего слоя: ,

где ρ_s – плотность твердых частиц грунта, г/см³ .

3. Степень влажности (коэффициент водонасыщенности) S_r :

Для первого слоя: ;

Для второго слоя: ;

Для третьего слоя: ,

где ρ_w – плотность воды, принимаемая равной 1г/см³ .

Для пылевато-глинистых грунтов дополнительно определяем число пластичности и показатель текучести (для первого и третьего слоев):

4. Число пластичности I_p :

Для второго слоя: I_p =W_L -W_P = 0,48-0,21 = 0,27= 27%;

Для третьего слоя: I_p =W_L -W_P = 0,22-0,12 = 0,10 = 10%,

где W_L – влажность на границе текучести;

W_P – влажность на границе раскатывания.

5. Показатель текучести I_L :

Для первого слоя:

Для третьего слоя:

Результаты расчета сводим в таблицу 4.

1.2. Анализ гранулометрического состава песка .

Определяемвидаобломочно-песчаныхгрунтовпоСТБ943-93:

- по грансоставу;

- по показателю максимальной неоднородности U_max :

, (6)

где: d50 – диаметр частиц меньше которых в грунте 50%;

d95 – диаметр частиц меньше которых в грунте 95%;

d5 – диаметр частиц меньше которых в грунте 5%;

Величины d50, d95, d5 – находятся по кривой неоднородности грунта, построенной в полулогарифметических координатах, рис.1.

Даны результаты ситового анализа гранулометрического состава песка:

Таблица 2

Необходимо по СТБ 943-93 определить вид песка по гранулометрическому составу и по показателю максимальной неоднородности U_max .

Анализ гранулометрического состава песка удобнее проводить в табличной форме. Таблица 3

Анализ проводим по строке 2 таблицы 3 начиная с фракций, имеющих наибольший диаметр. Так как масса частиц крупнее 0,50мм более 50% (77,3%), данный песок по разновидности относится к крупным пескам (табл.4.2. СТБ 943-93).

Для определения максимальной неоднородности по данным строки 3 строится кривая однородности грунта, рис.1.

Рис.1. Кривая однородности грунта

Графически определяются значения:

- log (d95) = -0,005;

- log (d50) = -0,23

- log (d5) = -0,84

Определяем характерные диаметры:

- d95 = 10^-0,005 = 0,99;

- d50 = 10^-0,23 = 0,59;

- d5 = 10^-0,84 = 0,14.

Находим U_max :

– песок среднеоднородный.

Вывод: данный грунт – песок крупный среднеоднородный.

1.3. Определениетипа и разновидностигрунтовпо СТБ943-93

« Классификациягрунтов».

Классификация обломочных пылевато-глинистых грунтов производится по типу и разновидности (табл.4.2. СТБ 943-93):

* тип грунта определяется по числу пластичности I_p ;

* разновидность:

- по прочности (сопротивлению грунта при зондировании);

- по показателю текучести I_L ;

Для песчаных грунтов проводят анализ гранулометрического состава и определяю тип, вид и разновидность:

* тип – песок, если масса частиц крупнее 2мм < 50%;

* вид обломочно-песчаных грунтов определяется по гранулометрическому составу и по показателю максимальной неоднородности U_max ;

* разновидность – по прочности (сопротивлению грунта при зондировании) и по степени влажности S_r (табл.4.2. СТБ 943-93).

Полное наименование грунтов заносим в графу 13 таблицы 4.

Определяем полное наименование грунта по ранее полученным данным.

Слой №1

. Данный слой обломочно-пылеватый глинистый (W_L = 0,48; W_P = 0,21):

1. Тип: по числу пластичности I_p = 0.27 (27%) – глина (см. табл. 4.2 СТБ 943-93);

2. Разновидность:

- по прочности при зондировании:

Так как для первого слоя P_d = 3,7 МПа, по графе 4 табл. 4.6 СТБ 943-93 определяем – данный грунт прочный;

- по показателю текучести:

I_L = 0,26 – глина тугопластичная.

Вывод: Слой №1 – глина тугопластичная, прочная.

Слой №2

Данный слой обломочно-песчаный (отсутствуют значения W_L и W_P ):

1. Тип: песок, масса частиц крупнее 0,50мм = 77,3% > 50%;

2. Вид: по гранулометрическому составу и по показателю U_max – песок крупный, среднеоднородный;

3. Разновидность:

- по прочности при зондировании:

Так как для третьего слоя P_d = 4,7 МПа, по графе 4 табл. 4.5 СТБ 943-93 определяем – данный грунт средней прочности;

- по степени влажности:

S_r = 1,0 – песок водонасыщенный.

Вывод: Слой №2 – песок крупный, среднеоднородный, средней прочности, водонасыщенный.

Слой №3

Данный слой обломочно-пылеватый глинистый (W_L = 0,22; W_P = 0,12):

1. Тип: по числу пластичности I_p = 0.10 (10%) – суглинок (см. табл. 4.2 СТБ 943-93);

3. Разновидность:

- по прочности при зондировании:

Так как для второго слоя P_d = 5,1МПа, по графе 4 табл. 4.6 СТБ 943-93 определяем – данный грунт прочный;

- по показателю текучести:

I_L = 0,6 – суглинок мягкопластичный.

