ОИФ Синицын / глав1-5 / глав1

Министерство высшего образования

Российской федерации

Магнитогорский государственный технический университет

им. Г.И.Носова

Р.М.Каримов

Проектирование фундаментов

(примеры расчета)

Учебное пособие

Издание МГТУ Магнитогорск, 2002

УДК 624.15

Автор: Р.М.Каримов

Проектирование фундаментов (примеры расчета):

Учебное пособие. Магнитогорск:МГТУ, 2002, 75 с.

Изложен порядок и примеры расчета фундаментов на естественном и искусственном основаниях, а также свайных фундаментов. Рассмотрены способы как ручного, так и автоматизированного расчета. Учтены последние изменения в классификации грунтов. Пособие рассчитано на использование при выполнении курсового проекта по дисциплине «Основания и фундаменты». Необходимость в издании настоящего пособия возникла в связи с отсутствием аналогичной учебной литературы, выпускаемой центральными издательствами.

Рецензенты: главный строитель ОАО «Магнитогорский Гипромез В.И.Белов;

кафедра строительной механики Южно-Уральского государственного университета

ВВЕДЕНИЕ

Целью курсового проекта является выбор и разработка конструкций фундаментов для производственного здания.

Разработку проекта начинают с оценки инженерно-геологи-ческих условий строительства по показателям физического состояния грунтов, по величине условного расчетного сопротивления и т.д. На основе этого анализа определяется необходимая глубина заложения фундамента и разрабатывается несколько вариантов фундаментов. Окончательный выбор типа фундамента производится на основе технико-экономического сравнения трех или двух вариантов фундаментов под одну из колонн. В курсовом проекте рекомендуется рассматривать в качестве вариантов:

1 - фундамент на естественном основании:

2 - фундамент на искусственном основании:

3 - свайный вариант.

Рекомендуется следующий порядок расчета вариантов фундаментов:

1. Определяются размеры подошвы и осадка фундамента на естественном основании под наиболее нагруженную колонну. При необходимости производится проверка слабого подстилающего слоя.

2. Рассчитывается второй вариант фундамента под ту же колонну (на искусственном основании или с большей глубиной заложения).

3. Рассчитывается свайный вариант фундамента под колонну по 1 и 2 группе предельных состояний.

4. Производится технико-экономическое сравнение вариантов и для выбранного варианта производится расчет вручную или на ЭВМ фундаментов по остальным осям здания.

5. Для выбранного варианта фундамента определяются относительные осадки здания.

6. Ленточные фундаменты под несущие стены и свайный фундамент под несущую стену в учебных целях рассчитываются независимо от принятого варианта.

7. Для свайного варианта выбирается сваебойное оборудование и определяется проектный отказ.

Буквенные обозначения, принятые в пособии, приведены в приложении 4.

1. АНАЛИЗ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ.

Для инженерно-геологической оценки условий строительства необходимо дать характеристику рельефа строительной площадки, залегания отдельных слоев грунта, их толщину, положение уровня подземных вод. Следующий этап - классификация и оценка состояния грунтов, которая проводится согласно ГОСТ [1] сопоставлением их физических характеристик с табличными. Это позволяет качественно оценить свойства грунтов и выяснить возможность использования их в основаниях сооружений.

Песчаные грунты классифицируются:

по коэффициенту пористости (табл. 1.1)

(1.1)

по степени влажности, т.е. доле заполнения пор водой (табл. 1.2)

(1.2)

Глинистые грунты классифицируются:

по числу пластичности (табл.1 .3)

(1.3)

по показателю текучести (табл. 1.4)

(1.4)

Таблица 1.1

Плотность сложения песчаных грунтов

Разновидность	Коэффициент пористости е
песков		Пески гравелистые, крупные и средней крупности	Пески мелкие	Пески пылеватые
Плотный		<0,55	<0,60	<0,60
Средней плотности		0,55  0,70	0,60  0,75	0,60  0,80
Рыхлый		>0,70	>0,75	>0,80

Таблица 1.2

Классификация песков по водонасыщению

Грунт	Степень влажности
Малой степени водонасыщения Средней степени водонасыщения Насыщенный водой

Таблица 1.3

Классификация глинистых грунтов по содержанию глинистых частиц

Грунт	Содержание глинистых частиц, %	Число пластичности, %
Супесь Суглинок Глина

Таблица 1.4

Классификация глинистых грунтов по консистенции

Грунт	Показатель текучести
Супесь: твёрдая пластичная текучая
Суглинок и глина: твёрдые полутвёрдые тугопластичные мягкопластичные текучепластичные текучие

На основе полученных характеристик грунтов можно принять решение о глубине заложения фундаментов.

