Учебное пособие 2143

41

Рис. 27.

42

Рис. 28.

43

Рис. 29.

44

Рис. 30.

2. Объем и содержание курсовой работы

Работа должна содержать подробную расчетно-пояснительную записку и необходимые чертежи, размещенные на одном листе чертежной бумаги формата 814 × 567 см.

В пояснительной записке должны быть последовательно изложены следующие вопросы:

-общая часть: исходные данные для проектирования;

-анализ инженерно-геологических условий строительной площадки (расчет физико-механических характеристик свойств грунтов и уточнение их наименования);

-определение нормативных и расчетных нагрузок на основание;

-выбор и обоснование типа фундамента (для детального расчета принимаются как минимум два варианта: фундаменты мелкого заложения и свайные фундаменты);

-назначение глубины заложения фундаментов мелкого заложения;

-определение размеров подошвы фундаментов с проверкой краевых давлений на грунт;

-расчет осадки фундаментов от действия вертикальных нагрузок с учетом их взаимного влияния, а в необходимых случаях расчет просадки (при просадочных грунтах) или других перемещений;

-расчет горизонтальных деформаций при действии на фундамент горизонтальных нагрузок;

-проверка несущей способности слоя грунта пониженной прочности;

-расчет оснований по несущей способности;

-конструирование фундаментов мелкого заложения;

-выбор типа и конструкций свай;

-определение несущей способности свай;

-конструирование свайного фундамента;

-расчет осадки свайного фундамента;

-выбор молота для забивки свай;

-вычисление расчетного отказа свай;

-технико-экономическое сравнение вариантов рассчитанных фундаментов и заключение о выборе основного варианта;

-указания по технологии возведения фундаментов и правилам техники безопасности;

-библиографический список использованной литературы.

Графическая часть работы должны содержать:

-план фундаментов с обозначением разбивочных осей, маркировкой плит, блоков и фундаментных балок;

-продольный и поперечный разрезы фундаментов с их привязкой к геологическому разрезу;

-развертку сборных фундаментов по продольной и поперечной стенам;

45

-расчетные схемы фундаментов рассчитываемых сечений с указанием всех действующих нагрузок;

-рабочие чертежи конструкций фундаментов для всех рассчитанных сечений с привязкой их в высотном отношении и необходимыми деталями (устройство гидроизоляции, осадочных швов и т.п.);

-план и разрезы свайных фундаментов для рассчитываемых сечений с указанием геологического строения грунтов, детали сопряжения свай с ростверком и конструктивное решение тела ростверка;

-спецификацию плит, блоков, свай;

-технико-экономические показатели рассчитанных фундаментов.

Данные чертежа и расчетно-пояснительной записки должны быть строго увязаны между собой.

3.Порядок проектирования

3.1.Изучение задания на курсовую работу

Проектирование оснований и фундаментов является сложной задачей, решение которой требует совместного рассмотрения многих факторов: ин- женерно-геологических условий строительной площадки, физикомеханических характеристик грунтов, данных о проектируемом сооружении, предполагаемых способов производства земляных и фундаментных работ и т.д.

Перед началом проектирования студент должен изучить целевое назначение сооружения, его этажность, размеры и форму в плане, глубину подвальных помещений, конструктивные особенности сооружения, инженерногеологические условия строительной площадки и физико-механические свойства грунтов.

3.2. Оценка инженерно-геологических условий строительной площадки

Оценку инженерно-геологических условий строительной площадки следует начинать с построения геолого-литологического разреза. По данным колонок скважин строится геолого-литологический профиль (разрез), на котором отмечают напластование, толщину и абсолютные отметки отдельных слоев грунта, уровень подземных вод и места взятия образцов грунта. Расстояния между выработками (скважинами и шурфами) берутся непосредственно с плана, а толщина пластов грунта – с литологических колонок. На профиле схематично показывают разрез подземной части сооружения с указанием планировочных отметок площадки.

Для каждого слоя грунта определяют характеристики физического состояния: плотность грунта ρ, плотность частиц грунта ρS, природную влаж-

46

ность W, влажность на границе пластичности Wр, влажность на границе текучести WL. Эти основные физические характеристики грунтов основания приводятся в задании. Однако их недостаточно для оценки строительных свойств грунтов. Необходимо определить ряд производных физических характеристик: плотность сухого грунта ρd, плотность грунта во взвешенном состоянии ρSb, пористость n, коэффициент пористости е, коэффициент водонасыщения Sr, число пластичности Jр, показатель текучести JL, коэффициент пористости при полном водонасыщении грунта еSat, влажность, соответствующую полному водонасыщению WSat, удельный вес γ, удельный вес частиц грунта γS, удельный вес сухого грунта γd.