Вывод: Слой №3 – суглинок мягкопластичный прочный.

Все данные, полученные по результатам расчетов, заносим в таблицу 4.

Физико-механические характеристики грунтов основания

Таблица 4

1.5. П остроение нженерно-геологическогоразреза.

Оформлениеинженерно-геологического разреза выполняется согласно требованиям СТБ 21.302-99(прил.9.6,прил.10).

Инженерно-геологический разрез представляет собой схему напластования грунтов, полученную поданнымпроходкиинженерно-геологических выработок(скважин).

Втаблице 5. в соответствии с заданием к контрольной работе приведены значения толщины (мощности) каждого слоя по скважинам. Расстояние между скважинами принимается по таблице6.Отметкиустья скважиныпринимаютсяпотаблице 7.

Наразрезенеобходимонанести:

·штриховое обозначение каждого слоя с учетом условных обозначений;

·относительныеотметкиграницмеждуслоями(втомчислеи науровнегрунтовыхвод);

·графикидинамического зондирования,РД;

·номераИГЭ(инженерно-геологическихэлементов);

·уровеньгрунтовыхвод;

·уровеньпланировки(приблизительнопринимаетсясучетомбалансаземляныхработ– объемсрезкиравенобъемунасыпи);

·условныеобозначениянаотдельномлисте.

Дляисходных данныхтаблиц5–7порезультатамзадач1-3построим инженерно-геологическийразрезпо скважинам1–3.

Таблица5

Таблица6 Таблица7

Расстояние между скаважинами Отметкиустьяскважин

1.5. Определениенормативныхи расчетных значенийфизико- механических характеристикгрунтовпо даннымдинамического зондирования.

В данной работе необходимо для каждого слоя определить нормативные значения следующих характеристик грунтов:

- удельного веса

где g - ускорение свободного падения. Единицы измерения удельного веса кН/м; - плотность грунта в естественном состоянии (г/см).

- для водонасыщенных песков дополнительно определяется удельный вес грунта в водонасыщенном состоянии

где , - удельный вес воды равный 10 кН/м;

- удельный вес твердых частиц грунта (определяется аналогично как и ).

Далее определяются нормативные значения прочностных и деформационных характеристик грунтов ( ,с_п ,Е). На практике данные величины определяются в ходе проведения комплекса полевых и лаборатор­ных исследований. В контрольной работе допускается определять прочностные и деформационные характери­стики грунтов по данным динамического зондирования в зависимости от величины Рд (дано в задании, таблица П1.1 графа 9). Для этого понадобится пособие П2-2000 к СНБ 5.01.01-99 /4/ таблицы Д.2, Д.4 приложения Д. В рамках данной контрольной работы считать суглинки и глины озёрно-ледникового происхождения, пески ал­лювиального.

расчетные значения характеристик грунтов для первой и второй группы предельных состояний:

- удельного веса ;

- угла внутреннего трения ;

- удельного сцепления

определяются путем деления нормативных значений () на коэффициент надежности погрунту y_g . Коэффициенты надежности по грунту y_g при определении расчетных значений свойств грун­тов определяются согласно ГОСТ 20522-96 Грунты. Методы статистической обработки результатов испытаний. В контрольной работе допускается коэффициенты надежности по грунту y_g принять равными:

* при определении расчетных значений удельного веса :

y_g =1;

* при определении расчетных значений :

y_g =1;

* при определении расчетных значений :

- для удельного сцепления y_{g ( c} ) = 1,5;

* при определении расчетных значений :

- для песчаных грунтов y_{g ( c )} =1,1;

- для пылевато-глинистых y_{g ( c )} = 1,15.

Результаты определения физико-механических характеристик грунтов сводятся в таблицу.

ИГЭ 1

Первый инженерно-геологический элемент – глина тугопластичная, прочная, с условным динамическим сопротивлением Р_д =3,7МПа (табл. 1).

1. Определяем удельный вес грунта :

2.Определяем угол внутреннего трения и удельное сцепление С_п :

По таблице 5.7 ТКП 45-5.01-17-2006 находим, что для глины озёрно-ледникового происхождения, прочная при p_d =3,7МПа угол внутреннего трения , С_п = 56,4 кПа..

3. Определяем модуль деформации грунта Е:

По таблице 5.8 ТКП 45-5.01-17-2006 находим, что для глин озёрно-ледникового происхождения при p_d = 3,7 МПа модуль деформации Е = 18МПа.

4. Определяем расчетные значения физико-механических характеристик грунтов для и группы предельных состояний:

Расчетные значения удельного веса принимает равными:

Значение удельного сцепления по I группе предельных состояний:

Значение удельного сцепления по II группе предельных состояний:

Значение угла внутреннего трения по I группе предельных состояний:

Значение угла внутреннего трения по II группе предельных состояний:

ИГЭ 2

Второй инженерно-геологический элемент - песок средней крупности, средней прочности, с условным динамическим сопротивлением Р_д =4,7 МПа (табл. 1).

