Курсовой проект Основания и фундаменты

РАСЧЕТ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ
При проектировании свайных фундаментов необходимо:

выбрать глубину заложения подошвы ростверка;

выбрать вид и тип свай;

выбрать размеры свай;

найти несущую способность сваи;

определить необходимое число свай в фундаменте;

разместить сваи в плане и сконструировать ростверк;

произвести проверку нагрузки, приходящуюся на каждую сваю;

определить осадку свайного фундамента.
Расчёт свайного фундамента по I-му предельному
состоянию.
Свайный фундамент. Наружная стена.
По конструктивным особенностям здания глубина заложения ростверка dp от
планировочной отметки DL = 124,1 определяется по вычислению:
dp = 2,2 + 0,2 + 0,5 – 0,6 = 2,3 м,
где
2,2 – расстояние от отметки пола 1-го этажа до пола подвала;
0,2 – толщина пола подвала;
0,5 – hp – высота ростверка;
0,6 – высота цоколя (от 0,000 до DL);
Принимаем железобетонную забивную сваю сечением 0,30,3 м, стандартной
длины L = 8,0 м, С80.30 (ГОСТ 19804.1-79), длина острия 0,25 м. Заделку свай в
ростверк принимаем жёсткой и равной 0,1м. Нижний конец сваи забивается в песок
средней крупности, средней плотности, насыщенный водой на глубину 1,2 м до
отметки 113,80.
Определяем несущую способность сваи по формуле:
Fd   C  ( CR  R  A  U   cf  f i  hi ) , где
с – коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый с=1;
R – расчётное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа,
принимаемый по таблице 1 (СНиП 2.02.02-85) R = 400;
А – площадь опирания на грунт сваи, м2, принимаемая по площади
поперечного сечения сваи брутто, A=0,09 м2;
U – наружный периметр поперечного сечения сваи U = 1,2 м;
fi – расчётное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой
поверхности сваи, кПа, принимаемое по таблице 2 (СНиП 2.02.02-85);
hi – толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью
сваи, м;
СR , Сf – коэффициенты условий работы грунта соответственно под
нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие
влияние способа погружения сваи на расчётные сопротивления
грунта и принимаемые по таблице 3 (СНиП 2.02.02-85).
Сопротивление грунта по боковой поверхности
для супеси пластичной с IL = 0,643 на средней глубине слоя
z2=3,2 м f2=11,74 кПа;
для суглинка текучепластичного с IL =0,99 на средней глубине слоя
z3=6,0 м f3=6,0 кПа;
для песка пылеватого средней плотности на средней глубине слоя
z4=8,9 м f4=33,45 кПа;
Расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи
на глубине 9,8 м R =1495 кПа
Fd  1  1  1495  0.4 2  1.6  1.9  11  74  3.9  6  1.5  33.45  392,6 кН
Тогда расчётная нагрузка, допускаемая на сваю по грунту, составит:
РСВ 
Fd
k

392.6
 280,43 кН
1.4
к=1,4 – коэффициент безопасности по грунту (зависит от вида
сооружения и погружения сваи).
Определение необходимого числа свай в свайном фундаменте для наружной
стены:
Определяем количество свай на 1 пог. метр фундамента по формуле:
n
NI
,
PCB  d 2  d p   
где NI – расчётная нагрузка на фундамент по I предельному состояния;
d – диаметр (сторона) сваи ;
dр – высота ростверка и фундамента, не вошедшая в расчёт при
определении NI ;
 – удельный вес бетона, принимается равным 20 кН/м3.
n
414
414

 1,94 (св./пог. м)
2
280.43  8  0.4  2.6  20 214
Определяем расчётное расстояние между осями свай на 1 пог. м стены:
a
1
1

