Osnov i fundament


Санкт–Петербургский Государственный Политехнический Университет
ИНЖЕНЕРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ ФАКУЛЬТЕТ
кафедра «Кафедра подземных сооружений, оснований и фундаментов»
Пояснительная записка
к курсовой работе
«Водонапорная башня»
по дисциплине «Основания и фундаменты»
Выполнил:
студент гр. 4015/10
Тимченко В.С.
Руководитель:
к.т.н., доц. Голубев А.И.
Санкт-Петербург
2011

Оглавление
TOC \o "1-3" \h \z \u Введение PAGEREF _Toc290894774 \h 21. Нагрузки на фундаменты PAGEREF _Toc290894775 \h 21.1 Исходные данные PAGEREF _Toc290894776 \h 21.2 Нагрузки, действующие на фундаменты PAGEREF _Toc290894777 \h 21.3. Нормативные и расчетные характеристики грунтов PAGEREF _Toc290894778 \h 42. Расчет и конструирование фундаментов мелкого заложения. Вариант фундаментов на естественном основании PAGEREF _Toc290894779 \h 52.1. Определение глубины заложения подошвы фундамента PAGEREF _Toc290894780 \h 52.2. Предварительное определение площади подошвы фундамента из условия ограничения напряжений по подошве фундамента PAGEREF _Toc290894781 \h 52.3. Определение совместных деформаций фундаментов (осадок) PAGEREF _Toc290894782 \h 92.4. Расчет фундаментов по несущей способности (проверка устойчивости) PAGEREF _Toc290894783 \h 143. Свайные фундаменты PAGEREF _Toc290894784 \h 193.1. Выбор типов и размеров свай и ростверков PAGEREF _Toc290894785 \h 193.1.1. Выбор типов свай и их размеров PAGEREF _Toc290894786 \h 193.1.2. Расчёт сваи по несущей способности грунта PAGEREF _Toc290894787 \h 193.1.3. Определение расчетной нагрузки на сваю и количества свай PAGEREF _Toc290894788 \h 203.2. Определение осадки свайного фундамента PAGEREF _Toc290894789 \h 214. Рекомендации по устройству фундаментов принятой конструкции PAGEREF _Toc290894790 \h 27Список литературы PAGEREF _Toc290894791 \h 28Приложение 1. Чертеж формата А1. Фундаменты водонапорной башни.
Приложение 2. Чертежи, 9 листов формата А4.