1. Определяем удельный вес грунта :

При наличии грунтовых вод в песчаных грунтах дополнительно оп­ределяем удельный вес грунта в водонасыщенном состоянии:

где g - ускорение свободного падения

y_w – удельный вес воды равный 10 кН/м³

2.Определяем угол внутреннего трения и удельное сцепление С_п :

По таблице 5.4 ТКП 45-5.01-17-2006 находим, что для песков средней крупности, малой прочности, при p_d = 4,7МПа угол внутреннего трения , С_п =0,425 кПа..

3. Определяем модуль деформации грунта Е:

По таблице 5.8 ТКП 45-5.01-17-2006 находим, что для песков средней прочности при p_d = 4,7 МП модуль деформации Е = 21,95МПа.

4. Определяем расчетные значения физико-механических характеристик грунтов для и группы предельных состояний:

Расчетные значения удельного веса принимает равными:

Значение удельного сцепления по I группе предельных состояний:

Значение удельного сцепления по II группе предельных состояний:

Значение угла внутреннего трения по I группе предельных состояний:

Значение угла внутреннего трения по II группе предельных состояний:

ИГЭ 3

Третий инженерно-геологический элемент – суглинок мягкопластичный, прочный, с условным динамическим сопротивлением Р_д =5,1МПа (табл. 1).

1. Определяем удельный вес грунта:

2. Определяем угол внутреннего трения и удельное сцепление С_п :

По таблице 5.7 ТКП 45-5.01-17-2006 находим, что для глины озёрно-ледникового происхождения, средней прочности при p_d =5,1МПа угол внутреннего трения, С_п = 61,63 кПа..

3. Определяем модуль деформации грунта Е:

По таблице 5.8 ТКП 45-5.01-17-2006 находим, что для глин озёрно-ледникового происхождения при p_d = 5,1МПа модуль деформации Е = 18МПа.

4. Определяем расчетные значения физико-механических характеристик грунтов для и группы предельных состояний:

Расчетные значения удельного веса принимает равными:

Значение удельного сцепления по I группе предельных состояний:

Значение удельного сцепления по II группе предельных состояний:

Значение угла внутреннего трения по I группе предельных состояний:

Значение угла внутреннего трения по II группе предельных состояний:

Таблица 7

Нормативныеи расчетныезначенияфизико-механическиххарактеристик

№ ИГЭ, название грунта	Удельный вес, кН/м3			Удельное сцепление, кПа			Угол внутр. трения, градус			Модуль деформации, МПа
										Е
глина тугопластичная, прочная	19,8	19,8	19,8	56,4	37,6	56,4	12,96	11,27	15,2	18
песок крупный неоднородный, средней прочности, водонасыщенный				0,425	0,28	0,425	32,3	29,36	32,3	21,95
суглинок мягкопластичный прочный	19,1	19,1	19,1	61,63	41,09	61,63	12,38	10,76	12,38	18

Примечание: Для песчаных грунтов под чертой приведены значения удельного веса без учета, под чертой с учетом взвешивающего действия воды.

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТОВ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ.

2.1. Назначение глубины заложения фундамента.

1.1.1. Общие положения.

Глубина заложения фундаментов (расстояние от уровня планировки до уровня подошвы фундамента) назначается в зависимости:

1. Назначения и конструктивных особенностей проектируемого сооружения и

применяемых конструкций;

2. Глубины заложения фундаментов примыкающих сооружений, а также глубины

прокладки инженерных коммуникаций;

3. Инженерно-геологических условий площадки;

4. Гидрогеологических условий площадки и возможных их изменений в процессе

строительства;

5. Глубины сезонного промерзания грунтов.

1.1.2. Выбор глубины заложения фундаментов в зависимости от конструктивных особенностей проектируемого здания

Определим глубину заложения фундамента одноэтажного промышленного здания с колоннами сечением 1400x500 мм. Район строительства – г. Киев (исходные данные). Верхний слой грунтов - глина.

На глубину заложения фундаментов влияют следующие конструктивные особенности зданий или сооружений:

- наличие и глубина заложения подвалов;

- тепловой режим здания;

- минимальная глубина заделки колонны в стакан фундамента и конструктивные требования к элементам фундамента.

Здание проектируем с отапливаемым режимом работы с расчетной температурой воздуха внутри помещения 18°С.

Глубина заделки колонны в фундамент определяется типом и размером колонны (приложение 4/6/).

Колонны многоэтажных зданий принимаются по серии 1.424-5 в зависимости от сетки колонн и высоты этажа. Высота заделки колонны в фундамент – 600мм /6/.

Схема определения глубины заложения фундамента представлена на рис. 2.1.

Рисунок 2.1. Схема к определению величины глубины заложения фундамента.

2.1.3. Выбор глубины заложения фундаментов в зависимости от

инженерно-геологических условий площадки.

Данный фактор оказывает влияние на выбор глубины заложения фундаментов в случае, если верхние слои грунта являются слабыми и не могут служить надежным основанием фундаментов без проведения специальных мероприятий по их упрочнению. Если при этом толщина слабого слоя не превышает 5м, целесообразнее глубину заложения фундамента назначить в зависимости от глубины залегания более прочных слоев грунта.