По классификационным показателям глинистых и песчаных грунтов устанавливают их вид и состояние.

Вид глинистого грунта (супесь, суглинок, глина) определяют по числу пластичности, а его состояние (твердое, пластичное, текучее) – по показателю текучести.

Крупнообломочные и песчаные грунты классифицируют по гранулометрическому составу, коэффициенту пористости и коэффициенту водонасыщения. В необходимых случаях наименования грунтов дополняют их специфическими свойствами, присущими данному виду грунта.

Наименования крупнообломочных и песчаных грунтов дополняют указанием о степени их неоднородности. При наличии в крупнообломочных грунтах песчаного или глинистого заполнителя указывают наименование вида заполнителя.

После определения вида и физического состояния грунтов, по таблицам СНиП [10, 11] определяют их механические характеристики (угол внутреннего трения φn, удельное сцепление Сn, модуль деформации Е и расчетное сопротивление R0). Все физико-механические характеристики грунтов сводятся в общую таблицу. Во всех дальнейших расчетах и на геологических разрезахследует использовать уточненные расчетом наименования и состояния грунтов.

На основе анализа характеристик свойств грунтов необходимо составить инженерно-геологическое заключение, в котором следует отразить:

-рекомендацию по выбору несущего слоя грунта для фундамента мелкого заложения (ленточного, прерывистого, отдельно стоящего);

-рекомендацию по предпочтительной глубине забивки свай в варианте свайных фундаментов;

-указания о глубине подземных вод и ее влиянии на глубину заложения фундаментов и условия производства работ нулевого цикла;

-при наличии на строительной площадке слабых грунтов, не пригодных в качестве естественного основания фундаментов предложить методы искусственного улучшения свойств этих грунтов [1, 2, 3, 6, 7].

3.3.Выбор рационального типа основания и фундамента

47

Проектирование оснований и фундаментов представляет собой комплексную технико-экономическую задачу, в результате решения которой должен быть получен наиболее экономичный и технически целесообразный тип фундаментов.

При этом необходимо стремиться к максимальному использованию прочностных и деформационных свойств грунтов и материала фундаментов, достижению минимальной стоимости, материалоемкости и трудоемкости. Выбор основания производится в зависимости от инженерно-геологических условий строительной площадки и конструктивных особенностей проектируемого сооружения. Грунты основания должны обеспечивать надежную работу конструкций сооружения при минимальных объемах работ по производству фундаментов и сроках их выполнения.

В курсовой работе в качестве основных вариантов для сравнения рекомендуется принимать:

-фундаменты мелкого заложения (ленточные, перекрестные, отдельные столбчатые, плитные) на естественном основании;

-фундаменты мелкого заложения на искусственном основании (грунтовые подушки, уплотнение, закрепление);

-свайные фундаменты (на забивных или буронабивных сваях);

По двум принятым вариантам производится проектирование фундаментов и их технико-экономическое сравнение.

При свайных фундаментах грунты основания должны позволять максимально использовать прочность материалов свай при минимальном их сечении, длине и заглублении подошвы ростверка.

Принятые конструкции фундаментов должны быть технологичны в строительном производстве.

При проектировании сооружения рядом с существующим необходимо учитывать тип и состояние конструкций и фундаментов существующего сооружения и возможные неравномерные деформации его основания [3, 4, 7, 8].

3.4. Определение нагрузок на основания фундаментов

При определении нагрузок на основания фундаментов руководствуются СНиП «Нагрузки и воздействия» [14].

Нагрузки на основание допускается определять без рассмотрения совместной работы сооружения и основания при расчете:

а) средних значений деформаций основания; б) общей устойчивости массива грунта основания совместно с сооружением.

Расчет оснований по деформациям (при определении размеров и осадки фундаментов) производится на основное сочетание расчетных нагрузок с коэффициентом надежности по нагрузке γf равным единице.

Расчет оснований по несущей способности производится на основное и особое сочетания нагрузок с коэффициентом надежности по нагрузке γf > 1. Обычно принимают γf = 1.2.

48

В случае, когда приложенные нагрузки улучшают работу оснований, коэффициент надежности по нагрузке принимается меньшим или равным единице.

Нагрузки на основания от надземных частей сооружения определяются отдельно от вертикальных и горизонтальных сил, суммарно или на один метр стены в соответствии со статической схемой сооружения.

Для сбора нагрузок на схеме сооружения выделяют несущие элементы, грузовые площади и приложенные к ним нагрузки. Грузовую площадь стен, в которых имеются оконные проемы, целесообразно принимать длиной, равной расстоянию между осями соседних проемов. Для торцевых и внутренних стен без оконных проемов за расчетную длину принимается один метр стены.