ВведениеВ настоящем курсовом проекте рассмотрен вопрос проектирования двух видов фундаментов для водонапорной башни в городе Уфа. Основная цель проекта – обеспечить выполнение условий по деформациям, прочности и его долговечности, допустимых для фундаментов сооружения. Проект выполнен в соответствии с действующими нормами проектирования.
Фундаменты выполнены в двух вариантах: мелкого заложения и свайного. Произведено их сравнение.
Результатом произведенных расчетов является чертежи на листах формата А1 принятого варианта фундамента и отдельных деталей его конструкций.
1. Нагрузки на фундаменты1.1 Исходные данныеВ соответствии с заданием, проектируется Водонапорная башня, расположенная в г. Уфа Республики Башкортостан.
В соответствии с [3] определен снеговой район (V) с нормативным значением давления снегового покрова S0=320кг/м2.
Характеристика грунтов основания представлена в таблице 1.
Таблица 1.
Характеристика грунтов основания№ слоя Наименование грунтаТолщина слояs W IL c E
Скв.1 Скв.2 м м тс/м3 тс/м3 радМПаМПа1 Супесь5 3 2,72 1,91 0,18 0,6 22 0,001 12
2 Песок мелкозернистый6 5 2,87 1,78 0,15 - 28 - 14
3 Глина6 10 2,74 1,99 0,11 0,3 16 0,035 20
4 Суглинок10 10 2,71 1,91 0,21 0,3 22 0,020 17
План, разрез сооружения, геологический разрез основания представлены на рис.1.
1.2 Нагрузки, действующие на фундаментыОпределяем постоянные и временные нагрузки, действующие на фундамент на уровне обреза фундамента и сводим расчет в таблицу 2.
Расчет фундаментов ведем на основное сочетание нагрузок, т.е. на сумму всех постоянных, всех временных длительно действующих и одной временной кратковременной.
Расчеты по первой группе предельных состояний ведем на расчетные значения нагрузок (устойчивость, определение числа свай свайного фундамента). Для фундаментов мелкого заложения расчеты ведем по второй группе предельных состояний на нормативные значения нагрузок, кроме расчетов на устойчивость.
Таблица 2.
Расчет нагрузок, действующих на фундамент
Наименование нагрузки (элемент конструкции) Формула для определения величины нормативной нагрузки Результаты расчётов
FvFhn FvрFhртс тс - тс тс
Постоянные
1. Вес 6 опор ж/б·b·h·l·6····6 97,20   1,1 106,92  
2. Вес ж/б плиты на отметке N4 ж/б·d2·π·Д··· 36,29   1,1 39,92  
3. Вес ж/б плиты на отметке N5 ж/б·d2·π·Д··· 24,04   1,1 26,44  
4. Вес стены между отметками N5 и N6 ж/б·N-Nd·π·Дπ·Дd····· 29,56   1,1 32,51  
5. Вес наружной части бака ж/б·d·π·Д ж/б·NN·π·Д π·Дdж/б·d· π·Д···· ········· 125,54   1,1 138,09  
6. Вес внутренней части бака ж/б·NN·π·Дπ·Дd···· · 50,66   1,1 55,72  
Σ 363,28     399,61  
Временные длительного действия7. Нагрузка на перекрытие на отметке N4 q∙π∙Д42/4=0,45∙3,14∙8,62/4 26,13   1,2 31,35  
8. Вес воды в баке вод·NN·π·Дd··· 268,20   1 268,20  
Σ 294,33     299,55  
Временные кратковременного действия9. Вес снега S0∙μ∙ π ∙Д22/4=0,32∙1∙3,14∙9,22/4 15,19   1,4 21,26  
10. Ветровая нагрузка W∙(l∙h∙2+∙d2∙Д4+Д4∙(V6-V5)+Д2∙(V8-V6-d2)+Д2∙(V9-V8)/2=0,13∙(20,25∙0,8∙2+0,25∙8,6+8,6∙(23,5-16,0)+9,2∙(34,5-23,5)+9,2∙(33,0-34,5)/2   21,39 1,2   25,67
Σ 15,19 21,39   21,26 25,67
Расчёт проводим на основном сочетании нагрузок:
О=1∙П+0,95∙ВД+0,9∙ВК;
Тогда cуммарная вертикальная нагрузка на один фундамент будет равна:
Fнv=1∙363,28/6+0,95∙294,33/6+0,9∙15,19/6=110(тс);
Fv=1∙399,61/6+0,95∙299,55/6+0,9∙21,26/6=118(тс);
Fнh=0,9∙21,39/6=3,2(тс);
Fh=0,9∙25,67/6=4(тс).
1.3. Нормативные и расчетные характеристики грунтовРасчеты по второй группе предельных состояний ведем на нормативные значения характеристик грунтов, за которые принимаем значения, данные в задании на проектирование.
В расчетах по первой группе предельных состояний принимаем расчетные значения характеристик:
I=н;
tg =tg н/g
CI=Cн/gc, где
g = 1,1 для песчаных грунтов;
g = 1,15 для глинистых грунтов.
gc = 1,5.
Для всех остальных характеристик за расчетные принимаем значения, данные в задании.
Нормативные и расчетные характеристики сводим в таблицу 3.
Таблица 3.
Нормативные и расчетные характеристики грунтов основания
№ Наименование грунта Нормативные характеристики Расчетные характеристики
ρs ρ W IL φ C E ρ' tgφ' C'
1 Супесь 2,72 1,91 0,18 0,6 22 0,001 12 1,91 0,35 0,001
2 Песок мелкозернистый 2,87 1,78 0,15 - 28 - 14 1,78 0,48 -
3 Глина 2,74 1,99 0,11 0,3 16 0,035 20 1,99 0,25 0,023
4 Суглинок 2,71 1,91 0,21 0,3 22 0,02 17 1,91 0,35 0,013

2. Расчет и конструирование фундаментов мелкого заложения. Вариант фундаментов на естественном основании2.1. Определение глубины заложения подошвы фундаментаГлубина заложения подошвы фундамента принимается с учетом назначения и конструктивных особенностей сооружения, нагрузок и воздействий на фундаменты, инженерно – геологических условий, гидрологических условий, возможного размыва грунта у опор сооружений, глубины сезонного промерзания.
Нормативная глубина сезонного промерзания грунта принимается равной средней из ежегодных максимальных глубин сезонного промерзания грунтов по карте сезонного промерзания для города Уфа:d'fn=180см;
Но так как верхние отложения – это супеси, то необходимо уточнить нормативную глубину:
, где(1)
d0 – поправочный коэффициент, зависящий от грунта;
Для супеси d0=28;
;
Расчетная глубина промерзания грунтов определяется по формуле:
, где(2)
Kh – коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения;
Kh=1,1;
.
Производим округление до ближайшего большего кратного 5см.
df =2,45м.
2.2. Предварительное определение площади подошвы фундамента из условия ограничения напряжений по подошве фундаментаРасчетное сопротивление грунта основания определяем по зависимости, данной в [1];
, где(3)
с1=1,4 и с2=1,2 – коэффициенты условий работы соответственно грунтового основания и сооружения во взаимодействии с основанием (табл. 3 [1]);
k=1 – коэффициент, равный данному значению в случае определения характеристик грунта по результатам испытаний на строительной площадке;
М=0,47, Мq=2,89, Мс=5,48 – безразмерные коэффициенты, зависящие от расчетного угла внутреннего трения II=19˚(табл. 4 [1]);
kz=1 – коэффициент, зависящий от площади подошвы фундамента;
II – средневзвешенный удельный вес грунта под фундаментом с учетом взвешивающего действия воды;
взв=d – (1-n)∙в – плотность взвешенных частиц грунта;
d=/(1+W) – плотность скелета грунта;
d=1,91/(1+0,18)=1,62(т/м3);
n=1-d/s – пористость;
n=1-1,62/2,72=0,40;
взв=1,62-(1-0,40)∙1=1,02(т/м3);
II=1,02тс/м3;
’II – средневзвешенный удельный вес грунта над подошвой фундамента в пределах глубины d=2,45м;
Принимаем его, как осреднённое значение грунта в сухом и взвешенном состояниях:
;
СII=0,001 – расчетное сцепление грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента;
d1=2,45м – глубина заложения фундаментов от планировочной отметки;
db= 0 – при отсутствии подвала;
;
.
Среднее давление по подошве определено следующим образом:
;(4)
;(5)
Дополнительные условия: площадь передачи нагрузки по обрезу фундамента от верхнего строения и площадь передачи нагрузки по подошве подобны.
l / b=hk/bk=0,8/0,4=2; l=2∙b;
;(6)
;
;
Строим графики для функций R(b) и p(b), представленные на рисунке 2(а).