При толщине слабого слоя более 5м применение ленточных фундаментов на естественном основании будет нецелесообразным и в этом случае предусматривают какой-либо из методов упрочнения грунтов. Глубина заложения фундаментов в этом случае назначается независимо от инженерно-геологических условий.

Схема определения глубины заложения фундаментов в зависимости от инженерно-геологических условий площадки приведена на рисунке 2.2.

Рис. 2.2. Схема определения глубины заложения фундаментов в зависимости от

инженерно-геологических условий площадки.

2.1.4. Выбор глубины заложения фундаментов в зависимости

от глубины сезонного промерзания грунта.

Глубина заложения наружных стен и колонн с учетом глубины про­мерзания назначается в соответствии с указаниями п.п. 2.27 - 2.29 /2/.

Нормативное значение глубины заложения фундаментов d_fn допуска­ется определять по схематическим картам глубин промерзания суглинков и глин на территории СНГ (рис. 1.11 /4/). Для Минска d_fn равно 0,8м.

Расчетная глубина сезонного промерзания грунта d_f у фундамента определяется по формуле:

d_f = k_h ·d_fn ,

где k_h - коэффициент, учитывающий влияние теплового режима здания на глубину промерзания грунта у фундамента, принимается по табл. 1 /2/.

k_h =0,8.

d_f = 0,8·0,8=0,64м.

Согласно таблице 2/2/, глубина заложения фундамента в зависимости от глубины расположения уровня подземных вод не менее d_f . Как видим, максимальной является глубина заложения фундаментов в зависимости от конструктивных особенностей здания поэтому окончательно принимаем глубину заложения фундаментов равной d = 1,950м.

2.2. Определение размеров подошвы фундамента

2.2.1. Общие положения.

В данном разделе необходимо:

- определить предварительные размеры подошвы фундамента;

- определить величину расчетного сопротивления грунтов (R);

- определить значение среднего, максимального и минимального давления под

подошвой фундамента.

2.2.2. Назначение предварительных размеров подошвы фундамента.

Принимаем глубину заложения фундамента 1,95м в в зависимости от величины слоя слабых грунтов. Размеры подошвы фундамента определяем путем последовательных приближений.

В порядке первого приближения площадь подошвы фундамента оп­ределяем по формуле:

где N_{0 II} - расчетная нагрузка в плоскости обреза фундамента для расчета основания по предельному состоянию второй группы, кН;

R₀ - расчетное сопротивление грунта, залегающего под подошвой фундамента;

g_m - осредненное значение удельного веса материала фундамента и грунта на его уступах, принимается равным 20 кН/м³ ;

d - глубина заложения фундамента от уровня планировки.

Путем последовательных приближений нахожу, что мне подходит фундамент с площадью подошвы 4,2х3,0 = 12,6.

2.2.3. Определение расчетного сопротивления грунта

Расчетное сопротивление грунта основания R для зданий без подвала определяется по фор­муле:

Принятые в формуле обозначения:

g_с1 и g_с2 – коэффициенты условий работы, принимаемые по таблице 3 [2]: для пылевато-глинстых грунтов и сооружений с жёсткой конструктивной схемой при соотношении длины сооружения к высоте 72/12 = 6 = 1,2 и= 1,0.

k – коэффициент, принимаемый 1,1 т.к. прочностные характеристики определены по таблицам СНБ;

По таблице 4 [2] определяем коэффициенты, , .

b – ширина подошвы фундамента;

Средневзвешенное значение удельного веса грунта выше и ниже по­дошвы фундамента определяется по формуле:

где h_i - расчетная толщина слоев ниже и выше подошвы фундаментов со­ответственно.

При этом обязательно должно учитываться, что:

- ниже подошвы фундамента средневзвешенное значение удельного веса определяется в пределах глубины Z_T , которая принимается равной 0,5b для фундаментов шириной до10м;

- для водопроницаемых грунтов, находящихся ниже уровня грунто­вых вод, удельный вес грунта принимается с учетом взвешивающего действия воды, т.е. g_II ^w .

кН/м³

кН/м³

кПа

2.2.4. Проверка давления под подошвой фундамента

По предварительным размерам фундаментов определяется полная нагрузка, действующая на основание с учетом усилий, возникающих от собственного веса фундамента, веса стеновых блоков и панелей подваль­ной части здания, веса грунта на уступах фундамента.

Полную нагрузку на уровне подошвы принимаем равной:

,

где G_{F , II} - осредненный вес фундамента и грунта на его уступах:

где А_F - площадь подошвы фундамента.

Согласно СНБ , ,, где P – среднее давление под подошвой фундамента.

W=

кН/м

кПа < R = кПа

Условие удовлетворяется. Расхождение составляет:

% = 21,23%

Условие удовлетворяется: 192,968 < 1,2·209,878 = 251,85

Условие удовлетворяется:

Рисунок 2.3. Расчётная схема к определению расчетного сопротивления грунта.

Проверку несущей способности кровли слабого подстилающего слоя грунта не производим, т.к. в пределах сжимаемой толщи основания на глубине z от подошвы нет слоя грунта меньшей прочности.

2.3. Определение осадки фундамента

2.3.1. Общие положения.

