Расчет и конструирование фундаментов для промышленного комплекса. Учебно-методическое пособие

УДК 624.15(075.8) ББК38.58я73 Р 24

Попов Д.В., Астафьева Н.С., Мальцев А.В.

Р 24 Расчет и конструирование фундаментов для промышленного комплекса:

учеб.-методич. пособие / Д.В. Попов, Н.С. Астафьева, А.В. Мальцев. – Самара: АСИ СамГТУ, 2017. – 104 с.

ISBN 978-5-7964-2013-3

Учебно-методическое пособие составлено с целью разъяснения алгоритмов основных видов расчетов типовых фундаментов зданий и сооружений на нескальных естественных основаниях по двум группам предельно-допустимых состояний: несущей способности и деформациям. Предназначены для оказания помощи студентам очной и заочной формы обучения в самостоятельной работе по расчету оснований и фундаментов мелкого и глубокого заложения.

Издание предназначено для подготовки бакалавров и инженеров по специальности «Промышленное и гражданское строительство», направления подготовки «Строительство» 08.03.01.

Рецензенты: д-р техн. наук Б.Г. Иванов, канд. техн. наук В.И. Исаев.

Д.В. Попов, Н.С. Астафьева, А.В. Мальцев, 2017Самарский государственный

технический университет, 2017

2

ПРЕДИСЛОВИЕ

Учебно-методическое пособие разработано для выполнения курсового проекта для подготовки бакалавров и инженеров по дисциплине «Основания и фундаменты», специальности «Промышленное и гражданское строительство», направления «Строительство» 08.03.01.

Дисциплина «Основания и фундаменты» является одной из основных преподаваемых дисциплин в учебном плане по подготовке бакалавров и инженеров по специальности «Промышленное и гражданское строительство»

[19].

В рамках данной дисциплины изучаются различные типы оснований и фундаментов, а также способы их расчетов [23]. Оценивается пригодность грунтов как оснований под здания и сооружения, по их физико-механическим характеристикам [18]. После проведенной оценки пригодности основания выбирается целесообразный тип фундамента для конкретной площадки строительства [29].

Учебно-методическое пособие условно разделено на две части. Первая часть включает в себя теоретические выкладки из действующей нормативной литературы по расчету фундаментов мелкого и глубокого заложения [1-16].

3

ВВЕДЕНИЕ

Современное строительство представляет сложный инвестиционнопроизводственный процесс. Важную роль в этом процессе играет качественное проектирование фундаментов под конкретную строительную площадку

сучетом инженерно-геологических особенностей основания [24-26]. Ошибки проектирования оснований и фундаментов приводят к значительным экономическим издержкам [33]. Наиболее значительны издержки в районах

сособенными грунтами оснований [22]. В районах вечной мерзлоты при нарушении целостности ограждающих конструкций, вследствие неправильного проектного решения фундаментов, ошибки проектирования и строительства могут угрожать здоровью и жизни людей [30].

Первая часть учебно-методического пособия поможет студенту в освоении действующей нормативной документации, относящейся к расчету оснований и фундаментов в рамках дисциплины «Основания и фундаменты» и указанной в библиографическом списке [1-16].

Вторая часть учебно-методического пособия поможет студенту в освоении расчетов оснований и фундаментов по действующей нормативной документации [1-16].

Рекомендуется при произведении расчетов опираться на данное пособие совместно с нормативной литературой.

Полученные знания и навыки являются необходимыми для продолжения дальнейшего эффективного обучения в рамках специальности «Промышленное и гражданское строительство» по направлению «Строительство» [17]. Данное учебно-методическое пособие является базовым инструментом для освоения принципов конструирования и расчетов более сложных подземных конструкций в профессиональной деятельности [32].

