Расчет и конструирование фундаментов мелкого заложения.

КУРСОВАЯ РАБОТА

«Проектирование фундаментов»

 

 

Выполнила: Воронова Е.С.

группа 4019/1

Проверил: Крутов А.П.

 

Санкт-Петербург

2003 г.

 

Содержание

 

 

1. Исходные данные ……………………………………………………………….2
2. Подсчет нормативных и расчетных нагрузок ………………………………...4
3. Расчет и конструирование фундаментов мелкого заложения ……………….5

3.1 Определение предварительных размеров ………………………………...5

3.2 Определение осадки фундамента …………………………………………8

1. Расчет и конструирование свайных фундаментов ……………………………10

4.1 Назначение глубины заложения подошвы ростверка ……………………10

4.2 Назначение размеров свай …………………………………………………10

4.3 Расчет свай по несущей способности и определение их количества ……10

4.4 Расчет свайных фундаментов и их оснований по деформациям ………...11

1. Выводы …………………………………………………………………………..14

Список литературы…………………………………………………………………..15

 

Исходные данные.

Целью курсовой работы является составление проекта фундаментов акведука, удовлетворяющих условиям допустимых для сооружения деформаций, прочности и долговечности сооружения.

 

Характеристики сооружения:

 

Отметки: № 1 = 0,0 м L₁ = 12 м

№ 2 = 3,0 м L₂ = 15 м

№ 3 = 5,0 м L₃ = 18 м

№ 4 = 12,0 м

№ 5 = 14,5 м

а = 3,5 м

i₁ = 1: 1,5 i₂ = 1:1,5

 

B = 5 м

d₁ = 0,3 м

d₂ = 0,2 м

b = 1,5 м

h₁ = 2,1 м

W = 110 кг/м²

 

Конструкция пролетного сооружения неразрезная из железобетона; устья скважин на отметке № 3.

Материал быка – железобетон.

Схема сооружения и геологический разрез основания приведены на рис. 1.

Географический район строительства сооружения - Ленинградская обл.

 

 

Характеристики грунтов основания приведены в табл.1

 

Таблица 1.

№ слоя	Наименование грунта	Толщина слоя, м	ρs, т/м3	ρ, т/м3	W	IL	φ	c, МПа	Е, МПа
скв.1	скв.2	скв.3
1.	Глина	1,5	7,0	2,0	2,73	1,85	0,24	0,7		0,009
2.	Песок пылеватый	2,0	2,0	3,0	2,67	1,71	0,19	-		-
3.	Песок мелкозернистый	3,0	0,0	2,0	2,67	1,78	0,15	-		-
4.	Песок среднезернистый	∞	∞	∞	2,68	2,08	0,13	-		-

 

Подсчет нормативных и расчетных нагрузок.

Таблица 2

№	Наименование элемента	Формула подсчета	Цифровое выражение	рн, т/м2	n	рр, т/м2	ℓ, м	M, т∙м
2.	Бык   вес лотка   вес воды в лотке   ветровая нагрузка	B∙b∙(№4-№3)∙γж/б   [2∙d2∙(№5-№4+ +h1)+B∙d1]∙ γж/б∙[(L1/2)+(L2/2)] (В-2∙ d2)∙ h1∙ γв∙[(L1/2)+(L2/2)]   [(L1+ L2)/2]∙(№5- -№4)∙W	5∙1,5∙(12-5)∙2,4   [2∙0,2∙(14,5-12+2,1)+ +5∙0,3] ∙2,4∙[(12/2)+(15/2)]   (5-2∙0,2)∙2,1∙1,0∙ [(12/2)+(15/2)]   [(12+15)/2]∙2,5∙0,110	126,0   108,2   130,4     3,7	1,1   1,1   1,1     1,2	138,6   119,0   143,5 401,1   4,4	8,3	36,8
3.	Бык   вес лотка   вес воды в лотке   ветровая нагрузка	B∙b∙(№4-№3)∙γж/б   [2∙d2∙(№5-№4+ +h1)+B∙d1]∙ γж/б∙[(L2/2)+(L3/2)] (В-2∙ d2)∙ h1∙ γв∙ [(L1/2)+(L2/2)]   [(L2+ L3)/2]∙(№5- -№4)∙W	5∙1,5∙(12-5)∙2,4   [2∙0,2∙(14,5-12+2,1)+ +5∙0,3] ∙2,4∙[(15/2)+(18/2)]   (5-2∙0,2)∙2,1∙1,0∙ [(15/2)+(18/2)]   [(15+18)/2]∙2,5∙0,110	126,0   132,3   159,4     4,5	1,1   1,1   1,1     1,2	138,6   145,5   175,3 459,4   5,4	8,3	44,8

 

Основание рассчитывается по двум группам предельных состояний: по несущей способности и по деформации.