 0.51 м
n 1.94
Принимаем двухрядное расположение свай в ростверке расстоянием между
центрами свай ар =0.51 м;
Расстояние между рядами
2
2
2
c Р  3  d   a p   3  0.4  0.512  1.09 м
Ширина ростверка определяется по формуле
b p  1.09  2  0.2  2  0.3  0.4  0,05  1.83 м
с0 =0.3d+5= 17 см – расстояние от края ростверка до боковой грани свай
m – число рядов (m=2)
Принимаем ростверк 1830500 мм.
Определяем фактическую нагрузку, приходящуюся на одну сваю, по формуле
N CB 
N I  1.2  Q  G 
n
 PCB ,
где Q=QP+Qнк, QP – вес ростверка, Qнк – вес надростверковой конструкции
(2 ФБС 24.4.6, 2 ФБС 12.4.6)
QP=1.83·1·0.5·24=21.96 кН
Qнк=(3·0.4·0.6+1·0.4·0.3·1) ·22=29.76 кН
Q=21,96+29,76=51,72 кН
Вес грунта на внешнем обрезе ростверка:
Gгр = 1,8·0,615·ср
ср=(16·1+19,5·0,9)/1,9=17,66 кН/м3
Gгр = 1,8·0,615·17,66 = 19,55 кН
От пола подвала
Gп = 0,2·0,615·22 = 2,71 кН
Общий G=19.55+2.71= 22.26 кН
N CB 
414  1.2  51.72  22.26
 259,16 кН
1,94
Проверяем условия первого предельного состояния
NСВ=259,16 кН < PCB=280,43 кН- условие выполняется
Для ленточного фундамента АУСЛ= ВУСЛ1 пог. м
 ср
4

1  16 0  1.9  14 0  3.9  310  4.5 
  4,55 0

4 
7,4

tg 4 0 55'  0.08
Определим ширину условного фундамента по формуле
ВУСЛ  d  2  lсв  tg
 CP
4
 C P  0.4  2  7.4  0.08  1.09  2.664 м
Тогда площадь условного фундамента на 1 пог. м:
АУСЛ= ВУСЛ1=2.664 м2
Объём условного свайного фундамента:
V=2.6649.7=25.84 м3
Объём ростверка:
VP=0.51.831=0.91 м3
Объём части стены подвала, расположенной ниже верха условного фундамента
(ниже DL):
Vчсп=0.61.831=1,08 м3
Объём части пола подвала (справа от стены подвала):
Vчпп=0.21.0321=0.20 м3
Объём части подвала, примыкающего к стене и ограниченного справа стороной
условного фундамента:
Vчп=1.61.0321=1.65 м3
Объем грунта: Vгр.усл.= Vусл.- Vp- Vчсп- Vчпп- Vчп
Vгр.усл =25.84-0.91-1.08-0.2-1.65=22 м3
Вес грунта в условном фундаменте: Gгр= Vгр.усл γср=( Vгр.усл- Vсв)  γсрупл
в) Нагрузки от собственного веса всех составных частей условного фундамента и
от сооружения:
Объём ростверка и всей надростверковой конструкции , то есть всей стены
подвала, включая ее часть, расположенную выше отметки DL:
Q= Qр+ Qнк=51.72кН ;
Части пола подвала: Qчпп= Vчппγб=0.222=4.4 кН;
Сваи (1,9 сваи рабочей длины lсв =7,4 м):
Qсв=(0,42(7.4-0,3)24+0,420,3 (24-10)) 1.9=53.08 кН;
Грунта в объеме условного фундамента:
Qгр= Vгр.услγ11 ср.усл.;
γ11 ср.усл=
1  16,0  3,2  19,5  3,9  19,4  1,3  20,6  0,3  7,36
 18,87 кН/ м3;
7.4  2.3
Gгр.усл=2218.87=415.16 кН;
г) Среднее давление Р под подошвой условного фундамента:
Р=
N11  G гр. усл  Q  Qчпп  Qсв
Аусл

