Введение

Целью курсового проекта является ознакомление и привитие практических навыков будущим инженерам в решении комплекса вопросов, связанных с расчетом и проектированием оснований фундаментов промышленных и гражданских зданий.

В руководстве разъясняются задания, состав, порядок выполнения и требования к оформлению курсового проекта, содержится список рекомендуемой учебной и нормативно-справочной литературы. В приложениях приводятся необходимые справочные данные. Предусматривается выполнение ряда расчетов на ЭВМ серии ЕС или персональных компьютерах.

Руководство составлено в соответствии с требованиями действующих норм на проектирование оснований зданий и сооружений (СНиП 2.02.01-83), свайных фундаментов (СНиП 2.02.03-85), бетонных и железобетонных конструкций (СНиП 2.03.01-84) и доцентом кафедры механики грунтов, оснований и фундаментов Юрием Ивановичем Яровым.

1. Задание на курсовой проект и исходные данные.

Курсовой проект выполняется по индивидуальному заданию руководителя проектирования, в котором указывается:

Номер варианта исходных данных по таблице 1.1. и рис. 1.1.- для промышленных по таблице 1.2. и рис. 1.2.- для жилых и гражданских зданий;

Прилагается паспорт грунтовых условий.

Студенты заочного обучения принимают номер варианта задания по сумме двух последних цифр шифра, при двузначном номере – по последней цифре шифра.

Пример: шифр студента 85-ПГС-1265. Номер варианта задания 11.

Студенты заочники получают паспорта грунтовых условий в соответствии с заданием в лаборатории механики грунтов кафедры (ауд.139)

Темы учебно-исследовательской работы студентов (УИРС) и реальных курсовых проектов согласовываются с руководителем проектирования.

2. Содержание курсового проекта.

В курсовом проекте осуществляется вариантная проработка и технико–экономического сравнение конструкций оснований и фундаментов промышленного и гражданского здания.

Рассматривается не менее трех возможных вариантов подземной части в заданных инженерно-геологических условиях, например: фундаменты на естественном основании, фундаменты на искусственном основании в виде распределительной песчаной (щебенчатой) подушки, свайные фундаменты из забивных железобетонных свай и т.п.

Таблица 1.1.

Варианты исходных данных

Промышленное здание.