Расчет основания выполняется с использованием расчетных значений характеристик грунтов, которые определяются как:

 

х = х_n/ν_д (1)

 

где х_n - нормативное значение данной характеристики,

ν_д - коэффициент надежности по нагрузке.

Таблица 3

№ слоя	Наименование грунта	φн	νд	φ	cн	νд	с
1.	глина		1,15	8,70	0,009	1, 5	0,006
2.	песок пылеватый		1,1	23,64	___	___	____
3.	песок мелкозернистый		1,1	25,45	___	___	____
4.	песок среднезернистый		1,1	34,55	___	___	____

 

При расчете по второй группе предельных состояний (по деформации) все характеристики принимаются равными нормативным.

Расчет и конструирование фундаментов мелкого заложения.

3.1 Определение предварительных размеров фундаментов.

 

Глубину заложения и размеры подошвы фундамента определяем исходя из условия ограничения среднего и краевых напряжений по подошве фундамента.

 

σ_ср ≤ R

σ_max ≤ 1,2∙R (*)

σ_min > 0

 

a) Определение глубины заложения подошвы фундамента:

Исходя из глубины промерзания.

Расчетная глубина промерзания определяется по СНиП 2.02.01.-85

 

d_f = d_fn ∙ k_n (2)

где d_f - расчетная глубина промерзания

d_fn - нормативная глубина промерзания для Ленинградской обл. d_fn = 1,40

k_nя- коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения, принимаемый для неотапливаемых сооружений k_n = 1,1

 

d_f = 1,40 ∙ 1,1 = 1,55 м

 

б) Предварительное определение площади подошвы фундамента:

 

Фундамент №1:

песок мелкозернистый

 

P(σ) ≤ R (3)

 

где Р – среднее давление по подошве

R – расчетное сопротивление на грунт

 

σ = (Р_с + Q_ф - W)/A (4)

 

где W – противодавление воды

А – площадь подошвы фундамента

Q_ф– вес фундамента

 

Q_ф = А ∙ d_f ∙ ρ_ф

ρ_ф = 2,2 т/м³ (с учетом грунта над фундаментом)

 

n = ℓ_ф/b_ф = ℓ_к/b_к (5)

 

ℓф = n ∙ b_ф (6)

 

А = n ∙ b_ф² (7)

W = A ∙ hв ∙ ρв = n ∙ bф² ∙ hв ∙ ρв (8)

 

По СНиП 2.02.01-83:

 

R = [(ν1c ∙ ν2c)/k] ∙ [Mν ∙ bф ∙ γII + Mq ∙ df ∙ γII’ + Mc ∙ cII] (9)

где ν1c, ν2c - коэффициент условий работы;

к = 1,1, так как характеристики φ и с определяются по СНиП;

Mν, Mq, Mc - коэффициенты принимаемые по СНиП;

γII - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии грунтовых вод определяется с учетом взвешивающего действия воды);

γII’ - то же выше подошвы;

 

Фундамент №2

 

n = В/b = 5/1,5 = 3,33

ℓф = 3,33 ∙ b_ф

А = 3,33 ∙ b_ф²

Q_ф = 3,33 ∙ bф² ∙3,5 ∙ 2,2 = 25,6∙bф²

W = 3,33 ∙ bф² ∙ 3,5 ∙ 1,0 = 11,6∙bф²

 

σ = (401,1 + 25,6∙bф² – 11,6∙bф² )/ 3,33∙b_ф² = 120/ b_ф² + 4,2

 

ν1c = 1,1 Mν = 0,155

ν2c = 1,0 Mq = 1,62

φ = 8,7 Mc = 4,01

 

γII’ = (γ1∙h1 + γ1^взв∙h1^взв)/(h1 + h1^взв) (10)

 

γ2^взв = ρсс - ρв∙m = [ρ/(1+ω)] - [ρ/ρs(1+ω)] (11)

γ1^взв =[1,85/(1+0,24)] – [1,85/2,73∙(1+0,24)] = 0,94

 

γII’ = (1,85∙1,5+0,94∙2,0)/(1,5+2,0) = 1,46

 

R = [(1,1 ∙ 1,0)/1,1] ∙ [0,155∙bф∙0,94 + 1,62∙3,5 ∙1,46 + 4,01∙0,006] =0,15∙bф + 8,3

Результаты расчета приведены в таблице ниже:

 

b, м	σ2, т/м2	R2, т/м2	σ3, т/м2	R3, т/м2
1	124,20	8,45	141,4	13,40
2	34,20	8,60	37,90	14,80
3	175,50	8,75	18,70	16,30
4	11,70	8,90	12,00	17,60
5	9,00	9,05

b2 = 5,0 м

ℓ2 = 16,6 м

σ_ср = 9,0 т/м²

R = 9,05 т/ м²

σ^мах_min = (Рс/А) (М/W) = (401,1/5∙16,6) (36,8∙6)/(5∙16,6²)= 4,8 0,16 (12)

 

σ_ср = 9,0 ≤ R = 9,05

σ_max = 4,96≤ 1,2∙R = 10,9

σ_min = 4,64> 0

 

Условие (*) по фундаменту №2 выполняется.