369.3  415.16  51.72  4.4  53.08
 335.46 кН
2.664
Вычисление расчетного сопротивления R для песка мелкого, залегающего под
подошвой условного фундамента.
γ'II = γ11 ср.усл=18.16 кН/ м3
γII= γs=20.1 кН/ м3; φ11,s= φ5=28 с6=0кПа;
R
 c1   c 2
M

 k z  b усл   11  M q  d1 11`  M q  1 d b   11`  M c  c11

k
1.2  1.0
1.15  1  2.664  7.36  5.59  8.13  18.87  4.93  18.87  5.59  1  1.6  18.87  0  1344.70
R
1.0
кПа
γс1=1.2; γс2=1.1; к=1,0
Мγ=1.15;
Мq=5.59; Мс=7.95;
d1  hs  hcf 
 cf
22
 7,9  0.2 
 8.13 м
'
18.87
 11`
Условие P<R (335.46 кПа < 1344.70 кПа) выполняется. Расчет осадки методами,
основанными на теории линейного деформирования грунта, можно проводить.
Свайный фундамент под колонны на оси Б.
Принимаем железобетонную забивную сваю сечением 0,40,4 м, стандартной
длины L = 6,9 м, С69.40 (ГОСТ 19804.1-79), длина острия 0,25 м. Заделку свай в
ростверк принимаем жёсткой и равной 0,1м. Нижний конец сваи забивается в
пылеватый песок на глубину 1,6 м.
Определяем несущую способность сваи по формуле:
Fd   C  ( CR  R  A  U   cf  f i  li ) , где
С – коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый С=1;
R – расчётное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа,
принимаемый по таблице 1 (СНиП 2.02.02-85);
А – площадь опирания на грунт сваи, м2,принимаемая по площади
поперечного сечения сваи брутто или по площади поперечного
сечения камуфлетного уширения по его наибольшему диаметру, или
по площади сваи-оболочки нетто;
U – наружный периметр поперечного сечения сваи, м;
fi – расчётное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой
поверхности сваи, кПа, принимаемое по таблице 2 (СНиП 2.02.02-85);
hi – толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью
сваи, м ;
СR , Сf – коэффициенты условий работы грунта соответственно под
нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие
влияние способа погружения сваи на расчётные сопротивления
грунта и принимаемые по таблице 3 (СНиП 2.02.02-85).
Сопротивление грунта по боковой поверхности
для супеси пластичной с IL = 0,643 на средней глубине слоя
z2=3,2 м f2=11,74 кПа;
для суглинка текучепластичного с IL =0,99 на средней глубине слоя
z3=6,0 м f3=6,0 кПа;
для песка пылеватого средней плотности на средней глубине слоя
z4=8,9 м f4=33,45 кПа;
Расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи
на глубине 9,8 м R =1495 кПа
Fd  1  1  1495  0.4 2  1.6  1.3  11  74  3.9  6  1.5  33.45  381,33 кН
Тогда расчётная нагрузка, допускаемая на сваю по грунту, составит:
РСВ 
Fd
k

381.33
 272,38 кН
1.4
к=1,4 – коэффициент безопасности по грунту (зависит от вида
сооружения и погружения сваи).
Определяем количество свай на 1 пог. метр фундамента по формуле:
n
NI
,
PCB  8d 2  d p   
где NI – расчётная нагрузка на фундамент по I предельному состоянию;
d – диаметр (сторона) сваи ;
dр – высота ростверка и фундамента, не вошедшая в расчёт при
определении NI ;
 – удельный вес бетона, принимается равным 24 кН/м3.
n
272,38
272,38