Рис.2а.
Определение величины ширины фундамента
Искомая ширина фундамента b=2,15м. Округляем до ближайшего большего кратного 5см значения b=2,15м.
Следовательно:
l=2∙2,15=4,3(м).
Получили предварительные размеры подошвы фундамента:
b=2,15м и l=4,3м.
Но учитывая значительные размеры фундамента, рациональнее будет принять ленточную конструкцию фундамента мелкого заложения.
Тогда:
b=1м;
;
;
Строим графики для функций R(b) и p(b), представленные на рисунке 2(б).
Получили предварительные размеры подошвы фундамента:
b=1м и l=7,0м.

Рис.2б.
Определение величины ширины фундамента
Проверяем полученные размеры (bxl) на действие изгибающего момента при внецентренном сжатии:
, где(7)
;
;
;
;(8)
;
;(9)
;
;
;
.
Условие выполняется со значительным запасом, что позволяет уменьшить размеры фундамента.
Примем b=1м и l=3,5м.
Тогда:
;
;
;
;
.
Условие выполняется.

Рис.3.
Эпюры давления.
При более детальном анализе получаем p’max=18,9тс/м2; p’min=17,4 тс/м2.
2.3. Определение совместных деформаций фундаментов (осадок)Последовательно определим абсолютные осадки s фундаментов и относительную неравномерность осадок S. Необходимо выполнение следующих условий:
;
;
Для рассматриваемого сооружения допустимая величина осадки [S]u=25см и относительная неравномерность осадки [S/L]u=0,004.
Расчёт осадок проводится на основное сочетание нормативных нагрузок.
В качестве расчётной схемы принимаем линейно деформируемое полупространство. Метод расчёта осадки – метод послойного суммирования.
1. Определение начального бытового напряжения от собственного веса грунта.
, где(10)
d – заглубление фундамента;
- удельный вес грунта;
i - удельный вес i-го слоя грунта;
hi - толщина i-го слоя грунта;
;
;
Для второго слоя вес взвешенного грунта равен:
взв=d – (1-n)∙в – плотность взвешенных частиц грунта;
d=/(1+W) – плотность скелета грунта;
d=1,78/(1+0,15)=1,55(т/м3);
n=1-d/s – пористость;
n=1-1,55/2,67=0,42;
взв=1,55-(1-0,42)∙1=0,97(т/м3);
2 взв=0,97тс/м3;
;
Для третьего слоя вес взвешенного грунта равен:
взв=d – (1-n)∙в – плотность взвешенных частиц грунта;
d=/(1+W) – плотность скелета грунта;
d=1,99/(1+0,11)=1,79(т/м3);
n=1-d/s – пористость;
n=1-1,79/2,74=0,35;
взв=1,79-(1-0,35)∙1=1,14(т/м3);
3 взв=1,14тс/м3;
;
Для четвертого слоя вес взвешенного грунта равен:
взв=d – (1-n)∙в – плотность взвешенных частиц грунта;
d=/(1+W) – плотность скелета грунта;
d=1,91/(1+0,21)=1,58(т/м3);
n=1-d/s – пористость;
n=1-1,58/2,71=0,42;
взв=1,58-(1-0,42)∙1=1,00(т/м3);
4 взв=1,00тс/м3;
;
Бытовое напряжение изображено на рис.4.
2. Определение напряжения от внешней нагрузки zp :, где(11)
- коэффициент, учитывающий распределение напряжения по глубине, принимаемый по табл. 1 приложения [1] в зависимости от формы подошвы фундамента, соотношения сторон прямоугольного фундамента и относительной глубины, равной:
;
р – среднее давление по подошве фундамента;
;
Задаем глубину z.
Первый слой под подошвой первого фундамента – слой №1 толщиной 1,91м;
;
Находим ;
.
Расчёты для первого фундамента сведем в таблицу 4.
По полученным данным строим эпюры напряжений в толще грунта. Эпюры представлены на рис. 4.
Таблица 4.
Определение напряжений от внешней нагрузки в зависимости от глубины
z, м 0 0,96 4,75 11,23
0 0,55 2,71 6,42
1 0,941 0,433 0,195
zp, тс/м2 17,8 16,7 7,7 3,5
Осадка основания S с использованием расчетной схемы в виде линейно-деформируемого полупространства определяется методом послойного суммирования по формуле:
, где(12)
- безразмерный коэффициент, равный 0,8;
zp,i - среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i-м слое грунта на вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента;
hi – толщина i-го слоя грунта;
Ei –модуль деформации i-го слоя грунта;
n - число слоев, на которые разбита сжимаемая толща основания.
Удельный вес грунтов, залегающих ниже уровня подземных вод, принимается с учетом взвешивающего действия воды.
Толщина сжимаемой зоны Hа определяется из условия, что на этой глубине выполняется равенство .
Определяем глубину сжимаемой толщи На=8,76 м.
Разобьём глубину сжимаемой толщи на 7 частей.
Расчеты осадки сведем в таблицу 5:

Таблица 5.
Опрделение осадки
№ ziср, м zi ,м. zpi, т/м2S, м
1 0,48 0,954 17,33 0,0108
2 1,43 0,954 15,98 0,0100
3 2,62 1,42 13,29 0,0106
4 4,04 1,42 9,46 0,0075
5 5,46 1,42 6,24 0,0050
6 6,88 1,42 4,10 0,0033
7 8,17 1,173 2,85 0,0013
ΣS 0,0484
;
4,84см<25см.
Осадка не превышает допустимое значение.
Аналогично считается осадка для второго фундамента. Расчёты для второго фундамента сведем в таблицу 6 и 7. Эпюры представлены на рис.5.
1. Определение начального бытового напряжения от собственного веса грунта.
;
;
;
;
;
Бытовое напряжение изображено на рис.5.
2. Определение напряжения от внешней нагрузки zp :;
;
;
Задаем глубину z.
Первый слой под подошвой первого фундамента – слой №1 толщиной 1,19м;
;
Находим ;
.
Расчёты для первого фундамента сведем в таблицу 6.
По полученным данным строим эпюры напряжений в толще грунта. Эпюры представлены на рис. 5

Таблица 6.
Определение напряжений от внешней нагрузки в зависимости от глубины
z, м 0 0,6 3,85 10,87
0 0,34 2,20 6,21
1 0,980 0,514 0,202
zp, тс/м2 16,1 15,8 8,3 3,3
Осадка основания S с использованием расчетной схемы в виде линейно-деформируемого полупространства определяется методом послойного суммирования по формуле:
, где
- безразмерный коэффициент, равный 0,8;
zp,i - среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i-м слое грунта на вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента;
hi – толщина i-го слоя грунта;
Ei –модуль деформации i-го слоя грунта;
n - число слоев, на которые разбита сжимаемая толща основания.
Удельный вес грунтов, залегающих ниже уровня подземных вод, принимается с учетом взвешивающего действия воды.
Толщина сжимаемой зоны Hа определяется из условия, что на этой глубине выполняется равенство .
Определяем глубину сжимаемой толщи На=11,97 м.
Разобьем глубину сжимаемой толщи на 9 частей.
Расчеты осадки сведем в таблицу 6:
Таблица 6.
Определение осадки
№ ziср, м zi ,м. zpi, т/м2S, м
1 0,60 1,200 16,02 0,0126
2 1,84 1,330 13,73 0,0102
3 3,17 1,330 10,10 0,0075
4 4,50 1,330 6,92 0,0052
5 5,83 1,330 4,98 0,0037
6 7,19 1,360 3,91 0,0021
7 8,55 1,360 3,43 0,0018
8 9,91 1,360 3,28 0,0018
9 11,27 1,360 3,24 0,0017
ΣS 0,0466
;
4,66см<25см.
Осадка не превышает допустимое значение.
Проверим выполнение условия по относительной неравномерности осадки:
S/L<[S/L]u;
;
Условие выполняется.
2.4. Расчет фундаментов по несущей способности (проверка устойчивости)Расчет оснований по несущей способности является расчетом по первой группе предельных состояний и приводится при значительном горизонтальном усилии или расположении объекта вблизи свободного откоса. Целью этого расчета является обеспечение прочности и устойчивости основания. Расчет оснований по несущей способности производится на основное сочетание нагрузок, исходя из условия:
, где(13)
F – обобщённое расчётное усилие на основание;
с – коэффициент условий работы 0,9;
Fu – предельное сопротивление грунта;
n – коэффициент надежности по назначению сооружения 1,2.
Наиболее рационально оценивать устойчивость в зависимости от коэффициента запаса (Кз), т.о уравнение будет иметь следующий вид:
;(14)
.
Коэффициент запаса будет определён путём построения нескольких(3-4) КЦПС и их расчётом. Затем будет произведено сравнение полученных значений коэффициентов запаса, выбор минимального и сравнение его с допустимым.
Коэффициент запаса вычисляется по следующей формуле:
, где(15)
qci – давление передаваемое на i-й столбик под сооружением;
;(16)
;(17)
;
gгрi – давление передаваемое по подошве i-го столбика от собственного веса грунта;
;(18)
