Министерство образования Российской Федерации

Череповецкий Государственный Университет

Инженерно-экономический институт

Кафедра Строительные конструкции и Архитектура

Р.Ш. Адигамов

ВАРИАНТНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТОВ

ПРОМЫШЛЕННОГО ЗДАНИЯ

Учебное пособие для студентов специальности 2903 ПГС

г. Череповец 2004 г.

УДК 69.02

Вариантное проектирование фундаментов промышленного здания; Учебное пособие для студентов специальности 2903 ПГС. Р.Ш. Адигамов. - Череповец: ЧГУ, 2004г. - с.

Учебное пособие содержит числовой сквозной пример расчета основания промышленного здания. При этом рассматриваются три возможных варианта: столбчатый фундамент на естественном основании, замена слабого естествен­ного грунта в основании фундаментов искусственно-улучшенным, фундамент глубокого заложения из забивных свай. Подробно рассматривается расчет осно­ваний по второму предельному состоянию.

Ил. , прил. ч.

Рецензенты:

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

Введение 4

1. Задание на проектирование 5

2. Оценка инженерно-геологических условий площадки строительства 5

3. Разработка вариантов фундаментов и выбор типа основания 14

4. Определение нагрузок на фундамент 14

5. Фундамент мелкого заложения на естественном основании 15

6. Замена слабых грунтов основания песчаной подушкой 25

7. Фундамент глубокого заложения 34

8. Технико-экономическое сравнение вариантов 46

9. Расчет оснований по деформациям 46

10. Выбор сваебойного оборудования 58

11. Список использованных источников 59

12. Приложения 60

ВВЕДЕНИЕ

В связи с интенсификацией народного хозяйства на основе широкого внедрения достижений науки и техники, большое внимание уделяется капитальному строительству, составной частью которого является фундаментостроение. При этом предполагается использование последних достижений науки и техники для совершенствования конструкций и технологии возведения фундаментов, что позволит повысить их надежность и снизить стоимость строительства в целом.

В курсовом проекте по дисциплине Механика грунтов, основания и фундаменты, необходимо разработать подземную часть промышленного здания на основе существующих методов расчета по предельным состояниям с учетом действующих нагрузок, инженерно-геологических, климатических условий площадки строительства. При этом рассматривается ряд возможных вариантов конструкций фундаментов, подготовки оснований, проводится их технико-экономическое сравнение. Оптимальное решение одновременно должно обеспечивать наиболее полное использование прочностных и деформационных свойств грунтов основания, отвечать требованиям нормальной эксплуатации сооружения и иметь наименьшую стоимость.

В методических указаниях приводится последовательность выполнения проекта, ссылки на нормальные документы и литературу.

Настоящие методические указания не заменяют действующие ГОСТы, СНиПы, учебную и специальную литературу, материалы по проектированию, выпущенные кафедрой, а только их дополняет.

I. Задание на проектирование

В задании содержатся:

а) схематические чертежи сооружения - план, разрез с указанием параметров здания (рис. 1);

б) значения нормативных нагрузок и воздействий на проектируемый фундамент в основном сочетании;

в) район строительства и нормативная глубина сезонного промерзания грунтов;

г) места расположения разведочных скважин и шурфов с указанием их номера;

д) разрезы по скважинам с указанием абсолютных отметок инженерно-геологических элементов, положения уровня грунтовых вод;

е) данные о физических и механических свойствах грунтов.

В соответствии с заданием необходимо запроектировать фундаменты по оси А двух пролетного промышленного здания, представленного на рис. 1. Пролет l₁= l₂ = 18,0м, шаг колонн l₂ = 12,0м, размеры сечения колонны h_c×b_c = 0,8м × 0,5м. Нормативные значения вертикальной сосредоточенной силы, изгибающего момента, поперечной силы самого тяжело нагруженного фундамента в основном сочетании соответственно N= 2354 кН, М=792кНм, Q = 132 кН. Район строительства г. Златоуст, нормативная глубина сезонного промерзания грунта d_fn =2,0 м. Выработки располагаются по расчетной оси А в пределах контура здания на расстоянии соответственно 50,0 и 46,0 м.

2. Оценка инженерно-геологических условий

ПЛОЩАДКИ СТРОИТЕЛЬСТВА

2.1. Построение геологического разреза.

Построение геологического разреза, как правило, производится в следующей последовательности:

1.На миллиметровой бумаге наносятся оси скважин при известном расстоянии между ними. Горизонтальный масштаб рекомендуется принимать равными М_г 1:750, 1:1000.

2. На оси скважин наносятся вертикальные абсолютные отметки поверхности грунта, подошвы каждого ИГЭ, уровня грунтовых вод, которые принимаются из задания по данным бурения скважин. Вертикальный масштаб рекомендуется принимать равным М_В 1:100.