 8.65 для одной колонны
2
272.38  8  0.4  3.2  22 190.72
Принимаем свайный куст из 9ти свай.
Принимаем минимальное расстояние между сваями 3d = 1.2м
Расстояние от края сваи до края ростверка 0,1м.
B=L=2∙0.2+2∙0.1+1.2∙2 = 3м.
Определяем фактическую нагрузку, приходящуюся на одну сваю, по формуле
N CB 
N I  1.2  Q  G 
n
 PCB ,
где Q=QP+Qнк, QP – вес ростверка, Qнк –вес надростверковой конструкции
QP=(32∙0,5+1,22∙0,9+0,42∙1,9) ∙24+(32∙0,42) ∙22=330.32кН
Gгр = 0,6(32-1,96)·18,84 = 79,6 кН
N CB 
1650  1.2  330  80
 238 кН
9
Проверяем условия первого предельного состояния
NСВ=238 кН < PCB=272 кН- условие выполняется
Проверяем давление на грунт под подошвой условного свайного фундамента в
плоскости нижних концов свай по формуле:
 P
N II  Q  G
R
AУСЛ
NII – нормативная вертикальная нагрузка, действующая по обрезу
фундамента
Q – собственный вес ростверка и стеновой части фундамента
G – вес грунта и свай в объёме условного свайного фундамента
АУСЛ – площадь подошвы условного фундамента
Для столбчатого фундамента АУСЛ= Вусл2
tg 4 0.55  0.08
Определим ширину условного фундамента по формуле
ВУСЛ  d  2  lсв  tg
 CP
4
 C P  0.4  2  6.8  0.08  2.40  3.9 м
Тогда площадь условного фундамента на 1 пог. м:
Аусл= Вусл2=15,21 м2
Объём условного свайного фундамента:
Vусл=15.21·8,5=129.3м3
Объём свай:
VP=9·0,4·0,4·6,8=9.8 м3
Объём ростверка:
VP=33·0.5=4.5 м3
Объём подколонника:
Vчсп=0.91.21,2=0.86 м3
Объем грунта:
Vгр.усл =129.3-9.8-4.5-0.86=114.14 м3
Нагрузки от собственного веса всех составных частей условного фундамента и от
сооружения:
Вес грунта в объеме условного фундамента:
Qгр= Vгр.услγ11 ср.усл.;
γ11 ср.усл= 18,87 кН/ м3;
Qгр= 114,1418,87=2154 кН
Вес свай Qсв =9,824=235,2 кН
Вес ростверка Qр =4,524=108 кН
Вес подколонника Qп-ка =0,8624=20,64 кН
Вес колонны Qкол =0,40,4224=7,68 кН
Вес пола подвала Qпп =(9-0,16) 0,224=42,43 кН
Среднее давление Р под подошвой условного фундамента:
Р=
N11  Gгр. усл  Q  Qчпп  Qсв
Аусл

1375.2  2154  235.2  108  20.64  7.68  42.43
 260 кН
15.21
Вычисление расчетного сопротивления R для песка мелкого, залегающего под
подошвой условного фундамента.
γ'II = γ11 ср.усл=18.87 кН/ м3
γII= γs=20.1 кН/ м3; φ11,s= φ5=28 с6=0кПа;
R
 c1   c 2
M

 k z  bусл   11  M q  d1 11`  M q  1 d b   11`  M c  c11

k
1.3 1.3
1.15 1 3,9  7.46  5.59  8.13 18.87  5.59  1 2.0 18.87  0  1489 кПа
R
1.1
γс1=1.3; γс2=1.3; к=1,0
Мγ=0.98;
Мq=4.93; Мс=7.40;
d1  hs  hcf 
 cf
22
 6,8  0.2 
 8.13 м
'
18.87
 11`
Условие P < R (260 кПа<1489 кПа) выполняется. Расчет осадки методами,
основанными на теории линейного деформирования грунта, можно проводить.
Подбор сваебойного оборудования и определение
расчетного отказа.
Предполагается забивку свай проводить дизельным трубчатым дизель – молотом.
Вес ударной части G ,кН трубчатым дизель – молотом:
G =0.7·m2=0.7·(0.42·7,5·24+1)=20.86 кН;
m2 - вес сваи с наголовником , вес которого Рнг=100кгс=1кН;
По полученному значению G выбираем трубчатый дизель – молот марки С-1047,
имеющий вес ударной части G=25 кН;
Уточняем подбор молота по необходимой для погружения сваи минимальной
энергии удара
Еh=0.045·N=0,045·272,4=12,26 кДж;
Рсв=272,4 кН;
Расчетная энергия удара молота Еd=0,9GH=0.9∙25∙3=67,5 кДж> Еh=21,78/кДж;
m1  m2  m3 
Ed
K
m1-масса молота 2,6 т,
m2-масса сваи и наголовника=29,8т,
m3-масса подбабка,
К-0,6
2,6  29,8  0  0,48  0.6
67,5
Определение расчетного отказа.
sd 
  A  Ed m1  э 2 m2  m3 
1500  0.16  67.5326  0,2 2 298  0