Осадку основания определяем методом послойного суммирования – как сумму осадок элементарных слоев грунта в пределах сжимаемой толщи в следующей последовательности:

- основание под фундаментом разбивается на 8-10 элементарных слоев;

- под центром подошвы фундамента строится эпюра природного (бытового)

давления (σ_zg );

- под центром подошвы фундамента строится эпюра дополнительного давления (σ_zp );

- находится граница сжимаемой толщи ВС;

- определяются средние значения дополнительного давления в пределах каждого

элементарного слоя (σ_{zp , i} );

- определяется величина средней осадки фундамента (S).

2.3.2. Разбивка основания на элементарные слои грунта.

Разбивку основания на элементарные слои выполняем с учетом следующих требований:

- толщина элементарного слоя принимается в пределах 0,2 – 0,4 ширины фундамента,

но не более 1м;

- физико-механические свойства грунта в пределах элементарного слоя не должны

изменяться, т.е. границы элементарных слоев должны совпадать с границами

инженерно-геологических элементов и уровнем подземных вод.

2.3.3. Построение эпюр природного и дополнительного давления под центром подошвы фундамента и определение осадки основания .

Величина природного давления определяется по формуле:

s_{zg , i} = Sg_{II , i} h_i

Значения эпюры дополнительного давления под центром подошвы фундамента определяется по формуле:

s_zp = aP₀ ,

где a– коэффициент рассеивания, принимаемый в зависимости от формы подошвы

фундамента, соотношения сторон прямоугольного фундамента и относительной

глубины z , принимаемый по табл.1, прил.2 [1].

P₀ = P - s_{zg , F} ,

где s_{zg, F} - природное давление грунта на уровне подошвы фундамента.

Вычислим ординаты эпюры природного давления:

- на поверхности земли:

s_zg = 0;

0,2·s_zg =0

- на контакте насыпного и 1-го слоёв:

s_{zg, F,(1-2)} = 17·0,4 = 6,8 кПа;

0,2·s_{zg, F,(1-2)} = 0,2·6,8 =1,36 кПа

- на контакте 1 и 2-го слоёв:

s_{zg, F,(1-2)} = 6,8 + 18,9·1 = 25,7 кПа;

0,2·s_{zg, F,(1-2)} = 0,2·25,7 = 5,14 кПа

- на уровне подошвы фундамента:

s_zg,(2-3) = 25,7 + 18,5·0,45 = 34,025 кПа;

0,2·s_zg,(2-3) =0,2·34,025 = 6,805 кПа

- на контакте 2-го и 3-го слоёв:

s_zg,(3) = 34,025 + 18,5·4,55 = 118,2 кПа.

0,2·s_{zg,( 3)} = 0,2·118,2 = 23,64 кПа

- на уровне грунтовых вод:

12413г5н430894761089476081г

- на нижней границе разреза без учета взвешивающего действия воды:

-

- s_zg,(3) = 118,2 + 20,5·4= 200,2 кПа.

- 0,2·s_{zg,( 3)} = 0,2·200,2 = 40,04 кПа

- на нижней границе разреза с учетом взвешивающего действия воды:

- s_zg,(3) = 118,2 + 10,5·4= 160,2 кПа.

0,2·s_{zg,( 3)} = 0,2·160,2 = 32,04 кПа

Определяем дополнительное давление под подошвой фундамента:

P₀ = 173,13 – 34,025 = 139,105 кПа.

Разбиваем основание под подошвой фундамента на элементарные слои. Толщину элементарного слоя принимаем так, чтобы z = 2Z/b была кратной 0,4:

Z = 0,4·3,0/2 = 0,6 м.

Вычисление значений дополнительного давления (s_zp ) будем производить в табличной форме:

2.3.4. Определение границы сжимаемой толщи.

Границу сжимаемой толщи ВС при расчете осадки методом послой­ного суммирования ограничивают глубиной, на которой дополнительное напряжение (s_zp ) составляет не более 20% от природного (s_zp 0,2 s_zg ).

Расположение границы ВС определяется графически на пересечении эпюры 0,2s_zg и эпюры s_zp .

2.3.5.Вычисление осадки основания.

Осадка основания в пределах сжимаемой толщи определяется по формуле:

(2.14)

- безразмерный коэффициент, равный 0,8 /2/.

Значение полученной абсолютной конечной осадки сравнивают с ве­личиной предельной допустимой средней осадки (S_U ).

Определяем осадку каждого слоя грунта основания в отдельности:

Осадка ИГЭ №2

Осадка ИГЭ №3

Полная осадка фундамента:

м = 4,3см.

S = 4,3 см < S_U = 8 см.

Расчётная схема определения осадки основания приведена на рис.2.4.

Рисунок 2.4. Расчётная схема определения осадки основания.

2.4. Расчет на продавливание плитной части.

Расчетная схема к расчету фундамента на продавливание изображена на рисунке 2.5.

Рисунок 2.5.Расчётная схема к проверке на продавливание.

b = 3300 мм; l = 4800 мм; А = 15,84 м² ;

Определяем вес фундамента и грунта на его уступах с учетом g_f = 1,1 - для железобетона, удельный вес грунта выше подошвы g_f =18,2 кН/м³ :

G_{f 1} = 1,1·24·(4,8·3,3·0,3+3,6·2,4·0,3+2,7·1,8·0,3+1,5·1,2·2,1)+1,15·18,2·(4,8·3,3·3,51-(4,8·3,3·0,3+3,6·2,4·0,3+2,7·1,8·0,3+1,5·1,2·2,1)) =1232 кН

Определяем значения нагрузки на уровне подошвы фундамента:

кН

M_fI =M₀₁ =180 кНм.