pi – противодавление по подошве i-го столбика (построение эпюры)
;(19)
bi – ширина i-го столбика;
tgφi – угол внутреннего трения грунта по подошве i-го столбика;
l –длина фундамента;
е – эксцентриситет сил относительно оси проходящей через точку О;
Еа – активное давление;
;(20)
Н – сила гидростатического давления;
.
Построение первой кругло-цилиндрической поверхности(R=16,62м) изображено на рис.6 и все данные занесены в таблицу 7.
Таблица 7.
Расчет по КЦПС
i qciqгрipibisinα cosα tgφiciM* M** M***
т/м2м     град т/м2т/м
1 17,5 0,63 2,07 1,49 0,62 0,79 0,35 0,1 6,61 0,19 0,58
2 17,5 1,75 3,19 1,77 0,52 0,86 0,48 0 11,71 0,00 1,60
3 17,5 2,67 4,13 1,77 0,41 0,91 0,48 0 12,47 0,00 1,92
4 17,5 3,35 4,82 1,77 0,31 0,95 0,48 0 12,97 0,00 1,83
5 17,5 3,79 5,27 1,77 0,21 0,98 0,48 0 13,33 0,00 1,39
6 17,5 4,06 5,54 1,77 0,09 1,00 0,48 0 13,58 0,00 0,63
7 17,5 4,13 5,61 1,77 0,02 1,00 0,48 0 13,63 0,00 0,13
8 0 7,43 5,51 1,51 -0,09 1,00 0,48 0 1,39 0,00 -0,98
9 0 7,21 5,27 1,51 -0,21 0,98 0,48 0 1,37 0,00 -2,26
10 0 6,84 4,89 1,51 -0,29 0,96 0,48 0 1,35 0,00 -3,02
11 0 6,32 4,34 1,51 -0,39 0,92 0,48 0 1,32 0,00 -3,73
12 0 5,53 3,55 1,77 -0,48 0,87 0,35 0,1 1,07 0,20 -4,75
13 0 4,38 2,42 1,77 -0,59 0,81 0,35 0,1 0,98 0,22 -4,56
14 0 2,36 0,93 1,77 -0,69 0,72 0,35 0,1 0,64 0,25 -2,90
15 0 0,29 0 0,18 -0,75 0,66 0,35 0,1 0,01 0,03 -0,04
                  92,44 0,88 -14,16
Пример расчета третьей строки:
;
;
;
;
;
;
;
;
;
;
;
.
К=12,12.
Коэффициент запаса удовлетворяет условию (К≥1,33) Устойчивость сооружения обеспечена.
Строим вторую КЦПС с радиусом R=19,86м, изображённой на рис.8. Данные заносим в таблицу 9.
Таблица 7.
Расчет по КЦПС
i qciqгрipibisinα cosα tgφiciM* M** M***
т/м2м     град т/м2т/м
1 17,5 0,59 2,03 0,98 0,75 0,66 0,35 0,1 3,62 0,15 0,44
2 17,5 1,92 3,37 1,59 0,69 0,72 0,48 0 8,83 0,00 2,12
3 17,5 3,25 4,73 1,59 0,62 0,79 0,48 0 9,65 0,00 3,18
4 17,5 4,33 5,84 1,59 0,53 0,85 0,48 0 10,37 0,00 3,65
5 17,5 5,20 6,73 1,59 0,45 0,89 0,48 0 10,88 0,00 3,75
6 17,5 5,90 7,44 1,59 0,37 0,93 0,25 2,34 5,89 4,01 3,51
7 17,5 6,45 8 1,59 0,29 0,96 0,25 2,34 6,07 3,89 3,00
8 17,5 6,85 8,41 1,59 0,21 0,98 0,25 2,34 6,21 3,80 2,26
9 0,0 10,52 8,69 1,66 0,12 0,99 0,25 2,34 0,75 3,91 2,13
10 0,0 10,65 8,82 1,66 0,05 1,00 0,25 2,34 0,76 3,89 0,93
11 0 10,68 8,84 1,66 -0,03 1,00 0,25 2,34 0,76 3,89 -0,62
12 0 10,55 8,7 1,66 -0,12 0,99 0,25 2,34 0,76 3,91 -2,13
13 0 10,29 8,43 1,66 -0,21 0,98 0,25 2,34 0,76 3,97 -3,55
14 0 8,92 7,99 1,66 -0,29 0,96 0,25 2,34 0,37 4,06 -4,33
15 0 7,35 7,35 2 -0,37 0,93 0,25 2,34 0,00 5,05 -5,51
16 0 6,49 6,46 1,72 -0,47 0,88 0,25 2,34 0,01 4,56 -5,24
17 0 5,46 5,41 1,72 -0,56 0,83 0,25 2,34 0,02 4,85 -5,25
18 0 3,91 3,88 2,17 -0,66 0,75 0,25 2,34 0,01 6,73 -5,57
                  65,70 56,68 -7,23
Пример расчета третьей строки:
;
;
;
;
;
;
;
;
;
;
;
.
К=5,19.
Коэффициент запаса удовлетворяет условию (К≥1,33) Устойчивость сооружения обеспечена.
Повторяем вычисления для другой поверхности скольжения с радиусом R=23,11м изображённой на рис. 7, результаты заносим в таблицу 8.
Таблица 8.
Расчет по КЦПС
qгрiqгрiqгрiqгрiqгрiqгрiqгрiqгрiqгрiqгрiM** M***
т/м2т/м2т/м2т/м2т/м2т/м2т/м21 17,5 0,58 2,02 0,76 0,83 0,56 0,35 0,1 2,39 0,14 0,37
2 17,5 2,15 3,61 1,62 0,78 0,63 0,48 0 7,86 0,00 2,71
3 17,5 3,90 5,4 1,62 0,71 0,71 0,48 0 8,81 0,00 4,46
4 17,5 5,32 6,86 1,62 0,63 0,78 0,48 0 9,66 0,00 5,42
5 17,5 6,50 8,07 1,62 0,56 0,83 0,48 0 10,28 0,00 5,89
6 17,5 7,55 9,09 1,62 0,50 0,87 0,25 2,34 5,61 4,38 6,12
7 17,5 8,47 9,92 1,62 0,42 0,91 0,25 2,34 5,90 4,18 5,80