3. Отметки, соответствующие одинаковым слоям грунта, соединяются прямыми линиями.

4. Из условия нулевого объема земляных работ на площадке строительства производится планировка участка и устанавливается абсолютная планировочная отметка, которая наносится на геологический разрез. При этом учитывается, что в соответствии с природоохранительными мероприятиями, до начала земляных работ плодородный растительный слой должен срезаться и вывозиться.

5. На геологический разрез наносятся контуры здания с указанием расчетных цифровых осей.

Для данной строительной площадки геологический разрез построен на рис. 2.

2. 2. Определение наименования грунтов, их состояния, величины условного расчетного сопротивления.

Для каждого пласта грунта по данным лабораторных испытаний определяется тип, вид, разновидность и условное расчетное сопротивление по таблицам ГОСТ 25100-82. Грунты. Классификация. - М, 1982 и СНиП 2.02.01-83 «Основания зданий и сооружений». М., Стройиздат, 1985.

Предварительно, тип грунта может определяться по таблице данных о свойствах грунтов. Если значения характерных влажностей _l и _p в таблице отсутствуют или равны нулю, то исследуемый грунт классифицируется как песок. Рассмотрим грунты, данные о свойствах которых представлены в таблице 1 .

Образец грунта № 2 скважина 2.

Для определения типа грунта вычисляется число пластичности

I_Р = _l - _р = 0,251 - 0,194 = 0,057 , что находится в соответствии с ГОСТ 25 100-82 в пределах 0,01 ≤ 0,057  0,07.

Следовательно, исследуемый грунт - супесь.

Разновидность грунта определяется по показателю текучести

, что находится в соответствии с ГОСТ 25 100-82 в пределах 0  0,807  1.

Следовательно, исследуемая супесь - пластичная. Дополнительно вычисляется коэффициент пористости .

В соответствии с табл. 3 прилож. 3 /6/ при I_L = 0,8 и е = 0,66 условное расчетное сопротивление R₀ = 190 кПа.

Полное наименование исследуемого грунта: супесь пластичная R₀ =190 кПа.

Образец грунта № 3 скважина 2.

I_P = 0,365- 0,235= 0,13, что находится в соответствии с ГОСТ 25100-82 в пределах 0,07<0,13< 0,17, следовательно, исследуемый грунт - суглинок.

,

что находится в соответствии с ГОСТ 25100-82 в пределах 0 < 0,169 < 0,25. Следовательно, суглинок полутвердый.

В соответствии с табл. 3 приложения 3 /6/ при I_р = 0,169 и е=0,67 условное расчетное сопротивление R₀ = 230 кПа

Рис.2. Геологический разрез по скважинам.

Полное наименование исследуемого грунта: суглинок полутвердый R₀ = 230 кПа.

Образец грунта № 4 скважина 2.

Тип песка определяется по гранулометрическому составу, приведенному в соответствующей строке исходных данных о свойствах грунтов.

В исследуемом грунте вес частиц крупнее 0,25 мм составляет 9% + 2,63% + 49,94% = 61,57%, что больше 50%. Таким образом, данный песок - средней крупности.

Вид песка определяется по коэффициенту пористости

По таблице ГОСТ 25100-82 для песка средней крупности рассчитанное значение находится в пределах 0,55< 0,66 < 0,7. Следовательно, исследуемый песок - средней плотности.

Разновидность песка определяется по степени влажности, как

, что в соответствии с ГОСТ 25100-82 находится

в интервале 0,8< 0,99 <1 . Следовательно, песок насыщенный водой.

В соответствии с табл. 2 приложения 3 / 6 / при е=0,66 условное расчетное сопротивление для песка средней крупности, средней плотности R₀ = 400 кПа.

Образец № 5 скважина 2.

I_p = 0,291-0,169 = 0,122, что находится в пределах 0,07 < 0,122 < 0,17; следовательно, исследуемый грунт - суглинок.

, что находится в пределах 0,25 < 0,27 < 0,5, следовательно, суглинок - тугопластичный.

В соответствии с табл. 3 приложения 3 / 6 / при I_L = 0,27 и е = 0,57 условное расчетное сопротивление R₀ = 260 кПа. Полное наименование исследуемого грунта: суглинок тугопластичный R₀ = 260 кПа.

Каждый слой грунта на геологическом разрезе заштриховывается в соответствии с принятыми условными обозначениями. На этот же разрез вписываются значения физических и механических характеристик грунтов. Справа от геологического разреза строится эпюра условных расчетных давлений (эп. R₀).

2.3. Определение расчётных значений характеристик грунтов строительной площадки.