Фундамент №3

 

n = В/b = 5/1,5 = 3,33

ℓф = 3,33 ∙ b_ф

А = 3,33 ∙ b_ф²

Q_ф = 3,33 ∙ bф² ∙1,55 ∙ 2,2 = 11,35∙bф²

W = 3,33 ∙ bф² ∙ 1,55 ∙ 0 = 0

 

σ = (459,4 + 11,35∙bф²)/ 3,33∙b_ф² = 138/ b_ф² + 3,4

 

ν1c = 1,1 Mν = 0,70

ν2c = 1,1 Mq = 3,79

φ = 23,64 Mc = 6,38

 

R = [(1,1 ∙ 1,1)/1,1] ∙ [0,70∙bф∙1,85 + 3,79∙1,55 ∙1,85 + 6,38∙0,006] =1,42∙bф + 12

 

b2 = 3,3 м

ℓ2 = 11,0 м

σ_ср = 16,1 т/м²

R = 16,7 т/ м²

σ^мах_min = (Рс/А) (М/W) = (459,4/3,3∙11,0) (44,8∙6)/(3∙11,0²)= 12,6 0,74

 

σ_ср = 16,1 ≤ R = 16,7

σ_max = 13,3≤ 1,2∙R = 20,0

σ_min = 11,8> 0

 

Условие (*) по фундаменту №3 выполняется.

 

 

3.2 Определение осадки фундамента.

 

Осадка основания S с использованием расчетной схемы в виде линейнодеформируемой среды определяемая методом послойного суммирования по формуле:

 

S = β ∙ (13)

 

где β = 0,8 безразмерный коэффициент;

σzpi - среднее значение допустимого вертикального нормального напряжения в i-ом слое грунта равное полусумме указанных напряжений на верхней zi-1 и нижней zi границах слоя по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента;

hi, Ei – соответственно толщина и модуль деформации i-го слоя грунта;

На - активная глубина сжатия (толщина грунта, в пределах которой определяется осадка);

 

σzpi = α∙p0 (14)

 

где α – коэффициент, принимаемый по СНиП 2.02.01 – 83 в зависимости от формы подошвы фундамента, соотношения сторон прямоугольного фундамента и относительной глубины, равной ξ = 2z /b

 

p0 = p – ρ1∙ df (15)

 

p0 – дополнительное вертикальное давление на основание;

р - среднее давление под подошвой фундамента;

ρ1 – удельный вес грунта;

 

 

Фундамент №2

 

р = 9,0 т/м²

р0 = 9,0-2∙1,85- 1,5∙0,94 = 3,9 т/м²

 

ξ		0,4	0,8	1,2	1,6	2,0	2,4	2,8	3,2	3,6	4,0	5,2	6,0
Z,м		1,0	2,0	3,0	4,0	5,0	6,0	7,0	8,0	9,0	10,0	13,0	15,0
σzpi	3,9	3,8	3,4	2,9	2,4	2,1	1,8	1,5	1,3	1,1	1,0	0,7	0,5
α	1,0	0,977	0,879	0,749	0,629	0,530	0,449	0,383	0,329	0,285	0,248	0,170	0,136

 

 

S = 0,8∙ [(3,8∙2,0 + 3,4∙1,5)/300 + 2,4∙1,6/500] = 0,04 м

Должно выполняться условие

 

S ≤ Su (**)

 

 

Предельное значение осадки Su = (L1+L2)/(2∙1000)=0,013 м

Условие (**) не выполняется.

 

 

Фундамент №3

 

р = 16,1 т/м²

р0 = 16,1-1,55∙1,85 = 13,2 т/м²

 

ξ		0,4	0,8	1,2	1,6	2,0	2,4	2,8	3,2	3,6	4,0	5,2	6,0
Z,м		0,7	1,3	2,0	2,6	3,3	4,0	4,6	5,3	6,0	6,6	8,6	10,0
σzpi	13,2	12,9	11,6	9,9	8,3	7,0	5,9	5,0	4,3	3,8	3,3	2,2	1,8
α	1,0	0,977	0,879	0,749	0,629	0,530	0,449	0,383	0,329	0,285	0,248	0,170	0,136

 

 

S = 0,8∙ (13,1∙0,45)/300+[(11,6∙1,5+8,0∙1,5)/500+5,2∙2,0/1400+(3,5∙1,55 + 2,5∙2,0)/3000 ] = 0,07 м

Должно выполняться условие

 

S ≤ Su (**)

 

Предельное значение осадки Su = (L2+L3)/(2∙1000)=0,016 м

Условие (**) не выполняется.