Вариант задания	Габаритная схема	Паспорт грунтовых условий	L1, м	L2, м	H1, м	Н2, м	hпр,м	Q1, кН	Q2, кН	А1, м	А2, м	Нормативные усилия на обрезе фундамента																	qЭ, кПа			qП, кПа			tВН, град			Мt			Мо
												Ось «А»				Ось «Б»				Ось «В»			Ось «Г»
												NН, кН	МН, кНм	QН, кН	NН, кН		МН, кНм	QН, кН	NН, кН		МН, кНм	QН, кН		NН, кН	МН, кНм	QН, кН
0	1	0	42	-	21,6	-	4,0	150	-	-	-	3119	743,9	90,6	3119		-743,9	-90,6	-		-	-		-	-	-	20			15			5			93,9			12,0
1	1	1:26	30	-	21,6	-	3,0	100	-	-	-	2230	633	98	2230		-633	-98	-		-	-		-	-	-	10			10			5			70,8			14,2
2	1	2:32	36	-	21,6	-	3,5	150	-	-	-	2570	1450	98	2570		-1450	-98	-		-	-		-	-	-	12,5			20			10			57,3			12,7
3	1	3:31	42	-	21,6	-	4,0	150	-	-	-	3020	663	101	3020		-663	-101	-		-	-		-	-	-	20			12,5			5			93,9			18,8
4	1	4:30	30	-	25,2	-	3,0	150	-	-	-	2540	850	112	2540		-850	-112	-		-	-		-	-	-	15			17,5			10			66,3			13,3
5	1	5:29	36	-	25,2	-	3,5	100	-	-	-	2650	815	110	2650		-815	-110	-		-	-		-	-	-	10			10			15			55,9			11,1
6	1	6:28	42	-	25,2	-	4,0	50	-	-	-	2490	767	105	2490		-767	-105	-		-	-		-	-	-	12,5			20			15			62,0			12,4
7	2	7:27	18	24	10,8	16,2	4,5	100	300	4,2	5,1	1360	120	39	1060		205	20	2210		-620	-66		2320	-480	-62	20			12,5			5			93,9			15,7
8	2	8:32	24	30	10,8	16,2	3,0	200	500	4,2	5,1	1820	127	38	1530		265	33	2870		-700	-67		2920	-526	-75	15			17,5			10			60,9			12,2
9	2	9:25	18	30	10,8	16,2	3,5	200	300	4,2	5,1	1510	130	38	1210		237	28	2870		-760	-67		2980	-526	-63	10			10			15			72,4			14,5
10	2	10:24	24	24	12,6	16,2	4,0	100	500	4,5	5,1	1800	195	45	1000		309	29	2330		-658	-60		2480	-537	-68	12,5			20			5			70,8			14,2
11	2	9:23	18	24	12,6	18,0	4,5	200	500	4,5	5,1	1540	185	45	2120		310	29	2370		-807	-63		2480	-664	-76	20			12,5			10			70,2			14,0
12	2	10:22	24	30	10,8	18,0	3,0	100	500	4,2	5,1	1660	157	41	1360		235	27	2920		-917	70		3050	-656	-74	15			17,5			15			55,9			11,0
13	2	11:21	18	30	12,6	18,0	3,5	200	300	4,5	5,1	1560	187	30	1230		314	45	2670		-727	-47		2780	565	-67	10			10			5			52,4			10,5
14	2	12:20	24	24	14,4	18,0	4,0	100	500	4,5	5,1	1790	234	46	1430		314	24	2440		-582	-44		2530	-383	-65	12,5			20			10			81,0			16,2
15	2	11:19	18	18	12,6	18,0	4,5	300	300	4,5	5,1	1780	197	46	1450		378	38	2170		-517	-37		2280	-545	-68	12,5			20			15			58,5			11,7
16	2	12:18	24	24	14,4	18,0	3,0	100	-	4,5	-	1790	237	46	1430		316	24	2100		-466	-34		2190	-483	-65	20			12,5			5			59,4			11,9
17	2	13:17	18	18	12,6	18,0	3,5	-	500	-	5,1	2600	179	43	2270		198	16	2930		-872	-66		3040	-608	-58	10			10			10			61,8			12,4
18	2	14:7	24	24	14,4	18,0	4,0	-	500	-	5,1	2890	235	50	2530		253	18	2200		-825	-56		3050	-564	-77	15			17,5			15			63,5			12,7

Таблица 1.2.

Варианты исходных данных

Гражданские здания.

Вариант задания	Габаритная схема	Номер паспорта грунтовых условий	Особенности конструкции здания			Номер сечения фундамента		Нормативные усилия на обрезе фундамента					Мt		Мо
			,м	Подвал в осях	NН, кН			МН, кНм	QН, кН	tВН, град
1	2	3	4	5	6		7		8	9	10	11		12
19	1	15;8	6	«В-Г»	1-1 2-2 3-3 4-4 5-5		108 3200 362 2176 1400		-29 52 -146 - -220	- - - - -	18	70,8		14,2
20	1	16;9	12	«А-Г»	1-1 2-2 3-3 4-4 5-5		210 3280 5050 2360 1280		-26 69 - -123 -314	- - - - -	18	57,3		11,5
21	2	17;10	-	«Б-Г»	1-1 2-2 3-3 4-4 5-5		1200 2720 2700 2540 1300		-64 - 145 -340 -260	- - - -20 -14	18	62,0		12,4
22	2	19;11	-	«А-Г»	1-1 2-2 3-3 4-4 5-5		1260 2190 2460 2740 1560		-520 - 1020 -280 -240	- - - -14 -17	18	70,8		14,2
23	4	19;12	12	«2-3»	1-1 2-2 3-3 4-4 5-5 6-6		213 204 610 2280 1280 228		- -62 300 280 - -	- - 7 18 - -	18	93,9		16,6
24	4	20;13	18	«4-6»	1-1 2-2 3-3 4-4 5-5 6-6		260 192 440 1840 900 2240		- - 230 180 - -	- - -12 12 - -	18	59,4		11,2
25	3	21;14	-	«А-Б» 9 этажей	1-1 2-2 3-3 4-4 5-5 6-6		500 650 380 320 360 320		- - - - - -	- - - - - -	22	61,8		12,4
26	3	22;15	-	«А-Б» 12 этажей	1-1 2-2 3-3 4-4 5-5 6-6		570 740 480 370 460 410		- - - - - -	- - - - - -	22	72,4		14,5

Примечания: знаки усилий: положительное направление поперечной силы – слева направо, к табл. 1.1. и 1.2. момента – по часовой стрелке.