Fd  Fd    A  m1  m2  m3  381.3  381.3  1500  0.16  26  298  0
 0.0084 м  0.002 м
что окончательно подтверждает правильность выбора молота.
Определение конечной (стабилизированной) осадки
свайного фундамента методом послойного суммирования
Свайный фундамент. Наружная стена.
Ширина условного фундамента bусл=2,664 м. Вертикальное сжимающее
напряжение под подошвой условного фундамента Р=335,46 кПа.
Вычисление ординат эпюры природного давления грунта σzg.
zg1=1∙h1=15,7∙1,0=15,7 кПа;
zg2=zg1+2∙h2=15,7+19,1∙3,2=76,72 кПа;
zg3=zg2+3∙h3=76,82+19,0∙3,9=150,94 кПа;
zg4=zg3+4∙h4=150,92+20,2∙1=177,21 кПа.
zg5=zg4+4∙h4=150,92+20,2∙1,2=182,1 кПа.
zg5*=zg5+(s4-w)/(1+e)∙h5*=182,1+7,36∙2,7=202 кПа.
Непосредственно под подошвой условного фундамента
σzg0=335,46-184,3=151,16 кПа
E=45886 кПа
Результаты вычислений ординат эпюры σzp. приводятся в таблице.
zg
184.300
188.216
192.131
196.047
199.962
203.878
205.273
207.793
211.709
215.624
219.540
223.455
227.371
 zg
 

z
i
zpi, кПа
36.86
37.64
38.43
39.21
39.99
40.78
41.05
41.56
42.34
43.12
43.91
44.69
45.47
0.000
0.400
0.800
1.200
1.600
2.000
2.143
2.400
2.800
3.200
3.600
4.000
4.400
0.000
0.532
1.064
1.596
2.128
2.660
2.850
3.192
3.724
4.256
4.788
5.320
5.852
1.000
0.977
0.881
0.755
0.642
0.550
0.524
0.477
0.420
0.374
0.370
0.306
0.280
151.16
147.683
133.172
114.126
97.0447
83.138
79.1931
72.1033
63.4872
56.5338
55.9292
46.255
42.3248
hi,м
0.000
0.532
0.532
0.532
0.532
0.532
0.190
0.342
0.532
0.532
0.532
0.532
0.532
Si,м
79.49232312
74.70750448
65.78120416
56.17135832
47.92860352
15.38290104
25.90762105
36.06707832
31.92559664
29.91516864
27.18098656
23.56221616
514.022562
Суммарная
осадка
0.896173233 см
Стабилизированная осадка:
S  0,9см  10см
Условие выполняется. Конструктивная схема окончательно принята.
Свайный фундамент под колонны на оси Б.
Ширина условного фундамента bусл=3,9 м. Вертикальное сжимающее напряжение
под подошвой условного фундамента Р=260 кПа.
Вычисление ординат эпюры природного давления грунта σzg.
zg1=1∙h1=15,7∙1,0=15,7 кПа;
zg2=zg1+2∙h2=15,7+19,1∙3,2=76,72 кПа;
zg3=zg2+3∙h3=76,82+19,0∙3,9=150,94 кПа;
zg4=zg3+4∙h4=150,92+20,2∙1=177,21 кПа.
zg5=zg4+4∙h4=150,92+20,2∙1,2=182,1 кПа.
zg5*=zg5+(s4-w)/(1+e)∙h5*=182,1+7,36∙2,7=202 кПа.
Непосредственно под подошвой условного фундамента
σzg0=260-182,1=77,9 кПа
E=45886 кПа
Результаты вычислений ординат эпюры σzp. приводятся в таблице.
zg
184.300
190.041
195.782
201.522
207.263
 zg
 