Сбор нагрузок для бесподвальных сечений производится до планировочной отметки, для подвальных сечений – до уровня пола подвала. При сборе нагрузок для сооружений с подвалом необходимо учитывать горизонтальное давление грунта на подвальную стенку.

Внецентренно приложенные нагрузки на стены и столбы от карнизов, балок перекрытия, стропил принимаются приложенными по оси подошвы фундамента. В сооружениях с подвалами необходимо учитывать моменты, которые возникают от горизонтального давления грунта и его веса на уст у- пах фундамента. Момент по подошве фундамента определяется как момент на опоре однопролетной балки с одним заделанным концом. В расчетах оснований необходимо учитывать нагрузку от складируемого материала и оборудования, размещенные вблизи фундаментов на отмостках и полах, устраиваемых непосредственно на грунте.

На поверхности грунта принимается равномерно распределенная нагрузка интенсивностью q = 10 кН/м2. Нагрузку на полы промышленных сооружений принимают равной q = 20 кН/м2, если в задании ее значение не задано. Суммарные нагрузки на обрез фундамента определяют с точностью до

10 кН [1, 14, 15].

Временные нагрузки на перекрытия и снеговые нагрузки при расчете оснований по деформациям относятся к длительным, а при расчете по несущей способности – к кратковременным. Нагрузки от подвижного подъемнотранспортного оборудования в обоих случаях считается кратковременными.

3.5. Проектирование фундаментов мелкого заложения на естественном основании

а) Назначение глубины заложения подошвы фундамента. Предварительная глубина заложения определяется с учетом назначения и конструктивных особенностей здания или сооружения, геологических и гидрогеологических условий строительной площадки, величины и характера действующих нагрузок, возможности морозного пучения грунтов. При этом решаются вопросы о несущем слое грунта и типе основания. В сборных фундаментах глубина заложения увязывается с высотой фундаментных плит и блоков, а в монолит-

49

ных – с прочностью сечения и конструктивными требованиями. Необходимо стремиться принимать минимальную глубину заложения фундаментов, которая должна быть не менее 0,5 м во всех грунтах, кроме скальных.

В зданиях с подвалами и подземными помещениями уровень подземных вод должен быть на 0,5-1 м ниже уровня пола этих помещений. В слоистых основаниях все фундаменты предпочтительно возводить на одном грунте или на грунтах с одинаковыми прочностными и деформативными свойствами. Оптимальная глубина заложения фундаментов должна устанавливаться на основе детального анализа всех влияющих факторов с учетом местного опыта строительства. В расчете принимается наиболее неблагоприятный из них. Одним из основных факторов, определяющих заглубление фундаментов является глубина сезонного промерзания грунтов [1, 3, 7].

б) Определение размеров подошвы фундамента. Площадь подошвы фунда-

мента зависит от величины действующей на него нагрузки и физикомеханических характеристик грунтов основания. Форма подошвы фундамента определяется формой в плане надземной конструкции и условиями наиболее равномерного распределения нагрузки. В случае центрально загруженного фундамента его размеры определяются из условия, чтобы среднее давление под подошвой фундамента не превышало расчетного сопротивления грунта основания (ρ≤R).

При внецентренном загружении фундамента его размеры определяются из условий, чтобы максимальное краевое давление не превышало увеличенное на 20% расчетное сопротивление грунта основания (ρmax≤1,2R), а минимальное краевое давление должно быть положительным (ρmin≥0). Значения среднего, максимального, минимального давлений и расчетное сопротивление грунта основания определяются с точностью до 1 кПа.

Расчет оптимальных размеров подошвы фундамента можно выполнять либо методом последовательного приближения, либо графоаналитическим методом. В обоих случаях расхождение между фактическим давлением под подошвой фундамента ρ и расчетным сопротивлением грунта основания R не должно превышать 10%.

Сборные ленточные фундаменты под стены зданий должны проектироваться прерывистыми с целью экономии материалов, идущих на изготовление фундаментов. Определение размеров подошвы фундаментов следует выполнять с помощью ЭВМ. Вычисленные размеры фундаментов уточняются расчетом по деформациям.

в) Определение осадки фундаментов. Для принятых по условию ρ≤R разме-

ров фундаментов определяют осадку, разность осадок, крены, прогибы, выгибы и сопоставляют их с предельно допустимыми величинами. Расчет осадки фундаментов выполняется методом послойного суммирования деформаций основания на действие осевых расчетных нагрузок с коэффициентом надежности по нагрузке γf = 1. Осадку рекомендуется определять графоаналитическим методом в следующей последовательности:

50