При этом положение фундамента по плану на рисунках 1.1 и 1.2.

Курсовой проект представляется для защиты на кафедре в виде расчетно – пояснительной записки и графической части.

Расчетно-пояснительная записка объемом 20-25стр. состоит из следующих разделов:

1. Исходные данные и оценка инженерно-геологических условий площадки строительства.

2. Расчет возможных вариантов конструктивных решений оснований и фундаментов и их технико-экономическая оценка.

3. Проектирование оснований и фундаментов по выбранному варианту.

4. Краткое описание технологии производства работ по устройству подземной части здания.

Все расчеты должны сопровождаться схемами действия сил, эпюр напряжений и давлений, построением инженерно-геологических колонок и т.п. Нумерация рисунков и таблиц – сквозная в пределах всей работы. В тексте необходимы ссылки на них. Расчетные формулы сопровождаются ссылкой на соответствующий пункт СНиП или настоящее руководство. Обозначения в формулах расшифровываются один раз при первом использовании. Ссылки на литературу в квадратных скобках (например:/1/) в порядке упоминания. Список литературы в конце записки.

Графическая часть выполняется на одном листе ватмана формата А1 (24), на котором изображаются и приводятся:

1. Схема здания (план и поперечный разрез в масштабе 1:500), таблица нормативных усилий на обрез фундаментов основных несущих конструкций – стен и колонн.

2. Схема плана фундаментов здания (для свайных фундаментов – план свай и план ростверков), включая фундаменты под технологической оборудование, технологические каналы, приямки и т.п. Масштаб 1:100; 1:200.

Габаритные схемы промышленных зданий

Габаритная схема 1

Рис.1.1.

Габаритные схемы промышленных зданий

Габаритная схема 2

Рис.1.1.

Габаритные схемы гражданских зданий

Рис.1.2.

3. Рабочие чертежи 3-4 фундаментов (для ленточных фундаментов – сечения, для столбчатых – план и сечения) в масштабе 1:20; 1:50.

4. Мероприятия по гидроизоляции подземных частей здания (отражаются на рабочих чертежах и в приложениях).

5. Спецификация конструктивных элементов и основные объемы работ по устройству фундаментов.

6. Указания по производству работ в виде примечаний, включая характеристику механических свойств грунтов основания. Макет графической части работы представлен на рис. 2.1.

Все чертежи, обозначения и надписи должны быть выполнены в соответствии с правилами ГОСТ 21.105-79 СПДС /4/.

3. Организация проектирования

Консультации руководителей проектов по расписанию кафедры в часы, отведенные самостоятельной работе студентов.

Программное обеспечение расчетов на ЭВМ осуществляет кафедра. Инструкции по использованию программ и бланки для заполнения исходных данных необходимо получить в лаборатории механики грунтов (ауд.139). Расчеты на ЭВМ ЕС-1020 в институтском ВЦ выполняются в пакетном режиме для группы в 5-10 человек по расписанию работы ВЦ (ауд.91). При использовании дисплейного класса шифр программ и каталогов сообщит преподаватель.

Защита проекта на кафедре после проверки руководителем по мере готовности, в сроки, предусмотренные графиком учебного процесса.

Рис.2.1.

4. Методические указания по выполнению курсового проекта.

В проекте необходимо:

1. Осуществить планово-высотную привязку здания на местности.

2. Оценить инженерно – геологические и гидрогеологические условия площадки строительства с определением нормативных и расчетных физико-механических характеристик грунтов, агрессивности подземных вод.

3. Рассмотреть возможные решения оснований (естественное или искусственное), глубиной заложения и конструктивной формой фундамента.

4. Для рассматриваемых вариантов фундаментов:

- выбрать и обосновать глубину заложения;

- выполнить расчет основания по предельным состояниям в соответствии с требованиями действующих СНиП;

- провести технико - экономическую оценку каждого варианта и выбрать основной, наиболее экономичный.

5. По принятому основному варианту:

- выполнить полный расчет основания и законструировать фундамент;

- разработать гидроизоляцию подземных частей здания;

- дать рекомендации по производству основных работ нулевого цикла (выбрать основные машины для разработки и уплотнения грунта, погружения свай и т.п.)