Максимальное значение контактного давления:

P_max =4832/15,84+180/12,67=319,257кПа.

Рассмотрим два возможных случая образования пирамиды продавливания:

1. Продавливание от нижней грани колонны.

h₀ = 900 – 50 = 850 мм;b_c = 500 мм; l_c = 600 мм;

b – b_c = 3,3 –0,5 = 2,8 > 2h₀ = 2·0,85=1,7

Площадь продавливающей силы:

А_р =0,5· b·(l - l_c - 2·h₀ )-0,25· (b - b_c - 2·h₀ )² = м²

Средняя линия пирамиды продавливания:

b_p = b_c + h₀ = 0,5 + 0,85 = 1,35 м

Значение продавливающей силы:

кН

Условие продавливания:

кН < кН - выполняется.

Прочность на продавливание от колонны обеспечена.

2. Продавливание от второй ступени фундамента:

h₀ = 600 – 50 = 550 мм;b_c = 500 мм; l_c = 600 мм;

b – b_c = 2,4 –0,5 = 1,9 > 2h₀ = 2·0,55=1,1

Площадь продавливающей силы:

А_р =0,5· b·(l - l_c - 2·h₀ )-0,25· (b - b_c - 2·h₀ )² = м²

Средняя линия пирамиды продавливания:

b_p = b_c + h₀ = 0,5 + 0,55 = 1,05 м

Значение продавливающей силы:

кН

Условие продавливания:

632,13 кН < кН - выполняется.

Прочность на продавливание обеспечена.

3.ПРОЕКТИРОВАНИЕ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ

3.1. Общие положения.

Расчёт свайных фундаментов производится согласно требованиям [3]. Проектирование свайных фундаментов включает в себя: определение типа свай и свайного ростверка, геометрических размеров свай, ростверка и глубины его заложения, количества свай в ростверке, отвечающих требованиям по несущей способности, жёсткости, долговечности и экономичности.

Расчёт свай и свайного фундамента производится по двум группам предельных состояний п. 3.1 [3].

В курсовой работе при проектировании свайного фундамента необходимо выполнить расчёты по несущей способности грунта основания свай и по осадкам основания свайного фундамента.

При этом под колонны каркасных зданий рекомендуется использовать свайные кусты с монолитным ростверком и монолитном или сборном стаканом.

3.2. Выбор типа сваи и глубины заложения ростверка

3.2.1. Выбор типа сваи.

При реальном проектировании свайных фундаментов тип сваи определяется на основании технико-экономического сравнения вариантов. В курсовой работе рекомендуется рассматривать призматические железобетонные сваи квадратного сечения как наиболее широко используемые в массовом строительстве.

Принимаем призматическую железобетонную сваю квадратного сечения с поперечным сечением 0,4х0,4 м .

Длина сваи определяется исходя из инженерно-геологических условий с учётом длины заделки головы сваи в ростверк.

(3.1)

- глубина заделки сваи в ростверк.

Опирание ростверка – жесткое, т.к. фундамент загружен внецентренно (М ¹ 0).

Глубина заделки сваи в ростверк при жестком опирании ростверка на сваи - 40 см.

- глубина погружения нижнего конца сваи в несущий грунт

Задаемся длиной сваи. Глубина погружения сваи в суглинок мягкопластичный не менее 1м. Расстояние от подошвы ростверка до кровли несущего слоя h = 1.11м:

L = 0.4+4.4+1.11 = 5.91м.

Принимаем сваю длиной 6 м. Марка сваи СУ3-5

3.2.2. Выбор глубины заложения ростверка.

Глубина заложения ростверка определяется исходя из следующих требований:

1. в зависимости от глубины сезонного промерзания грунтов;
2. в зависимости от конструктивных особенностей проектируемого сооружения.

Определим глубину сезонного промерзания грунтов аналогично как для фундаментов мелкого заложения:

d_f = 0,9·2,48=2,232м.

Определим глубину заложения ростверка в зависимости от конструктивных особенностей проектируемого сооружения анологично как и фундаментов мелкого заложения

Согласно таблице 2/2/, глубина заложения фундамента в зависимости от глубины расположения уровня подземных вод не зависит от d_f . Как видим, максимальной является глубина заложения фундаментов в зависимости от от конструктивных особенностей проектируемого здания, поэтому окончательно принимаем глубину заложения фундаментов равной

d = 2.4м.

Геометрические особенности проектируемого свайного фундамента представлены на рисунке 3.1.

Рис. 3.1. Схема к определению глубины заложения ростверка

3.3. Определение несущей способности сваи

3.3.1. Несущая способность сваи по материалу

Несущая способность сваи по материалу определяется как сжатой или сжато-изгибаемой стойки, защемлённой на 1/3 в нижних слоях грунта.