z
i
zpi, кПа
36.86
38.01
39.16
40.30
41.45
0.000
0.400
0.800
1.200
1.600
0.000
0.780
1.560
2.340
3.120
1.000
0.960
0.800
0.606
0.516
77.9
74.784
62.32
47.2074
40.1964
hi,м
0.000
0.780
0.780
0.780
0.780
Si,м
59.54676
53.47056
42.715686
34.087482
189.820488
Суммарная
осадка
0.33094275 см
Стабилизированная осадка:
S  0.33см  10см
Условие выполняется. Конструктивная схема окончательно принята.
Полученные осадки меньше Sдоп=10см. Условие 2-го предельного состояния
выполняется.
ΔS
=
(0,9-0,33)/600
=
0,0095
<
ΔSдоп
=
0,004
Расчёт
осадок
свайного
фундамента
методом
эквивалентного слоя
Свайный фундамент. Наружная стена.
Ширина условной подошвы фундамента bусл=2,664 м, осадочное давление под
подошвой фундамента zp,0=151,16 кПа. В основании преобладают пески,
поэтому определяем мощность эквивалентного слоя при 0=0,2
Осадку фундамента методом эквивалентного слоя можно вычислить по
формуле:
S  hэкв  mv   zp, 0
где hэкв – мощность эквивалентного слоя, определяемая по формуле:
hэкв  A  b  2.4  2.66  6,4 м
здесь А - коэффициент эквивалентного слоя, учитывающий жёсткость и
форму подошвы фундамента
В расчётной схеме сжимаемую толщу грунта, которая оказывает влияние на
осадку фундамента, принимаем равной двум мощностям эквивалентного слоя
H  hэкв  2  6,4  2  12,8 м
Средний коэффициент относительной сжимаемости для всей сжимаемой толщи
mv определяется из условия, что полная осадка грунтов в пределах сжимаемой
Н равна сумме осадок входящих в неё слоёв:
mv 
h
i
 m0 i  z i
2
2  hэкв
где hi – толщина отдельных слоёв грунта до глубины Н
mvi – коэффициент относительной сжимаемости i-го слоя грунта
zi – расстояние от точки, соответствующей глубине Н, до середины
рассматриваемого слоя.
Определяем коэффициент относительной сжимаемости каждого слоя:
для мелкого песка средней плотности =0,9

0.83
 1.808 10 5 кПа 1
E0 45886
0.00001808  6.4 12.8
mv 
 0.00000452
2 12.8 2
m0 

S  151.16  0.00000452 12.8  0.86см
Свайный фундамент под колонны на оси Б.
Ширина условной подошвы фундамента bусл=3,9 м, осадочное давление под
подошвой фундамента zp,0=77,9. В основании преобладают пески, поэтому
определяем мощность эквивалентного слоя при 0=0,2
hэкв  A  b  1.01 3.9  3.94 м
H  hэкв  2  3.94  2  8 м
Определяем коэффициент относительной сжимаемости каждого слоя:
для мелкого песка средней плотности =0,83

0.83
 1.808 10 5 кПа 1
E0 45886
0.00001808  6.4 12.8
mv 
 0.00000452
2 12.8 2
S  77.9  0.00000452  8  0.28см
m0 

ТЕХНИКО- ЭКОНОМИЧЕСКОЕ СРАВНЕНИЕ ДВУХ
ВАРИАНТОВ ФУНДАМЕНТОВ.
Наименование
работ
конструкций
Фундамент мелкого заложения
Свайный фундамент
Стоимост
Стоимост
ь
V
Стоимост
Стоимост
и
ь на
V
на
объем ь работ, рь работ, рединицу объем, м3
3
единицу
,м
к
к
измер., р-к
измер., р-к
I.Земляные работы
1.Разработка
грунта
под
фундаменты:
при
глубине
котлована более
2м
3-60
4300
15480
3-60
219+260
6
10170
II.Устройство фундаментов
1.Ленточный ж/б
фундамент, м3
2.Железобетонны
е сваи:
железобетонные
до 12 м, м3 бетона
3.Искусственное
основание
под
фундамент на 1
пог м: песчанная
подушка
Итого:
14000
104,6
-
7,20
128
1464,4 тыс
руб
-
-
14000
-
290
4060 тыс
руб
921,6
1481 тыс
руб
За основной вариант принимаем ленточный фундамент.
4071 тыс
руб