Рекомендуемая последовательность выполнения работы приводится ниже.

1. Планово – высотная привязка здания и оценка инженерно-геологических условий

На плане площадки строительства (см.рис.4.1.) в масштабе 1:1000 или 1:500 наносится контур проектируемого здания с указанием продольных и поперечных осей, заданные разведочные скважины и отметки их устьев (предполагается, что скважины пройдены в двух метрах от угла).

Рис.4.4.

Рис.4.5.

Рельеф площадки изображается горизонталями в виде прямых линий, соответствующих условным значениям абсолютных отметок, кратным 0,5 м. Здесь же следует обозначить колонну или участок стены, для которых в дальнейшем будут сравниваться варианты фундаментов (например, колонна по осям А-5).

Строятся инженерно-геологические разрезы по направлению продольных осей здания. Причем, разрезы 1-1 и 2-2 (рис. 4.1.) строятся непосредственно по отметкам устьев скважин (1-2, 3-4 – рис.4.2. и 4.3.) и мощности напластований, указанных в паспорте грунтовых условий, а для разреза 3-3 используется среднее значение мощности слоев грунта между скважинами 1 и 3, 2 и 4.

Рекомендуемый масштаб инженерно-геологических разрезов: по горизонтали 1:500, по вертикали 1:200. На разрезах наносится: шкала абсолютных отметок, положение уровня подземных вод (УПВ), условные обозначения выделенных слоев грунта. Рекомендуемые условные обозначения представлены на рис.4.4. Наименование грунтов должно соответствовать ГОСТ 25100-82 (см./12/) с указанием генезиса/(см. паспорт исходных данных).

На инженерно-геологические разрезы наносятся установленные в ходе дальнейшего проектирования отметки подошвы фундаментов (ростверков) всех разрабатываемых вариантов по соответствующим осям.

Высотная привязка выполняется в предположении, что здание проектируется на вновь осваиваемой территории и не связано с отметками дорог, подземных коммуникаций и т.п., а почвенно-растительный слой, ил и торф снимаются при планировке площадки. При большой мощности торфа, либо илистого грунта они заменяются песчаной отсыпкой.

Отметка планировки принимается равной средней абсолютной отметке кровли первого слоя, взятой по четырем скважинам (1-4), а отметка пола первого этажа здания на 0,15м выше. Отметка пола первого этажа принимается за относительную 0,00м. Абсолютные отметки планировки (красные) и природного рельефа (черные) красные отметки/ черные отметки (см.рис.4.1.)

4.1.1.Нормативные и расчетные характеристики физико-механических свойств грунтов /12/ определяются в соответствии с ГОСТ 20522-75 «Грунты. Метод статической обработки результатов определение характеристик». В паспорте инженерно-геологических условий, прилагаемом к заданию на проектирование, содержатся частные значения результатов определения характеристик на разных глубинах. Статической обработке должны быть подвергнуты характеристики каждого выделенного инженерно-геологического элемента. При этом не рассматриваются характеристики почвенно-растительного слоя, ила и торфа. По скальным грунтам определяется только временное сопротивление одноосному сжатию водонасыщенного грунта Rс, если эти данные приведены в задании.

Обработка характеристик выполняется по программе «статистика» на ЭГМ-1022. Студенты заочного обучения могут использовать клавишные вычислительные машинки и алгоритм расчета, изложенный в методическом пособии кафедры /6/. Для понимания смысла расчета и закрепления материала студенты-очники просчитывают вручную значения одной из характеристик, например, , а затем проверяют правильность на ЭВМ.

В результате расчета по варианту грунтовых условий получают нормативные и расчетные характеристики физико-механических свойств. Здесь индексы I и II обозначают соответственно первую и вторую группу предельных состояний. Затем вычисляются значения производных характеристик свойств и состояния грунтов: числа пластичности и показателя текучести (для глинистых), пористости n, коэффициента пористости е, удельного веса сухого грунта и степени влажности (расчетные формулы см.п.п.2.34-2.39 «Пособия» /12/). Нормативные и расчетные характеристики заносятся в таблицу, форма которой соответствует табл.4.4.

4.1.2. Следует убедиться, не является ли глинистый грунт основания просадочным или набухающим при замачивании водой (см.п.п.2.40-2.41 /12/). При наличии в исследуемой толще просадочных или набухающих грунтов основания и фундаменты следует рассчитывать и проектировать в соответствии с требованиями разделов 3 или 4 СНиП 2.02.01-83 /9/.