При назначении глубины заложения фундаментов учитывается рельеф местности, конструктивные особенности подземной части здания, инженерно-геологические условия строительства, сезонное промерзание грунтов. Рассмотрим более подробно последний фактор. При замерзании некоторых грунтов наблюдается их морозное пучение - увеличение объёма грунта, находящегося выше границы промерзания. К пучинистым относятся практически все глинистые грунты, а также пылеватые и мелкие пески при высокой влажности. На таких грунтах глубина заложения должна быть не менее глубины промерзания. Пучение грунта связано с миграцией воды, поэтому при назначении глубины заложения нормы проектирования рекомендуют учитывать уровень подземных вод и консистенцию грунта. Рекомендуемые минимальные значения глубины заложения, определяемые из условия промерзания грунтов, приведены в табл.2 СНиП [ 2 ].

Расчетная глубина промерзания определяется по формуле

(1.5)

где - нормативная глубина промерзания, определяемая по карте прил.1 настоящего пособия или по формуле 2 СНиП [ 2 ];

- коэффициент, учитывающий влияние температурного режима здания, определяется по табл. 1 СНиП [2].

В качестве обобщенной характеристики надежности основания можно использовать величину расчетного сопротивления грунта, определяемую по формуле 7 СНиП [ 2 ]. Для оценочных расчетов целесообразно определить величину условного расчетного сопротивления при ширине условного фундамента и минимальной глубине заложения для каждого из слоев. Подвал не учитывается, т.е. (рис. 1).

При этих условиях величина условного расчетного сопротивления определяется по формуле:

(1.6)

Глубина заложения условного фундамента для верхнего слоя грунта принимается равной расчетной глубине промерзания для пучинистых грунтов или назначается конструктивно для грунтов практически непучинистых.

Значение удельного веса грунта допускается принимать для слоя, залегающего непосредственно под подошвой условного фундамента.

Осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента, определяется по формуле

(1.7)

где - толщины и удельные веса слоев грунта выше подошвы фундамента.

Если уровень подземных вод находится непосредственно под подошвой или выше подошвы фундамента, то удельные веса грунта принимаются с учетом взвешивающего действия воды по формуле

. (1.8)

По величине условного расчетного сопротивления и модуля деформации можно сделать вывод о сравнительной надежности слоев грунта и возможности использования их в качестве естественного основания. В курсовом проекте грунты можно считать пригодными в качестве основания, если больше

ПРИМЕР 1. Дать инженерно-геологическую оценку условий строительства, если площадка сложена следующими грунтами:

Толщина слоя в м	Вид грунта	кН/м3	кН/м3	%	%	%	град	кПа	МПа
Н1=3,2м Н2=2,0м Н3>10	Глинистый Глинистый Песок средней крупности	26,6 27,0 26,6	19,2 18,1 19,8	20 40 24	24 47 -	18 27 -	24 10 34	13 20 -	13 7 27

Грунтовые воды находятся на глубине 4,8 м.

Слой 1.

Уточняем вид глинистого грунта по числу пластичности

По таблице 1.3 : грунт - супесь.

По показателю текучести

По таблице 1.4 : супесь пластичная.

Слой 2.

- глина ;

- мягкопластичная .

Слой 3.

Песок средней крупности. Определяем плотность сложения песка по коэффициенту пористости .

По таблице 1.1 - песок средней плотности.

Степень влажности

где - удельный вес воды.

По таблице 1.2 - песок насыщенный водой.

Установить глубину заложения фундаментов по глубине сезонного промерзания

. Место строительства - г. Магнитогорск. Полы - по грунту. По карте определяем нормативную глубину промерзания для суглинков и глин . Так как промерзающий слой является супесью, нормативная глубина промерзания увеличивается на 20 %.

Расчетная глубина промерзания для здания без подвала

где ( полы на грунте, ).

Глубина расположения подземных вод

Грунт - супесь с . Следовательно, по табл. 2 [2] глубина заложения должна быть не менее расчетной глубины промерзания

Определить условное расчетное сопротивление для заданных грунтов, по пункту 2.41 СНиП [2].

Допустим, что здание имеет жесткую конструктивную схему. Отношение длины здания к его высоте

Данные для вычисления удобно представить в табличной форме

Вид грунта по подошве							кН/м3	кН/м3	м	кПа
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
Супесь Глина Песок средней крупности	1.2 1.1 1.4	1.1 1.0 1.4	24 10 34	0.72 0.18 1.55	3.87 1.73 7.22	6.45 4.17 9.22	19.2 18.1 10,0	19.2 19.2 18,0	1.4 3.2 5.2	13 20 -

Для третьего слоя в формулу для расчетного сопротивления подставляем удельные веса с учетом взвешивающего действия воды

Выводы:

1. Все слои пригодны в качестве основания.

2 . При отсутствии других ограничений целесообразно выполнить фундаменты с минимальной глубиной заложения, равной 1.4м

Рис. 1. Расчетная схема для определения условного расчетного сопротивления грунтов.

10