4

ЧАСТЬ I

ОЦЕНКА ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ПЛОЩАДКИ СТРОИТЕЛЬСТВА

Перед тем как приступить к расчету оснований под фундаментами здания, необходимо вычислить их физико-механические характеристики и определить их полное наименование [20, 27, 28]. В процессе оценки инженерногеологических условий площадки следует вести сводную ведомость физикомеханических свойств грунтов (табл. 1), в которую по мере вычислений заносятся характеристики грунта [21]. В первую очередь в указанную таблицу заносят уже известные характеристики грунтов.

ВЫЧИСЛЕНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ОСНОВАНИЙ

1. Плотность сухого грунта:

где ρ – плотность грунта при природной влажности;

W– природная влажность грунта.

2.Удельный вес грунта природного сложения:

5

Таблица 1

Сводная ведомость физико-механических свойств грунтов

1Мощность слоя, м

2Влажность W, дол. ед.

3Плотность грунта ρ, г/см3

4Плотность твёрдых частиц ρs, г/см3

5Плотность сухого грунта ρd, г/см3

6Удельный вес частиц γs, кН/м3

7Удельный вес при естественной влажности γ, кН/м3

8Удельный вес сухого грунта γd, кН/м3

9Удельный вес с учётом взвешивающего действия воды γsb, кН/м3

10Пористость n, дол. ед.

11Коэффициент пористости e (безразмерный)

12Степень влажности Sr (безразмерный)

13Граница текучести WL, дол. ед.

14Граница пластичности WP, дол. ед.

15Число пластичности IP, дол. ед.

16Показатель текучести IL, дол. ед.

17Удельное сцепление С, кПа

18Расчетный угол внутреннего трения ϕ, град.

19Модуль деформации Е, кПа

20Степень неоднородности песков Сu

21Полное наименование грунтов

22Расчётное сопротивление грунтов Rо, (кН/м2) кПА

6

Определим наименование грунта по следующим неравенствам:

0,01 < I p ≤ 0,07 – супесь.

0,07 < I p ≤ 0,17 – суглинок.

I p > 0,17 – глина.

9. Показатель текучести:

По числу пластичности глинистые грунты подразделяются на: IL ≤ 0 – твёрдые;

0 < IL ≤ 1,0 – пластичные; IL > 1,0 – текучие.

10. Коэффициент пористости при влажности на границе текучести:

где WL – граница текучести грунта в дол. ед.;

ρs – плотность твёрдых частиц грунта;

ρd – плотность сухого грунта.

11.Удельный вес насыщенного водой грунта:

где γ S – удельный вес твёрдых частиц;

n– пористость;

γw – удельный вес воды, 10кН/м3.

8

12. Удельный вес грунта с учётом взвешивающего действия воды:

где γ S – удельный вес твёрдых частиц;

γ w – удельный вес воды, 10кН/м3;

n– пористость.

13.Коэффициент неоднородности CU.

Для определения коэффициента неоднородности необходимо построить график гранулометрического состава для всех заданных грунтовых слоёв.

В графике требуется определить d60 и d10 – это диаметры частиц грунта, меньше которых по весу в грунте содержится 60 и 10 процентов всех фракций.

График гранулометрического состава строится в полулогарифмической системе координат, где по горизонтали оси откладывают логарифмы диаметров частиц, а по вертикали – их процентное содержание с нарастающим итогом.

Из точек пересечения кривой гранулометрического состава и линий 60 % и 10 % опускаются перпендикуляры на ось диаметров частиц, где и берутся значения искомых величин (по интерполяции).

Рис. 1. График гранулометрического состава

9

Задача построения кривых гранулометрического состава упрощается тем, что координатная сетка является для всех такой же, как на рис. 1, различными будут кривые грансостава, которые строятся на одной сетке для всех грунтов. Построение каждой кривой производится по процентному содержанию частиц в соответствии с заданием, при этом сначала откладываются проценты частиц диаметром менее 0,005 мм, далее к уже отложенным процентам прибавляются проценты следующей фракции и откладываются на вертикали 0,01 мм и так далее до 100 %. За начало графика берется точка на оси диаметров, соответствующая диаметру 0,001 мм. Допускается вычислять значения d60 и d10 методом интерполяции.

10