Далее по табл.1 -4 рекомендуемого приложения к СНиП /9/ (табл.45-48 «Пособия» /11/) определяют табличные значения расчетного сопротивления R_о грунтов каждого слоя. Удельный вес водопроницаемых грунтов, залегающих ниже уровня подземных вод, должен определяться с учетом взвешивающего действия воды по формулам

(4.1)

или при степени водонасыщения и удельном весе

(4.2)

где и - соответственно удельные веса твердых частиц и водонасыщенного грунта;

- удельный вес воды, равный 10кН/м^{3 *}.

К водопроницаемым грунтам относятся пески, супеси и суглинки при показателях текучести и глины при

При меньших показателях суглинки и глины неводопроницаемы и служат водоупором.

4.1.3. Оценивается степень пучинистости при сезонном промерзании грунтов верхнего слоя в соответствии с п.п.2.136-2.137 «Пособия» /12/.

4.1.4. По результатам оценки инженерно-геологических условий составляется заключение, в котором грунты площадки классифицируются по номенклатурным признакам в соответствии с ГОСТ 25100-82 «Грунты. Классификация.» (см./11/):

песчаные – по гранулометрическому составу, степени влажности и плотности;

пылевато-глинистые – по показателям пластичности и текучести (см.п.п.2.23-2.39/11/).

Необходимо также классифицировать грунты по сжимаемости в зависимости от величины модуля деформации Е. К слабосжимаемым относятся грунты при Е>10МПа, к среднесжимаемым при Е=(10-5) МПа, сильносжимаемым при Е<5 МПа.

Здесь и далее размерности приведены в системе СИ. При необходимости перехода в метрическую систему МКГСС или обратно необходимо учитывать основные соотношения: вес 1 кг массы равен 10Н, вес 1т масса Р=1000кг*10 м/с²=10000Н=10кН, давление 1 кгс/см²=10тс/м²=10⁵

В заключении должен быть вывод о возможности использования грунтов в качестве естественного основания и отражены особенности этого основания (например, значительные колебания мощности пластов и их наклон, наличие слабых прослоев и т.д.), в результате которых возможны неравномерные осадки фундаментов. Приводятся соображения по наиболее целесообразным ( в зависимости от способа производства работ, расхода материалов, трудоемкости, долговечности и др.условий) возможным вариантам оснований и фундаментов.

Оценка агрессивности подземных вод, разработка способов антикоррозийной защиты и гидроизоляции для выбранного варианта фундамента выполняется в соответствии с п.4.7. настоящего руководства.

4.1.5. Пример I. Выполнить планово-высотную привязку промышленного здания по габаритной схеме 1 (см.рис.1.1.) и оценить инженерно-геологические условия площадки строительства по исходным данным, представленным в табл.4.1.,4.2.^*,4.3.

Характеристики сооружения и климатические условия района строительства принять по табл.1.1. (вариант 0).

Планово-высотная привязка здания на площадке строительства приведена на рис.4.1. Инженерно-геологические разрезы, построенные по результатам бурения четырех скважин, показаны на рис.4.2. и 4.3.

Вычисляем необходимые показатели свойств и состояния грунтов по заданным исходным характеристикам (приведены вычисления только для слоя супеси; в курсовом проекте следует выполнять вычисления для всех слоев).

*Значение нормативных и расчетных характеристик получены путем статической обработки непосредственных определений, приведенных в паспорте исходных данных.

Таблица 4.1.

Инженерно- геологические условия площадки строительства.

Вид грунта	Мощность слоя h, м
Почвенно-растительный слой	0,3	0,3	0,3	0,3
Супесь делювиальная	h1=5,75	h1=5,50	h1=5,6	h1=5,5
Суглинок делювиально-аллювиальный	h2=1,80	h2=2,00	h2=1,70	h2=1,90
Песок среднезернистый аллювиальный	= мощность слоя бурением не установлена

Таблица 4.2.

Физико-механические характеристики грунтов.

							Е, МПа	МПа	град	КФ см/с
	кН/м3
Супесь	20,8	26,8		0,181	0,144	0,194	24
Суглинок	17,6	27,1		0,277	0,221	0,361	8
Песок средне - зернистый	19,9	26,7		0,200	-	-	35

Таблица 4.3.