Расчет и проектирование фундаментов в городе Косомольск-на-Амуре

4 Выбор вида основания

Судя по геологическому разрезу, площадка имеет спокойный рельеф с абсолютными отметками 129,40 м, 130,40 м, 130,70 м.

Грунт имеет выдержанное залегание грунтов. Грунты, находясь в естественном состоянии, могут служить основанием для фундаментов мелкого заложения. Для такого типа фундамента основанием будет служить слой №2 – песок пылеватый средней пластичности с R = 150 кПа.

Для свайного фундамента в качестве рабочего слоя лучше использовать слой №4 – песок мелкий средней плотности с R=260,7 кПа.

5 Выбор рационального вида фундамента

Выбор вида фундаментов производят на основе технико-экономического сравнения вариантов наиболее часто используемых в практике индустриального строительства фундаментов:

1 мелкого заложения;

2 свайных фундаментов.

Расчет производится для сечения с максимальной нагрузкой – по сечению 1-1.

Расчетная нагрузка: = 195,22 КН.

5.1 Расчет фундамента мелкого заложения на естественном основании

Устанавливаем глубину заложения подошвы фундамента, зависящую от глубины промерзания, свойств основания грунтов и конструктивных особенностей сооружения.

Для города Комсомольск-на-Амуре нормативная глубина промерзания определяется по формуле

                                                                    (5.10)

,                                                                  (5.11)

где Lv - теплота таяния (замерзания) грунта, находится по формуле

,                                                                          (5.12)

где z0- удельная теплота фазового превращения вода – лед,

;

суммарная природная влажность грунта, доли единицы, ;

относительное (по массе) содержание незамерзшей воды, доли единицы, находится по формуле

                                                                                (5.13)

kw -коэффициент, принимаемый по таблице 1[16] в зависимости от числа пластичности Ip и температуры грунта Т, °С;

wp -влажность грунта на границе пластичности (раскатывания), доли единицы.

 температура начала замерзания грунта, °С.

Tf,m tf,m -соответственно средняя по многолетним данным температура воздуха за период отрицательных температур, °С и продолжительность этого периода, ч,;

Cf -объемная теплоемкость соответственно талого и мерзлого грунта, Дж/(м3×°С)

lf -теплопроводность соответственно талого и мерзлого грунта, Вт/(м×°С)

Расчетную глубину промерзания определяем по формуле

,                                                                                       (5.14)

где kh – коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения, [2, табл.5.1],

 0,4 . 2,6 = 1,04 м

Так как глубина заложения не зависит от расчетной глубины промерзания [2], то глубину заложения принимаем по конструктивным соображениям. В нашем случае глубину заложения откладываем от конструкции пола подвала (см.рисунок 5.1).

Рисунок 5.1 Глубина заложения фундамента

 2,72 – 1,2 = 1,52 м

Все последующие расчеты выполняем методом последовательных приближений в следующем порядке:

Предварительно определяют площадь подошвы фундамента по формуле

,                                                                                 (5.15)

где No – расчетная нагрузка в сечении, No=195,22 кН/м;

Ro – расчетное сопротивление грунта под подошвой фундамента, R0 = 150кПа;

h – глубина заложения подошвы, 1,52 м;

kзап – коэффициент заполнения (принимают равным 0,85);

g - удельный вес материалов фундамента (принимают равным 25 кН/м3).

По таблице 6.5 [2] подбираем плиту марки ФЛ 20.12, имеющую размеры:  1,18м,  2 м, 0,5 м и стеновые блоки марки ФБС 12.4.6, имеющие размеры:  1,18м,  0,4 м, 0,58 м, стеновые блоки марки ФБС 12.4.3, имеющие размеры:  1,18 м,  0,4 м, 0,28 м.

По таблице 2 приложения 2 [1] для песка пылеватого средней пластичности с e = 0,67 находим 29,2о и 3,6 КПа

По таблице 5.4 [2], интерполируя по углу внутреннего трения φн, находим значения коэффициентов: 1,08, 5,33, 7,73.

Определяем значение расчетного сопротивления R по формуле

 ,                             (5.16)

где gс1 и gс2 – коэффициенты условий работы, принимаемые по табл.5.3

gс1 = 1,25 и gс2 = 1,2;

k – коэффициент, принимаемый равным 1,1, если прочностные характеристики

грунта (с и j) приняты по табл. 1.1;

Мg, Мq, Mc – безразмерные коэффициенты, принимаемые по табл. 1.3;

kZ – коэффициент, принимаемый при b < 10 м равным 1;

b – ширина подошвы фундамента, b=2 м;

gII – расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы

фундаментов (при наличие подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), кН/м3;

g1II – то же, залегающих выше подошвы, кН/м3;

Сн – расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа;

d1 – глубина заложения внутренних и наружных фундаментов от пола подвала м, определяют по формуле

,                                                                                  (5.17)

где hS – толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м,

hS=0,5мм;

hcf – толщина конструкции пола подвала, hcf =0,12м;

gcf – расчетное значение удельного веса конструкции пола подвала, кН/м3,

для бетона gcf =25 кН/м3.