Принимаю несущую способность железобетонных свай (Р_А ), изго­тавливаемых по ГОСТ 19804.1-79 сечением 0,4х0,4 м - 2000 кН.

3.3.2. Несущая способность сваи по грунту

В курсовом проекте определяю несущую способность сваи по грунту, используя табличные данные согласно п. 4.2. /4/. В этом случае несущая способность определяется по формуле:

, (3.1)

где g_с - коэффициент работы сваи в грунте, принимаемый равным 1;

g_CR , g_cf - коэффициенты условия работы грунта соответственно под нижним концом сваи и по боковой поверхности, принимаемые по табл. 3/4/;

А - площадь поперечного сечения сваи;

R - расчетное сопротивление сваи под нижним концом сваи, прини­маемое по табл. 1 /4/ в зависимости от типа грунта, характеристик его фи­зического состояния, а также от глубины расположения нижнего конца сваи (Z_k );

U - периметр поперечного сечения сваи;

f_i - расчетное сопротивление i-того слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, принимаемое по табл. 2 /4/ в зависимости от типа грун­та, характеристик его физического состояния, а также от глубины распо­ложения i-того слоя грунта;

h_i - толщина i-того слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверх­ностью.

Несущую способность сваи по грунту определим с использованием табличных характеристик грунта п.4.2. /4/:

при Z_R = 8.00 м R = 5348,33 кПа;

при Z₁ = 2.955 м f₁ = 48 кПа;

при Z₂ = 4.51 м f₂ = 13 кПа;

при Z₃ = 6.26 м f₃ = 14,07 кПа;

при Z₄ = 7.305 м f₃ = 58,6 кПа;

Коэффициенты условия работы для забивных свай:

g_CR = 1; g_cf = 1; g_с = 1.

Площадь поперечного сечения А = 0.16 м² , периметр U = 1.6 м.

Несущая способность сваи по грунту:

F_{d =} кН

Таким образом, несущая способность сваи F_d = 1109 кН.

Рис.3.2. Расчетная схема к определению несущей способности сваи

3.4. Определение количества свай в ростверке, конструирование ростверка

3.4.1. Определение количества свай в ростверке для отдельно стоящих фундаментов.

Количество свай в ростверке отдельно стоящего фундамента под ко­лонны определяется по формуле:

,

где N_IF - расчетная нагрузка на уровне подошвы ростверка, которую на на­чальном этапе расчета допускается принимать без учета веса фундамента, ростверка и грунта на его уступах, т.е. N_IF = N_{0 I} ;

g_k - коэффициент надежности, принимаемый по СТБ 2.02.03-85. γ_k =1.4 – если несущая

способность определяется расчётом.

- принимаем 5 свай.

3.4.2. Конструирование ростверка

При проектировании окончательных размеров ростверка выполняем следующие конструктивные требования:

- для отдельно стоящих фундаментов сваи располагаем симметрично.

- расстояние между осями свай принимаем не менее 3d и не более 6d, где d – сторона поперечного сечения сваи.

- размеры ростверка в плане принимаем кратными 300мм;

Армирование ростверка и подколонника выполняем с учётом рекомендаций пособия по проектированию железобетонных ростверков свайных фундаментов. Рабочую арматуру устанавливаем:

- по подошве ростверка в виде сварных сеток. Диаметр стержней определяется расчётом на продавливание, но не менее 12мм;

- у наружных граней стакана в виде арматурных каркасов. Диаметр продольных(вертикальных) стержней принимаем не менее 12мм, горизонтальных – 8мм.

Ми­нимальные свесы ростверка за наружными гранями свай при трехрядном расположении свай a₁ = 0,3·40+ 5 см = 17 см (при n=3 – число рядов свай).

Общие размеры ростверка:

b = 1700+200·2+170·2=2440мм;

l = 1700+200·2+170·2=2440мм

Полученные размеры больше размеров подколонника - 1200x1500мм. Высоту ростверка с учётом жёсткой заделки сваи принимаем 0,5м.

Схема сконструированного ростверка и расположение свай показано на рис.3.4.

Рисунок 3.4 Схема конструирования ростверка.

3.4.3. Проверка несущей способности запроектированного фундамента

Вес фундамента и грунта на его уступах определяем с учетом коэф­фициентов надежности по нагрузке g_f = 1,1 (для бетона) и g_f = 1,15 (для грунта).

Полная нагрузка на уровне подошвы ростверка (на 1 м ростверка):

N_IF = 3600 + 328,144 = 3928,144 кН.

М_{1 F} = M₀₁ = 180кНм;

Определяем нагрузку на крайнюю сваю в направлении действии момента.

Максимальное усилие, передаваемое на сваи:

кН

Должно выполняться условие:

(3.3)

кН < кН - выполняется.

кН < кН - выполняется.

Таким образом, максимальная нагрузка на сваю не превышает ее не­сущей способности. Следовательно, ростверк сконструирован правильно.