Значения характеристик грунтов, приведенных в задании, являются нормативными, установленными путем статической обработки результатов лабораторных исследований, выполненных с двенадцатикратной повторностью. Согласно СНиП 2.02.01-83 все расчеты оснований должны выполняться с использованием расчётных характеристик грунтов, определяемых как

где х - расчетная характеристика грунта;

х_н - нормативная характеристика грунта;

_g - коэффициент надёжности по грунту.

Для большинства характеристик грунтов допускается принимать _g=1, за исключением параметров прочности , с, а также удельного веса  . Для них _g определяется как

где р - показатель надежности, характеризующий область вокруг среднего значения, в пределах которого с заданной вероятностью  находится «истинное» среднее значение.

Показатель надежности  берется с таким знаком, чтобы при расчете оснований была бы обеспечена большая надежность (расчет в «запас»). При вычислении расчетных значений  и с всегда, а расчетных значений  в большинстве случаев (в том числе и в курсовом проекте),  берется с запасом «минус». Значение его определяется по формуле:

для 

для  и с, ;

где - коэффициент вариации (относительная изменчивость характеристики);

п - число частных определений (количество опытных данных);

t_ - коэффициент, определяемый в зависимости от заданной доверительной вероятности  и числа определении, которое равно (n-1) при определении  и (n-2) при определении , с.

Доверительная вероятность согласно СНиП 2.02.01-83 принимается  = 0,95 для расчётов по первой группе предельных состояний (по несущей способности) и  =0,85 для расчетов по второй группе предельных состояний (по деформациям).

В курсовом проекте число частных определений характеристик п = 12, а коэффициент вариации при статической обработке опытных результатов получен =0,08.

Тогда при расчете основания по первой группе предельных состояний коэффициент надёжности ( = 0,95) определяется следующим образом.

Для удельного веса грунта  n-1 = 12-1 = 11;

t_=1,80; .

Для показателей прочности грунта с_I, _I п-2= 12-2=10;

t_=1,81; =1,81*0,08 = 0,145; .

При расчете основания по второй группе предельных состояний коэффициент надёжности ( = 0,85) определяется следующим образом

Для удельного веса грунта ₁₁ n -1 = 12-1 = 11;

t_ = 1.09; ; .

Для показателей прочности грунта с_II, _II п-2=12-2=10 ;

t_=1,10;  = 1,10*0,08 = 0,088;

С учётом этого соответствующие значения нормативных и расчетных характеристик слоев определяются следующим образом.

Образец грунта № 1

 =16,4 кН/м³; _II = 16,4/1,026 = 16 кН/м³.

Образец грунта № 2

 = 20,5 кН/м³; с = 5,5 кПа;  = 19⁰ 12^I.

_II = 20,5/1,026 =20 кН/м³; _II = 19⁰ 12^I/1,096 = 18⁰; c_II = 5,5/1,096 = 5 кПа.

Образец грунта № 3

 = 20,7 кН/м³; с =18,6 кПа; =17⁰32^I.

_II = 20,7/1,026 = 20,2 кН/м³; с_II = 18,6/1,096 = 17 кПа; _II = 17⁰ 32^I /1,096 - 16⁰.

Образец грунта № 4.

 =20,5 кН/м³; с = 0; =18⁰38^I.

_II = 20,5/1,026 = 20 кН/м³; _II = 18⁰ 38^I / 1,096 = 17⁰.

Образец грунта № 5.

 = 22кН/м³; с = 41,7кПа;  = 17⁰32^I.

_II = 22/1,026 = 21,4 кН/м³; с_II = 41,7/1,096 = 38 кПа; _II = 17⁰ 32^I / 1,096 = 16^о.

2.4. Оценка геологического строения площадки.

Из построенного на рис. 2 геологического разреза следует, что грунты строительной площадки имеют слоистое напластование с согласным залеганием слоев, близких к горизонтальным и выдержанных по мощности.

В толще грунтов залегают грунтовые подземные воды с абсолютной отметкой уровня 109,60 м.

Подземные воды неагрессивны к бетону.

Напластование грунтов по оси проектируемого фундамента. С поверхности залегает растительный слой мощностью 0,9л* абсолютная отметка кровли слоя 113,15 м, подошвы 112,25 м. Далее залегает слой супеси пластичной мощностью 3,8 м абсолютная отметка кровли слоя 112,25 м подошвы 108,45 м. Ниже залегает слой суглинка твердого мощностью 2,7м абсолютная отметка кровли слоя 108,45 м подошвы 105,75 м. Далее залегает слой песка средней крупности, средней плотности, насыщенного водой; мощностью 3,2 м абсолютная отметка кровли слоя 105,75 м подошвы 102,55 м. Ниже залегает слой суглинка тугопластичного мощностью 4,35 м абсолютная отметка кровли 102,55 м, подошвы 98,2 м. По предварительным данным слой супеси пластичной может быть использован в качестве естественного основания фундамента.