8 17,5 9,23 10,61 1,62 0,36 0,93 0,25 2,34 6,10 4,06 5,36
9 0,0 13,22 11,16 1,66 0,28 0,96 0,25 2,34 0,82 4,04 6,05
10 0,0 13,67 11,58 1,66 0,21 0,98 0,25 2,34 0,85 3,97 4,72
Продолжение таблицы 8
qгрiqгрiqгрiqгрiqгрiqгрiqгрiqгрiqгрiqгрiM** M***
т/м2т/м2т/м2т/м2т/м2т/м2т/м211 0 13,92 11,82 1,66 0,14 0,99 0,25 2,34 0,87 3,92 3,22
12 0 14,15 12,05 1,66 0,07 1,00 0,25 2,34 0,87 3,89 1,64
13 0 14,18 12,1 1,66 0,00 1,00 0,25 2,34 0,86 3,88 0,00
14 0 14,08 12,04 1,66 -0,07 1,00 0,25 2,34 0,85 3,89 -1,63
15 0 13,42 11,9 1 -0,14 0,99 0,25 2,34 0,38 2,36 -1,87
16 0 12,27 11,74 1 -0,17 0,98 0,25 2,34 0,13 2,38 -2,13
17 0 11,50 11,51 1,17 -0,22 0,97 0,25 2,34 0,00 2,81 -3,03
18 0 11,14 11,22 1,17 -0,28 0,96 0,25 2,34 -0,02 2,85 -3,59
19 0 10,67 10,79 1,53 -0,33 0,95 0,48 0 -0,08 0,00 -5,32
20 0 10,08 10,19 1,53 -0,41 0,91 0,48 0 -0,07 0,00 -6,27
21 0 9,35 9,44 1,53 -0,47 0,88 0,48 0 -0,06 0,00 -6,71
22 0 8,48 8,56 1,53 -0,53 0,85 0,48 0 -0,05 0,00 -6,88
23 0 7,46 7,51 1,53 -0,60 0,80 0,48 0 -0,03 0,00 -6,87
24 0 6,21 6,23 1,62 -0,67 0,74 0,48 0 -0,01 0,00 -6,73
25 0 5,46 5 0,54 -0,71 0,71 0,35 0,1 0,06 0,08 -2,08
61,97 46,84 -1,36
Пример расчета третьей строки:
;
;
;
;
;
;
;
;
;
;
.
К=3,44.
Коэффициент запаса удовлетворяет условию (К≥1,33) Устойчивость сооружения обеспечена.
3. Свайные фундаментыСвайный фундамент состоит из свай и ростверка. Основными рабочими элементами являются сваи. Их проектирование выполняется в соответствии с действующим СНиП [2].
3.1. Выбор типов и размеров свай и ростверков3.1.1. Выбор типов свай и их размеровЦель: определение свай для фундаментов под опоры водонапорной башни. В данном курсовом проекте приняты забивные висячие сваи квадратного сечения с заострённым концом, железобетонные.
Длина сваи – 6м.
Поперечное сечение – 300х300мм.
Ростверк принят низким (с заглублением в грунт). Отметка подошвы ростверка принята такой же как и глубина заложения фундамента мелкого заложения (df=2,45м).
Сопряжение сваи с ростверком – жёсткое. Заделку принимаем , предварительно lc=30см. Сваи заделываются в ростверк без выпуска арматуры.
3.1.2. Расчёт сваи по несущей способности грунтаОдиночную сваю в составе фундамента и вне его по несущей способности грунтов основания следует рассчитывать исходя из условия:
, где(22)
N – расчётная нагрузка на одну сваю;
Fd – несущая способность грунта;
γk – коэффициент надёжности, зависящий от способа определения. В курсовой работе принят 1,25, т.к для фундаментов опор при низком ростверке, висячих сваях несущая способность сваи определена по результатам полевых испытаний грунтов эталонной сваей-зондом;
, где(23)
c – коэффициент условий работы сваи в грунте;
c = 1;
R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, принимаемое по табл.1 [2];
R=355тс/м2;
A – площадь опирания на грунт сваи, принимаемая по площади поперечного сечения сваи;
A=0,09м2;
u – наружный периметр поперечного сечения сваи;
u=1,2м;
fi – расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, принимаемое по табл.2 [2];
hi – толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи;
cR, cf – коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления грунта;
cR, cf =1;
Hi – расстояние от дневной поверхности до середины i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи;
Для определения силы трения по боковой поверхности, разделим грунт на слои толщиной менее 2м (рис.9).
Таблица 9.
Определение расчетного сопротивления i-го слоя грунта
1 2 3
hi ,м 1,91 2,04 1,75
Hi, м 3,40 5,38 7,28
fi, т/м21,54 4,08 4,34