3.4. Расчет осадки свайного фундамента

3.5.1. Определение размеров условного фундамента

Рассмотрим условный фундамент глубиной заложения равной глубине погружения нижнего конца сваи и размерами в плане ог­раничиваемыми наклонными, выходящими от наружных граней свайного куста под углом к вертикали , угол j_{II , mt} представляет собой осредненное расчетное значение угла внутреннего трения грунта, определяемое по формуле:

, (3.4)

где j_{II , i} - расчетное значение угла внутреннего трения i-того слоя, проре­заемого сваей;

h_i - толщина прорезаемого сваей i-того слоя.

Размеры условного фундамента в плане:

,

где b_y - ширина подошвы условного фундамента;

,

где l_y - длина подошвы условного фундамента;

h - расчетная длина сваи.

Рис. 3.4. Определение размеров условного фундамента

3.5.2. Проверка давления под подошвой условного фундамента.

Расчетное сопротивление грунта основания R:

Средневзвешенное значение удельного веса грунта выше и ниже по­дошвы фундамента определяется по формуле:

,

где h_i - расчетная толщина слоев ниже и выше подошвы фундаментов соответственно.

кН/м³

кН/м³

По таблице 4 [2] определяем коэффициенты , , .

кПа

Полная нагрузка на основание условного фундамента:

,

где N_II - расчетная нагрузка по II группе предельных состояний на уровне обреза фундамента;

G_{II ,p} - вес конструкции фундамента и ростверка;

G_{II ,св} - вес свай;

G_{II ,гр} - вес грунта в объеме условного фундамента.

кН

кН

кН

N_{II , y} = 3400+ 152,179+ 118,272 + 223,376 = 3893,827кН

Выполняем проверку давления под подошвой условного фундамента:

кПа < R_y = 588.871 кПа,

где А_у - площадь подошвы условного фундамента; А_у = 2,617х2,617=6,849 м² ;

R_y - расчетное сопротивление грунта основания по подошве условного фундамента.

3.5.3. Определение осадки свайного фундамента

Т.к. ниже подошвы условного фундамента на глубину более 4b_y залегают однородные грунты, осадку фундамента допускается определять методом эквивалентного слоя.

В этом случае осадка фундамента определятся по формуле:

,

где A_v w - коэффициент эквивалентного слоя, принимаемый в зависимо­сти от типа грунта, размеров и формы подошвы условного фундамента;

b_y - ширина условного фундамента;

m_v - относительный коэффициент сжимаемости;

p_o - дополнительное давление на уровне подошвы условного фундамента.

Относительный коэффициент сжимаемости в рамках курсового про­екта допускается принимать:

,

где Е - модуль общей деформации грунта,

,

где n- коэффициент бокового расширения грунта.

Природное давление грунта на уровне подошвы фундамента:

s_{zg , F} = 8,72*1,11+18,5*3,5+19,3*0,99 = 93,536 кПа;

Среднее давление под подошвой фундамента Р = 561,628кПа

Р_о = 561,628 – 93,536 = 468,092 кПа

Осадка фундамента:

м = 5,9 см < S_u = 8 см

3.6. Подбор сваебойного оборудования и определение отказа сваи.

Вес сваи кН=2,304 т.

Расчётная нагрузка на сваю кН

Определим требуемую минимальную энергии удара молота для забивки свай:

Eh = 0,045N = кДж

По приложению 5 методических указаний выбираем трубчатый дизель-молот С-949. Его наибольшая энергия удара Ea = 38 кДж, масса молота 5,8 т., молот работает с частотой 50 ударов в минуту. Наибольшая высота подъема части 2,8 м. Проверяем, удовлетворяет ли выбранный тип молота условию:

,

где m₁ - масса молота;

m₂ - массе сваи;

m₃ - масса подбабка (m₃ = 0);

K - коэффициент применимости молота.Для трубчатых дизель-молотов при забивке железобетонных свай К = 0,6 т/кДж.

< 0,6 - условие выполняется.

Определим контрольный отказ железобетонной сваи:

,

где h - коэффициент, зависящий от материала сваи, для железобетонных свай h = 1500 кН/м² ;

А - площадь сваи, А = 0,4 х 0,4= 0,16м² ;

Еa - расчетная энергия удара молота, кДж;

е - коэффициент восстановления удара, принимаемый при забивке свай е² = 0,2;

F_d - несущая способность сваи.

см

Ориентировочно определим, на какое расстояние погружается свая за одну минуту работы дизель-молота:

Dа = см/мин

С некоторым приближением можем определить время забивки сваи:

мин.

4. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.

1. Далматов Б.И. «Механика грунтов, основания и фундаменты».

2. СНБ 5.05.01 – 99, «Основания зданий и сооружений».

3. СНиП 2.02.03 – 85, «Свайные фундаменты».

4. Шутенко Л.Н., Гильман А.Д., Лупан Ю.Т. «Основания и фундаменты. Курсовое и дипломное проектирование».

5. СНиП 3.02.01 – 87, «Земляные сооружения, основания и фундаменты».

6. Баранов В.В. «Методические указания по выполнению курсового проекта по дисциплине “Механика грунтов, основания и фундаменты”».

7. В.А.Веселов «Проектирование оснований и фундаментов».

8. СТБ 943-93 Грунты. Классификация. – Минск, 1995г.

9. Бердичевский Г. И. «Справочник проектировщика». Типовые железобетонные конструкции зданий и сооружений. Стройиздат, 1974, 398с.