Глубину до пола подвала определяют по формуле

db=d-d1, (5.18)

db=1,52-0,67=0,85м

Расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундаментов определяют по формуле

 gII ,                                                            (5.19)

где γn – удельный вес грунтов соответствующих слоев, кН/м3;

hn – толщина соответствующих слоев, м.

При наличие подземных вод расчетное значение удельного веса грунтов определяется с учетом взвешивающего действия воды по формуле

 gsb                                                                                    (5.20)

где γs – удельный вес твердых частиц грунта, кН/м3;

γw – удельный вес воды, кН/м3;

γ1=1,83×9,8=17,93 кН/м3

γ2=1,9×9,8=18,62 кН/м3

γ3=2×9,8=19,6 кН/м3

Рисунок 5.2 – Геологический разрез по скважине №2

Расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундаментов определяют по формуле:

Проверяют значение среднего давления под подошвой фундамента по формуле

,                                                                        (5.21)

где Nf - вес фундамента, кН;

Ng - вес грунта на обрезах фундамента, кН;

b – ширина фундамента, м;

l = 1 м, так как все нагрузки приведены на погонный метр.

Так как ∆<10%, следовательно, фундамент запроектирован, верно.

5.2 Расчет свайного фундамента

Проектирование свайных фундаментов ведут в соответствии с [10]. Для центрально нагруженного фундамента расчеты выполняют в следующем порядке:

а) Определяют длину сваи:

Толщину ростверка принимают равной 0,5м.

FL1 = 2,22+0,5=2,72 м, (отметка заложения ростверка),

FL2=6,4 м, (предварительная отметка заложения сваи)

Lрасч = FL1 – FL2 ,                                                                                     (5.20)

Lзагот = Lрасч+Lзад ,                                                                            (5.21)

где Lрасч –расчетная длина сваи, м;

Lзад - длина заделки сваи в ростверк, Lзад=0,05м.

Lрасч = 6,4-2,72=3,68 м,

Lзагот =3,68+0,05=3,73 м

Принимают железобетонную сваю сплошного сечения квадратную в поперечнике марки С 4-30. Где l=4м, b=0,3м, m(сваи)=220кг, m(острия)=50кг.

Определяют несущую способность сваи по грунту по формуле

,                                                                (5.22)

где gс – общий коэффициент условия работы равный 1,0;

R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи от поверхности

земли, кПа, принимаемое по табл.1;

А – площадь поперечного сечения, 0,3х0,3=0,09м2;

U – наружный периметр поперечного сечения сваи, 0,3х4=1,2м;

 gCR и gcf - коэффициенты условий работы грунта под нижним концом и на боковой

поверхности сваи (принимают gCR = 1,0 и gcf = 1,0 в соответствии с табл. 9.3 для свай погружаемых забивкой);

fi - расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности

сваи, принимаемое по табл. 2, кПа;

hi – толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м.

Рисунок 5.4 Размеры свайного фундамента

Z1=1,52м;

Z2=3,2м;

Z3=4,5м;

Z4=5,58м;

f1=38,64кПа,

f2=25,4 кПа,

f3=28кПа;

f4=41,16кПа.

По табл. для песчаных грунтов средней плотности расчетное сопротивление грунта находят интерполяцией при глубине погружения нижнего конца сваи от DL, l=5,72м:

R=2272 кПа,

200 £ Fd £ 1000

200 £ 340,7 £ 1000

Определяют расчетную нагрузку на сваю по формуле:

                                                                                           (5.23)

где γg – коэффициент надежности по грунту, принимается равным 1,4;

Значение расчетной нагрузки на сваю в среднем, находится в пределах 200≤N≤1000

Определяют количество свай в фундаменте по формуле

,                                                                                   (5.24)

где No – расчетная нагрузка на фундамент, кН/м;

N – расчетная нагрузка на сваю, кН, определяемая по формуле 5.12;

a - коэффициент, принимаемый для ленточных фундаментов 7,5;

g - средний удельный вес материала ростверка и грунта на его обрезах,

g=25+17,93=21,5 кН/м3;

d – сторона поперечного сечения сваи, 0,3 м;

h – глубина заложения подошвы ростверка, h=1,52 м.

Принимают однорядное расположение свай.

Для ленточных фундаментов под стены определяют расчетное расстояние между осями свай по формуле:

,                                                                                             (5.25)

Согласно для забивных висячих свай ар должно быть не менее 3d. Размещают сваи в плане. При 3d≤ ар≤6d принимается однорядное расположение при d=0,3м:.

0,9 < ар < 1,8; ар=1,1

Рисунок 5.5 Расположение свай

Производят проверку фактической нагрузки, приходящейся на каждую сваю по формуле:

,                                                                     (5.26)

где Nf - вес ростверка, кН/м3;

Ng - вес грунта на обрезах ростверка, кН/м3;

n – принятое количество свай на погонный метр, м-1.

Ng = 1*1,02*0,05*1,83=0,09 кН/м3,

 кН/м3,

.

Nф < N, условие выполняется.

Проверяют сжимающие напряжения в грунте в плоскости нижних концов свай по формуле:

,                                                                   (5.27)

где NSq – вес грунта и свай в объеме условного фундамента, кН/м3;

Аусл – площадь подошвы условного фундамента, м2;

Rусл – расчетное сопротивление грунта под подошвой условного фундамента, кПа (определяют по формуле (5.3)).

Для определения площади условного фундамента определяют средне взвешенный угол внутреннего трения по формуле:

,                                                                       (5.28)

где ji – угол внутреннего трения i-го слоя; о

hn – толщина n-го слоя грунта, м;.

,                                                                                         (5.29)

Тогда находят ширину условного фундамента по формуле:

bусл = 2tgah + b0 ,                                                                                    (5.30)

где, h – длина сваи, м;

b0 – расстояние между наружными гранями крайних рядов свай, м.

Nf=6,25кН;

Ng=141,79;

Песок мелкий, средней плотности с е0=0,66 сн=1,8 кПа и φn=31,6 о;

=1,3; Мg =6,18; Мс =8,43.

,

, следовательно фундамент запроектирован верно.

Рисунок 5.6 – Расчетная схема свайного фундамента

5.3 Технико-экономическое сравнение вариантов

Для ленточного и свайного фундаментов производят сравнение их стоимости по укрупненным показателям. Оценка стоимости, сравнение основных видов работ при устройстве фундаментов производят для 1 погонного метра.

Объем котлована находят по формуле

                                                                              (5.30)

где, a,b – ширина котлована понизу и соответственно поверху котлована, м;

u – глубина котлована, м;

l – длина котлована, м;

Для фундаментов мелкого заложения объем котлована будет равен

Для свайного фундамента будет равен:

Сравнение стоимости фундаментов приводят в табличной форме (табл. 5.1).

Таблица 5.1- Технико-экономическое сравнение вариантов

Вывод: по предварительной оценке стоимости основных видов работ при устройстве фундаментов из 2-х вариантов экономичнее и эффективнее является фундамент мелкого заложения.

6 Расчёт фундаментов принятого вида

6.1 Расчет фундаментов мелкого заложения в сечении 2 – 2

Определяем основные размеры и рассчитываем конструкцию сборного ленточного фундамента под внутреннюю стену. Глубину заложения подошвы принимаем аналогично глубине заложения стены в сечении 1-1(см. раздел 5.1). Определяем ориентировочные размеры фундамента в плане по формуле (5.15)

По табл. 6.5 и 6.6 подбираем плиту марки ФЛ 14.12, имеющую размеры L=1,18м, b =1,4 м, h=0,3 м и стеновые блоки ФБС 12.4.3 и ФБС 12.4.6

По табл. 2 прил.2 [3] для песка пылеватого средней пластичности с коэффициентом пористости е=0,67 находим φн=29,20 и Сн=3,6 кПа.

По табл. 5.4, интерполируя по φII,находим значения коэффициентов:

= 1,08; Мg = 5,33; Мс = 7,73.

Глубину до пола подвала определяют по формуле (5.18):

db=1,32-0,47=0,85м

По формуле (5.16) определяем расчетное значение сопротивления R:

Проверяем значение среднего давления под подошвой фундамента

 кН

Р=156,9 кПа < R=171,67 кПа, приблизительно на 8,9%, значит фундамент запроектирован верно.

Рисунок 6.1 – Расчетная схема фундаментов мелкого заложения в сечении 2-2

6.2 Расчет фундаментов мелкого заложения в сечении 3 – 3

Определяем основные размеры и рассчитываем конструкцию фундамента сборного ленточного фундамента под внутреннюю стену. Глубину заложения подошвы принимаем аналогично глубине заложения стены в сечении 1-1(см. раздел 5.1).

Определим ориентировочные размеры фундамента в плане по формуле (5.15)

По табл. 6.5 и 6.6 [8] подбираем плиту марки ФЛ 12.12,имеющую размеры L = 1,18 м, b =1,2 м, h=0,3 м и стеновые блоки ФБС 12.4.6 и ФБС 12.4.3.

По табл. 2 прил.2 для песка пылеватого средней пластичности с коэффициентом пористости е=0,67 находим φн=29,20 и Сн=3,6 кПа.

По табл. 5.4, интерполируя по φII,находим значения коэффициентов:

= 1,08; Мg = 5,33; Мс = 7,73.

Глубину до пола подвала определяют по формуле (5.18):

db=1,32-0,47=0,85м

По формуле (5.16) определяем расчетное значение сопротивления

Проверяем значение среднего давления под подошвой фундамента:

Страницы: 1, 2, 3