Тогда: N≤56,2/1,25=45,0(т).
3.1.3. Определение расчетной нагрузки на сваю и количества свайРасчетная нагрузка на сваю:
, где(24)
Nd – суммарная нагрузка от строения и веса ростверка;
n – количество свай;
Му – момент внешних сил относительно центральных осей плоскости подошвы ростверка;
х – координаты центра сечения сваи, в которых определяется нагрузка
Предварительно, для упрощения расчёта предположим, что моменты относительно центральных осей равны 0 (Му=0)
Формула будет иметь вид:
, где(25)
;(26)
– собственный вес ростверка, его расчётное значение;
– собственный вес ростверка;
– минимальные размеры ростверка;
;
;(27)
.
Требуемое количество свай: n=3.
Расстояние между сваями принято равным 3dc из условия минимальной площади ростверка.
Проводим проверку с учётом действия моментов:
Му=75,8т∙м;
;
118,2тс>45,0тс.
Условие не выполняется, т.е расчётная нагрузка больше допустимой (несущей способности грунта).
Увеличим количество свай.
Примем 4 свай. Размеры ростверка останутся прежними 1,5х1,5м. Схема расстановки свай изображена на рис.10.
Проводим проверку с учётом действия моментов:
Му=75,8т∙м;
;

42,0тс<45,0тс.
N>0тс.Условие выполняется, т.е расчётная нагрузка меньше допустимой (несущей способности грунта), выдергивания свай не происходит.
3.2. Определение осадки свайного фундаментаИспользуется схема линейно деформируемого полупространства с условным ограничением глубины сжимаемой толщи Hc. Осадка определяется методом послойного суммирования для условного фундамента.
Расчет фундамента из висячих свай и его основания по деформациям производится для условного фундамента на естественном основании в соответствии с требованиями СНиП [2]. Границы условного фундамента определяются следующим образом:
снизу – плоскостью АБ, проходящей через нижние концы свай;
с боков – вертикальными плоскостями АВ и БГ, отстоящими от наружных граней крайних рядов вертикальных свай на расстояние (см.рис.11);
сверху – поверхностью планировки грунта ВГ.
h – глубина погружения свай в грунт;
II,ср – средневзвешенное расчетное значение угла внутреннего трения грунта, определяемое по формуле:
, где(28)
IIi – расчетные значения углов внутреннего трения для отдельных пройденных сваями слоев грунта толщиной hi.
Для первого фундамента:
;
Для второго фундамента:
;
;
.
Собственный вес условного фундамента при определении его осадки определяется как вес грунта в объеме условного фундамента:
;
.
Среднее давление по подошве условного фундамента:
;
.
Методика определения осадки свайного фундамента (метод послойного суммирования) аналогична методики применяемой при вычислении осадки фундамента мелкого заложения. Различием является то, что при вычислении осадки свайного фундамента эпюра дополнительных вертикальных напряжений zp строится из центра тяжести условного фундамента.
Для первого фундамента:
1. Определение начального бытового напряжения от собственного веса грунта.
;
;
;
;
.
Под подошвой условного фундамента:

По этим данным строится эпюра бытовых напряжений ниже подошвы условного фундамента (рис. 11).
2. Определение напряжения от внешней нагрузки zp:
;
;

Задаем глубину z.
Первый слой под подошвой первого фундамента – слой №2 толщиной 0,81м;
;
При находим ;
.
Расчёты для первого фундамента сведем в таблицу 10.
По полученным данным строим эпюры напряжений в толще грунта. Эпюры представлены на рис. 11
Таблица 10.
Определение напряжений от внешней нагрузки в зависимости от глубины
z, м 0 0,405 4,045 9,045
0 0,34 3,40 7,60
1 0,966 0,146 0,032
zp, тс/м2 27,6 26,7 4,0 0,9
Осадка основания S с использованием расчетной схемы в виде линейно-деформируемого полупространства определяется методом послойного суммирования по формуле:
, где
- безразмерный коэффициент, равный 0,8;
zp,i - среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i-м слое грунта на вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента;
hi – толщина i-го слоя грунта;
Ei –модуль деформации i-го слоя грунта;
n - число слоев, на которые разбита сжимаемая толща основания.
Удельный вес грунтов, залегающих ниже уровня подземных вод, принимается с учетом взвешивающего действия воды.
Толщина сжимаемой зоны Hа определяется из условия, что на этой глубине выполняется равенство .
Определяем глубину сжимаемой толщи На=5,71м.
Разобьём глубину сжимаемой толщи на 12 частей.
Расчеты осадки сведем в таблицу 11:
Таблица 11.
Определение осадки
№ ziср, м zi ,м. zpi, т/м2S, м
1 0,23 0,468 27,41 0,0072
2 0,70 0,468 26,99 0,0071
3 1,17 0,468 26,17 0,0069
4 1,63 0,468 24,73 0,0065
5 2,11 0,478 22,63 0,0042
6 2,59 0,478 19,87 0,0037
7 3,06 0,478 16,58 0,0031
8 3,54 0,478 12,97 0,0024
9 4,02 0,478 9,43 0,0018
10 4,50 0,478 6,45 0,0012
11 4,98 0,478 4,47 0,0008
12 5,45 0,478 3,42 0,0006
ΣS 0,0456
;
4,6см<25см.
Осадка не превышает допустимое значение.
Для второго фундамента:
1. Определение начального бытового напряжения от собственного веса грунта.
;
;
;
;
.
Под подошвой условного фундамента:

По этим данным строится эпюра бытовых напряжений ниже подошвы условного фундамента (рис. 12).
2. Определение напряжения от внешней нагрузки zp:
;
;

Задаем глубину z.
Первый слой под подошвой первого фундамента – слой №2 толщиной 1,89м;
;
При находим ;
.
Расчёты для первого фундамента сведем в таблицу 12.
По полученным данным строим эпюры напряжений в толще грунта. Эпюры представлены на рис. 12
Таблица 12.
Определение напряжений от внешней нагрузки в зависимости от глубины
z, м 0 0,945 5,305 10,305
0 0,781 4,384 8,516
1 0,808 0,092 0,025
zp, тс/м2 28,3 22,9 2,6 0,7
Осадка основания S с использованием расчетной схемы в виде линейно-деформируемого полупространства определяется методом послойного суммирования по формуле:
, где
- безразмерный коэффициент, равный 0,8;
zp,i - среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i-м слое грунта на вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента;
hi – толщина i-го слоя грунта;
Ei –модуль деформации i-го слоя грунта;
n - число слоев, на которые разбита сжимаемая толща основания.
Удельный вес грунтов, залегающих ниже уровня подземных вод, принимается с учетом взвешивающего действия воды.
Толщина сжимаемой зоны Hа определяется из условия, что на этой глубине выполняется равенство .
Определяем глубину сжимаемой толщи На=4,83м.
Разобьём глубину сжимаемой толщи на 11 частей.
Расчеты осадки сведем в таблицу 13:
Таблица 13.
Определение осадки
№ ziср, м zi ,м. zpi, т/м2S, м
1 0,20 0,405 25,36 0,0058
2 0,61 0,405 20,76 0,0047
3 1,03 0,447 17,20 0,0030
4 1,48 0,447 14,18 0,0025
5 1,93 0,447 11,66 0,0020
6 2,37 0,447 9,52 0,0017
7 2,82 0,447 7,69 0,0013
8 3,27 0,447 6,16 0,0011
9 3,71 0,447 4,89 0,0009
10 4,16 0,447 3,88 0,0007
11 4,61 0,447 3,14 0,0006
ΣS 0,0242
;
2,4см<25см.
Осадка не превышает допустимое значение.
Проверим выполнение условия по относительной неравномерности осадки:
S/L<[S/L]u;
;
Условие выполняется.
Расчет свайного фундамента на устойчивость не входит в рамки настоящей курсовой работы.

4. Рекомендации по устройству фундаментов принятой конструкцииВ настоящей курсовой работе были рассмотрены два варианта конструкции фундамента, а именно: фундамент мелкого заложения и свайный фундамент. Для указанных выше конструкций фундамента были определены следующие параметры, характеризующие работу конструкций:
Размеры фундамента;
Осадка фундамента;
Крен фундамента.
Для фундамента мелкого заложения был произведен расчет на устойчивость по КЦПС, согласно которому устойчивость фундамента с принятыми параметрами обеспечена.
При рассмотрении монолоитно-сборных вариантов фундаментов необходимы объем бетона без учета стакана под колонну составил:
Для фундамента мелкого заложения V=44,9м3;
Для свайного фундамента V=23,1м3;
но необходимо принять во внимание усложнение процесса возведения свайного варианта фундамента, и как следствие увеличение затрат на его возведение.
В связи с вышеизложенным, для рассматриваемого сооружения принимаем конструкцию ленточного фундамента мелкого заложения.

Список литературыСНиП 2.02.01-83 «Основания зданий и сооружений».
СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты».
СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия с изм. 2003г. М.: Стройиздат, 1996.
Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП 2.02.01-83).-НИИОСП им. Н.Н. Герсеванова. М, Стройиздат, 1986.
Руководство по проектированию свайных фундаментов. - НИИОСП им. Н.Н. Герсеванова, М., Стройиздат, 1980.
Лекции по дисциплине «Основания и фундаменты».

Приложенные файлы

  • docx 18395349
    Размер файла: 344 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий