Курсовая работа

"Промышленное здание в городе Соликамск"

Исходные данные

Требуется рассчитать и запроектировать основания и фундаменты одноэтажного двухпролетного промышленного здания. Габаритные параметры и характеристика условий строительства здания приведены в таблице:

L1, м	L2, м	H1, м	H2, м	Hпр, м	Q1, т	Q2, т	tвн, оС	Район строительства	Мt	Sо, кПа	Wо, кПа
24	24	14,4	18,0	-4,8	5	16	5	Соликамск	59,6	2,0	0,30

Железобетонные колонны основного каркаса имеют шарнирное сопряжение со стальными фермами, шаг колонн каркаса 12 м. Шаг стальных стоек фахверка 6 м.

Инженерно-геологические условия площадки

№ слоя	Тип грунта	Обозн	Толщина слоя, м.
			скв. 1 85,4	скв. 2 86,9	скв. 3 84,8	скв. 4 85,0
1	Почвенно-растительный слой	h0	0,3	0,3	0,3	0,3
2	Суглинок	h1	5,10	5,35	5,40	5,50
3	Суглинок	h2	1,70	1,45	1,50	1,35
4	Пески	h3	Толщина слоя до глубины 20 м не установлена

Исходные показатели физико-механических свойств грунтов

№ слоя	Тип грунта	ρп, т/м3	W, %	ρs, т/м3	, т/м3	Wр, %	WL, %	kf, см/с	Е, МПа	, кПа	, град
1	Суглинок	1,94	27,8	2,71		22,9	33,9		12,0
2	Суглинок	1,87	28,7	2,73		22,7	27,7		10,0
3	Пески	1,97	21,9	2,67		-	-		30,0

Химический анализ воды

Показатель агрессивности	Значение показателя
Бикарбонатная щелочность ионов HCO3, мг экв/л	-
Водородный показатель pH, мг экв/л	3,3
Содержание, мг/л
агрессивной углекислоты СО2	25
аммонийных солей, ионов NH4+	24
магнезиальных солей, ионов Mg2+	1100
едких щелочей, ионов Na+ и K+	-
сульфатов, ионов SO42-	290
хлоридов, ионов Cl-	3000

Определение нагрузок, действующих на фундаменты

Наиболее нагруженными являются фундаменты по оси М.

Нормативные значения усилий на уровне обреза фундаментов по оси М

Усилие	Нагрузки
	Постоянная	Снеговая	Ветровая	Крановая
Nn, кН	1087,7	288	0	263,1
Мn, кН м	-177,8	-99,8	±324,9	±27,9
Qn, кН	-10,6	-1,9	±50,4	±0,7

Для расчетов по деформациям:

Ncol II=Nn*γf=(1087,7+0,9*(288+263,1))*1=1583,7*1=1583,7 кН,

Mcol II=Mn*γf=(177,8+0,9*(99,8+324,9+27,9))*1=585,1*1=585,1 кНм,

Qcol II=Qn*γf=(10,6+0,9*(1,9+50,4+0,7))*1=58,3*1=58,3 кН.

Для расчетов по несущей способности:

Ncol I=Nn*γf=1583,7 *1,2=1900,4 кН,

Mcol I=Mn*γf=585,1 *1,2=702,1 кНм,

Qcol I=Qn*γf=58,3 *1,2=70,0 кН.

Оценка инженерно-геологических и гидрогеологических условий площадки строительства

Схема планово-высотной привязки здания

Инженерно-геологический разрез I-I с посадкой здания и фундаментов на естественном основании

Показатели свойств и состояния грунта

№ слоя	ρd, т/м3	n, %	e	Sr	Ip, %	IL	, кН/м3	γs, кН/м3	γsb, кН/м3	Rусл, кПа
2	1,52	44	0,786	0.74	11	0,45		26,6	9,3	220,72
3	1,45	47	0,89	0.97	5	1,2		26,8	8,89	315,56
4	1,62	39	0,64	0.83	-	-		26,2	9,88	726,8

Слой 2 – Суглинок

Число пластичности: IP = WL – WP = 33,9–22,9 = 11%.

Плотность сухого грунта: ρd = = = 1,52 т/м3.

Пористость и коэффициент пористости:

n = (1 – ρd/ ρs)*100 = (1–1.52/2,71)*100 = 44%,

e = n/(100-n) = 44/(100–44) = 0.786.

Показатель текучести: IL = = = 0,45

Расчетные значения удельного веса и удельного веса частиц:

γI = ρI*g = 1.89*9.81 = 18,5 кН/м3,

γII = ρII*g = 1.91*9.81 = 18,7 кН/м3,

γS = ρS*g = 2.71*9.81 = 26.6 кН/м3.

Удельный вес суглинка, расположенного ниже УПВ:

γsb = = = 9.3 кН/м3,

Для определения условного расчетного сопротивления грунта по формуле СНиП 2.02.01–83* принимаем условные размеры фундамента d1= =dусл=2 м. и bусл =1 м. Установим в зависимости от заданных геологических условий и конструктивных особенностей здания коэффициенты. По таблице 3 СНиП 2.02.01–83* принимаем: gc1 = 1,1 для суглинков (0,25<JL<0,5), gc 2 =1 для зданий с гибкой конструктивной схемой.

Коэффициент k=1 принимаем по указаниям п.2.41 СНиП 2.02.01–83*.

При jII = 20° по табл. 4 СНиП 2.02.01–83* имеем Mg = 0,51; Mq = 3,06; Mc = 5,66.

Удельный вес грунта выше подошвы условного фундамента до глубины dw=0,7 м. принимаем без учета взвешивающего действия воды gII =18,70 кН./м3., а ниже УПВ, т.е. в пределах глубины d = dусл – dw =2–0,7=1,3 м. и ниже подошвы фундамента, принимаем gsb = 9.30 кН./м3.; удельное сцепление cII = 21 кПа.

Вычисляем условно расчетное сопротивление:

=

=(1,1*1/1)*(0,51*1*1*9,3+3,06*(0,7*18,70+(2–0,7)*9,3)+5,66*21)=220,72 кПа.

Полное наименование грунта №2 – это суглинок мягкопластичный

(Rусл = 220,72 кПа., Ncol II max = 1583,7 кН., Е=12,0 МПа.>10 МПа.)

Слой 3 – Суглинок

Число пластичности: IP = WL – WP = 27,7–22,7 = 5%.

Плотность сухого грунта: ρd = = = 1,45 т/м3.

Пористость и коэффициент пористости:

n = (1 – ρd/ ρs)*100 = (1–1.45/2,73)*100 = 47%,

e = n/(100-n) = 47/(100–47) = 0,89.

Показатель текучести: IL = = = 1,2

Расчетные значения удельного веса и удельного веса частиц:

γI = ρI*g = 1.82*9.81 = 17.8 кН/м3,

γII = ρII*g = 1.84*9.81 = 18,0 кН/м3,

γS = ρS*g = 2,73*9.81 = 26.8 кН/м3.

Удельный вес суглинка, расположенного ниже УПВ:

γsb = = = 8,89 кН/м3,

По таблице 3 СНиП 2.02.01–83* принимаем: gc1 = 1,1 для суглинка (JL > 0,5), gc 2 =1.

При jII = 19° по табл. 4 СНиП 2.02.01–83* имеем: Mg=0,47; Mq=2,89; Mc=5,48.

Удельный вес грунта gsb = 8,89 кН./м3.; удельное сцепление cII = 17 кПа.

Вычисляем условно расчетное сопротивление:

=

=(1,1*1/1)*(0,47*1*1*8,89+2,89*(0,7*18,7+(5,6–0,7)*9,3)+5,48*17)=315,56 кПа.

Полное наименование грунта №3 – суглинок

(Rусл = 315,56 кПа., Ncol II max = 1583,7 кН., Е=10,0 МПа.>5 МПа.)

Слой 4 – Пески

Число пластичности: IP = WL – WP = –

Плотность сухого грунта: ρd = = = 1,62 т/м3.

Пористость и коэффициент пористости:

n = (1 – ρd/ ρs)*100 = (1–1.62/2,67)*100 = 39%,

e = n/(100-n) = 39/(100–39) = 0,64.

Показатель текучести: IL = –

Расчетные значения удельного веса и удельного веса частиц:

γI = ρI*g = 1.92*9.81 = 18,84 кН/м3,

γII = ρII*g = 1.94*9.81 = 19,03 кН/м3,

γS = ρS*g = 2.67*9.81 = 26.2 кН/м3.

Удельный вес суглинка, расположенного ниже УПВ:

γsb = = = 9,88 кН/м3,

По таблице 3 СНиП 2.02.01–83* принимаем: gc1 = 1,25 для песков мелких,

gc 2 =1,0.

При jII = 35° по табл. 4 СНиП 2.02.01–83* имеем: Mg=1,68; Mq=7,71; Mc=9,58.

Удельный вес грунта gsb = 9,88 кН./м3.; удельное сцепление cII = 1,0.

Вычисляем условно расчетное сопротивление:

=

=(1,25*1/1)*(1,68*1*1*9,88+7,71*(0,7*18,7+(5,6−0,7)*9,3+1,5*8,89)+

+9,58*1)=726,8 кПа.

Полное наименование грунта №4 – пески

(Rусл = 726,8 кПа., Ncol II max = 1583,7 кН., Е=30 МПа.>10 МПа.)

Заключение

В целом площадка пригодна для возведения здания. Рельеф площадки спокойный с небольшим уклоном в сторону скважины 3. Грунты имеют слоистое напластование, с выдержанным залеганием пластов (уклон кровли не превышает 2%). Все грунты имеют достаточную прочность, невысокую сжимаемость и могут быть использованы в качестве оснований в природном состоянии. Грунтовые воды расположены на небольшой глубине, что значительно ухудшает условия устройства фундаментов: при заглублении фундаментов более 0,70 м. необходимо водопонижение; возможность открытого водоотлива из котлованов, разработанных в суглинке, должна быть обоснована проверкой устойчивости дна котлована (прорыв грунтовых вод со стороны слоя суглинок); суглинок, залегающий в зоне промерзания является пучинистым грунтом, поэтому глубина заложения фундаментов наружных колонн здания должна быть принята не менее расчетной глубины промерзания суглинка. При производстве работ в зимнее время необходимо предохранение основания от промерзания.

Целесообразно рассмотреть следующие возможные варианты фундаментов и оснований:

1) фундамент мелкого заложения на естественном основании – суглинке;

2) фундамент на распределительной песчаной подушке (может быть достигнуто уменьшение размеров подошвы фундаментов и расчетных осадок основания);

3) свайный фундамент из забивных висячих свай; несущим слоем может служить слой №4, пески.

Следует предусмотреть срезку и использование почвенно-растительного слоя при благоустройстве и озеленении застраиваемого участка (п. 1.5 СНиП 2.02.01–83*).

Расчет и проектирование варианта фундамента на естественном основании

Проектируется монолитный фундамент мелкого заложения на естественном основании по серии 1.412–2/77 под колонну, расположенную по осям Л-5, для исходных данных, приведенных выше.

Определение глубины заложения фундамента

Первый фактор – учет глубины сезонного промерзания грунта. Грунты основания пучинистые, поэтому глубина заложения фундамента d от отметки планировки DL должна быть не менее расчетной глубины промерзания. Для tвн = 10° и грунта основания, представленного суглинком, по СНиП 2.02.01–83*:

d і df = KhЧdfn = KhЧd0 = 0,8Ч0,23Ч= 1,45 м.

Коэффициент Kh = 0,8 принят как уточненный при последующем расчете в соответствии с указаниями, примечания к табл. 1 СНиП 2.02.01–83* (расстояние от внешней грани стены до края фундамента af = 1,1 м > 0,5 м).

Второй фактор – учет конструктивных особенностей здания. Для заданных размеров сечения двухветвевой колонны 1400х600 мм. и необходимой глубины ее заделки в стакан (1200 мм.) по серии 1.412–2/77 требуется подколонник типа Д площадью сечения 2100х1200 мм. Минимальный типоразмер высоты фундамента для указанного типа подколонника Hф = 1,8 м. Таким образом, по второму фактору требуется d = Hф + 0,15 = 1,8 + 0,15=1,95 м.

Третий фактор – инженерно-геологические и гидрогеологические условия площадки. С поверхности на большую глубину залегает слой 2, представленный достаточно прочным малосжимаемым суглинком (Rусл = 220,72 кПа). Подстилающие слои 3 и 4 по сжимаемости и прочности не хуже среднего слоя. В этих условиях, учитывая высокий УПВ, глубину заложения подошвы фундамента целесообразно принять минимальную, однако достаточную из условий промерзания и конструктивных требований.

С учетом всех трех факторов, принимаем глубину заложения от поверхности планировки (DL) с отметкой d =1,95 м., Нф = 1,8 м. Абсолютная отметка подошвы фундамента (FL) составляет – 83,45 м., что обеспечивает выполнение требования о минимальном заглублении в несущий слой. В самой низкой точке рельефа заглубление в несущий слой 2 от отметки природного рельефа (NL) равной 84,80 м. составляет: 84,80 – 83,45 = 1,35 м.

Определение площади подошвы фундамента

Площадь Атр подошвы фундамента определяем по формуле:

Атр = Ncol II / (Rусл – gmtЧd) = 1583,7 / (220,72 – 20Ч1,80) = 8,58 м2.,

где gmt = 20 кН. / м3. – (без учета подвала) средний удельный вес материала фундамента и грунта на его уступах.

Выбор фундамента и определение нагрузки на грунт

Принимаем фундамент ФД 13–2 с размерами подошвы l = 4,2 м., b = 3,6 м., тогда А = l Ч b = 15,12 м2., Нф = 1,8 м., объём бетона Vfun = 10,9 м3.

Вычисляем расчетные значения веса фундамента и грунта на его уступах:

Gfun II = Vfun Чgb Ч gf = 10,9 Ч 25Ч1 = 275,5 кН.;

Vg = lЧbЧd – Vfun = 15,12Ч 1,80 – 10,9 = 16,32 м3.;

Gg II = (lЧbЧd – Vfun) Ч gII Ч gf =16,32*0,95*18,7*1= 305,11 кН.

Все нагрузки, действующие на фундамент, приводим к центру тяжести подошвы:

Ntot II = 1583,7 + 275,5+ 305,11 = 2164,3 кН.;

Mtot II = 585,1 + 58,3 Ч 1,8 = 690,00 кНЧм.;

Qtot II = Qcol II = 58,3 кН.

Расчетное сопротивление грунта

Уточняем расчетное сопротивление R для принятых размеров фундамента (b = 3,6 м., l = 4,2 м., d = 1,8 м.):

R=(1,1*1/1)*(0,51*3,6*1*9,3+3,06*(0,7*18,70+(1,8−0,7)*9,3)+5,66*21)=

=228 кПа.

Давление на грунт под подошвой фундамента

Определяем среднее PII mt, максимальное PII max и минимальное PII min давления на грунт под подошвой фундамента:

= Ntot II/А ± Mtot II/W = 2164,3 /15,12 ± 690 Ч6/3,6Ч4,22 =

=(143,2 ± 65,2) кПа.

PII max = 208,4 кПа. < 1,2ЧR = 1,2 Ч 228 = 273,6 кПа.;

PII min = 78,00 кПа. > 0.

Т.к. грузоподъемность мостового крана Q = 16 т. < 75 т., то отношение проверять не требуется.

PII mt = 2164,3 /15,12 =143,2 кПа. < R = 228 кПа.

Все условия ограничения давлений выполнены.

Чертеж фундамента и эпюра контактных давлений по его подошве

Расчет осадки методом послойного суммирования

Для расчета осадки фундамента методом послойного суммирования составляем расчетную схему, совмещенную с геологической колонкой по оси фундамента Л-5.

Напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента при планировке срезкой в соответствии с п.1 прил. 2 СНиП 2.02.01–83*:

szg,0 = [gIIЧdw + gsb II Ч(d – dw)] = [18,7Ч0,7 + 9,3 Ч (1,8 – 0,7)] = 23,32 кПа.

Дополнительное вертикальное давление на основание от внешней нагрузки на уровне подошвы фундамента:

szp 0 = P0 = PII mt – szg,0 = 143,2 – 23,32 = 119,88 кПа.

Соотношение сторон подошвы фундамента: η=l/b=4,2/3,6=1,17.

Значения коэффициента a устанавливаем по табл. 1 прил. 2 СНиП 2.02.01–83*.

Для удобства пользования указанной таблицей из условия: принимаем толщину элемента слоя грунта hi = 0,2 Ч b = 0,2 Ч 3,6 = 0,72 м.

Дальнейшие вычисления сводим в таблицу.

Определение осадки

zi, м.		zi + d, м.	a	szp = aЧP0, кПа.	szg = szg,0 + + gsb,i Ч ziт, кПа.	0,2Чszg, кПа.	Е, кПа.
0	0	1,80	1,000	119,88	23,32	4,66	12000
0,72	0,4	2,52	0,966	115,80	30,02	6,00	12000
1,44	0,8	3,24	0,824	98,78	36,71	7,34	12000
2,16	1,2	3,96	0,644	77,20	43,41	8,68	12000
2,88	1,6	4,68	0,490	58,74	50,10	10,02	12000
3,60	2,0	5,40	0,375	44,96	56,80	11,36	12000
4,32	2,4	6,12	0,291	34,89	63,50	12,70	10000
5,04	2,8	6,84	0,230	27,57	70,19	14,04	10000
5,76	3,2	7,56	0,185	22,18	76,89	15,38	30000
6,48	3,6	8,28	0,152	18,22	83,58	16,72	30000
7,20	4,0	9,00	0,126	15,10	90,28	18,06	30000
7,92	4,4	9,72	0,107	12,83	96,98	19,40	30000
8,64	4,8	10,44	0,091	10,91	103,67	20,73	30000

Граница верхнего и среднего слоя условно смещена до глубины zi = 3,6 м. от подошвы (фактическое положение на глубине z = 3,8 м.), а граница слоя №3 и слоя №4 смещена до глубины zi = 5,04 м. от подошвы (фактическое положение на глубине z = 5,3 м.). На глубине Hc = 7,20 м. от подошвы фундамента выполняется условие СНиП 2.02.01–83 (прил. 2, п.6) ограничения глубины сжимаемой толщи основания (ГСТ):

szp= 15,10 кПа. » 0,2Чszg = 18,06 кПа.,

поэтому послойное суммирование деформаций основания производим в пределах от подошвы фундамента до ГСТ.

Осадку основания определяем по формуле:

S=βЧhЧ∑σzp,i/Ei=0,8Ч0,6Ч[1/12000Ч(119,88Ч0,5+115,8+98,78+77,20+

+58,74+44,96Ч0,5)++1/10000Ч(44,96Ч0,5+34,89+27,57Ч0,5)+ +1/30000Ч(27,57Ч0,5+22,18+18,22+15,10Ч0,5)] =0,022 м. = 2,2 см.

Условие S = 2,2 см. < Su = 8,0 см. выполняется (значение Su = 8,0 см. принято по таблице прил. 4 СНиП 2.02.01–83*).

Расчетная схема распределения напряжений в основании фундамента по оси Л-5

Расчет и проектирование варианта фундамента на искусственном основании, в виде песчаной распределительной подушки

Глубина заложения фундамента

Аналогично фундаменту на естественном основании назначаем глубину заложения фундамента d = 1,80 м. Принимаем для устройства подушки песок среднезернистый, плотный, имеющий проектные характеристики:

E = 45 МПа.; е= 0,50; g II = 20,2 кН. / м3.; gn,sb = 10,7 кН./м3.

Определение требуемой площади подошвы фундамента

Для определения площади Атр подошвы фундамента принимаем расчетное сопротивление R0 = 500 кПа, материала песчаной подушки, среднезернистого песка.

Тогда Атр = 1583,7/(500–20,0Ч1,8) = 3,41 м2.

Выбор фундамента и определение нагрузки на грунт

В соответствии с требуемой величиной площади подошвы Атр = 3,41м2. и высотой фундамента Нф = 1,8 м., подбираем типовой фундамент серии 1.412–2/77.

Принимаем фундамент ФД 8–2, размеры которого l = 2,7 м., b = 2,4 м., А = 6,48м2., Нф = 1,8 м.; объем бетона Vfun = 5,7 м3.

Вычисляем расчетное значение веса фундамента и грунта на его уступах:

Gfun = VfunЧgbЧgf = 5,7Ч25Ч1 = 142,5 кН.;

Vg = lЧbЧd – Vfun = 2,7Ч2,4Ч1,80 – 5,7 = 5,96 м3.;

Gg II = VgЧ Kрз ЧgII Чgf = 5,96Ч0,95Ч18,7Ч1 = 105,88 кН.

Все нагрузки, действующие на фундамент, приводим к центру тяжести подошвы:

Ntot II = 1583,7+142,5+105,88 = 1832,08 кН.;

Mtot II = 585,1 + 58,3 Ч 1,8 = 690,0 кНЧм.;

Qtot II = Qcol II = 58,3кН.

Расчетное сопротивление грунта

Уточняем расчетное сопротивление R песка подушки для принятых размеров фундамента (b = 2,4 м.; l = 2,7 м.; d = 1,80 м.):

R = 500Ч(1 + 0,125 Ч (2,4 – 1)/1)Ч(1,8 + 2)/(2Ч2) = 558,13 кПа.

Давление на подушку под подошвой фундамента.

Определяем среднее PII mt, максимальное PII max и минимальное PII min давления на распределительную песчаную подушку фундамента:

PII max=Ntot II /(lЧb)+Mtot II /(l2 Чb)= 1832,08 /(2,7Ч2,4)+ 690 Ч6/(2,72Ч2,4)=

=519,4 кПа.,

PII min=Ntot II /(lЧb) – Mtot II /(l2 Чb)= 1832,08 /(2,7Ч2,4) – 690 Ч6/(2,72Ч2,4)=

=46,1 кПа.,

PII max = 519,4 кПа. < 1,2ЧR = 1,2Ч558,13 = 669,76 кПа.,

PII min = 46,1 кПа. > 0,

PII mt = 1832,08 /(2,7Ч2,4) = 282,73 кПа. < R = 558,13 кПа.

Все требования по ограничению давлений выполнены.

Определение толщины распределительной подушки

Назначаем в первом приближении толщину песчаной подушки hп = 0,9 м. Проверяем выполнение условия szp + szg Ј Rz, для этого определяем при z = hп = 0,9 м.:

а) szg = gIIЧdw + gsb IIЧ(d – dw) + gsb н Ч z = 18,7 Ч 0,7 + 9,3 Ч (1,8 – 0,7) +

+ 10,7 Ч 0,9 = 32,95 кПа.;

б) szp = aЧ(PII mt – szg, 0) = 0,836 Ч(282,73 – 23,32) = 216,87 кПа.,

где szg, 0 = gII Ч dw + gsb II Ч (d – dw)=18,7 Ч 0,7 + 9,3 Ч (1,8 – 0,7) = 23,32 кПа.;

a = 0,836 для и .

Коэффициент a определен интерполяцией из табл. 1 прил. 2 к СНиП 2.02.0–83*.

в) Az = Ntot II /szp = 1832,08 /216,87 = 8,45 м2.;

м.; bz = (8,45+0,152)0,5 – 0,15=2,73 м.

Rz=(1,1Ч1/1)Ч(0,51Ч1Ч2,73Ч9,3+3,06 (0,7Ч18,7+1,1Ч9,3+0,9Ч10,7)+

+5,66Ч21)=255,83 кПа.

szg + szp = 32,95 + 216,87 = 249,82 кПа. < Rz = 255,83 кПа.

Условие проверки выполняется.

Расчет осадки методом послойного суммирования

Для расчета осадки фундамента методом послойного суммирования составляем расчетную схему, совмещенную с геологической колонкой по оси фундамента М-5.

Напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента при планировке срезкой в соответствии с п.1 прил. 2 СНиП 2.02.01–83*:

szg, 0 = gII Ч dw + gsb II Ч (d – dw)=18,7 Ч 0,7 + 9,3 Ч (1,8 – 0,7) = 23,32 кПа.

Дополнительное вертикальное давление на основание от внешней нагрузки на уровне подошвы фундамента:

szp 0 = P0 = PII mt – szg,0 = 282,73 – 23,32 = 259,41 кПа.

Соотношение сторон подошвы фундамента: .

Значения коэффициента a устанавливаем по табл. 1 прил. 2 СНиП 2.02.01–83*.

Для удобства пользования указанной таблицей из условия: принимаем толщину элемента слоя грунта hi = 0,2 Ч b = 0,2 Ч 2,4 = 0,48 м.

Дальнейшие вычисления сводим в таблицу.

zi, м.		zi + d, м.	a	szp = aЧP0, кПа.	szg = szg,0 + + gsb,i Ч ziт, кПа.	0,2Чszg, кПа.	Е, КПа.
0,00	0	1,80	1	259,41	23,32	4,66	45000
0,48	0,4	2,28	0,965	250,33	27,78	5,56	45000
0,96	0,8	2,76	0,815	211,42	32,25	6,45	45000
1,44	1,2	3,24	0,629	163,17	36,71	7,34	12000
1,92	1,6	3,72	0,475	123,22	41,18	8,24	12000
2,40	2,0	4,20	0,360	93,39	45,64	9,13	12000
2,88	2,4	4,68	0,278	72,12	50,10	10,02	12000
3,36	2,8	5,16	0,219	56,81	54,57	10,91	12000
3,84	3,2	5,64	0,176	45,66	59,03	11,81	12000
4,32	3,6	6,12	0,144	37,36	63,50	12,70	10000
4,80	4,0	6,60	0,120	31,13	67,96	13,60	10000
5,28	4,4	7,08	0,101	26,20	72,42	14,49	10000
5,76	4,8	7,56	0,085	22,05	76,89	15,38	30000
6,24	5,2	8,04	0,075	19,46	81,35	16,27	30000
6,72	5,6	8,52	0,065	16,86	85,82	17,16	30000
7,20	6,0	9,00	0,057	14,79	90,28	18,06	30000
7,68	6,4	9,48	0,050	12,97	94,74	18,95	30000

Граница распределительной подушки и верхнего слоя суглинка условна смещена до глубины zi = 0,96 м. от подошвы фундамента (фактическое положение на глубине z = 0,90 м.), граница верхнего и среднего слоев – до глубины zi = 3,84 м. (фактическое положение на глубине z = 3,8 м.), а граница суглинка и глины смещена до глубины zi = 5,23 м. от подошвы (фактическое положение на глубине z = 5,3). На глубине Hc = 6,72 м. от подошвы фундамента выполняется условие СНиП 2.02.01–83* (прил. 2, п.6) ограничения глубины сжимаемой толщи основания (ГСТ):

szp= 16,86 кПа. » 0,2Чszg = 17,16 кПа.,

поэтому послойное суммирование деформаций основания производим в пределах от подошвы фундамента до ГСТ.

Осадку основания определяем по формуле:

S=βЧhЧ∑σzp,i/Ei=0,8Ч0,48Ч[1/45000Ч(259,41Ч0,5+250,33+211,42Ч0,5)+

+1/12000ЧЧ(211,42Ч0,5+163,17+123,22+93,39+72,12+56,81+45,66Ч0,5)+

+1/10000Ч(45,66Ч0,5+37,36+31,13+26,20Ч0,5)+

+1/30000Ч(26,20Ч0,5+22,05+19,46+16,86Ч0,5)]=0,028м.=2,8см.

Условие S =2,8 см. < Su = 8,0 см. выполняется (значение Su = 8,0 см. принято по таблице прил. 4 СНиП 2.02.01–83*).

Расчет и проектирование свайного фундамента

Рассмотрим вариант свайного фундамента из забивных свай сечением 300x300 мм., погружаемых дизельным молотом.

Глубина заложения подошвы ростверка

Назначаем глубину заложения подошвы ростверка:

Расчетная глубина промерзания грунта от поверхности планировки DL равна df = 1,45 м.

По конструктивным требованиям, также как и для фундамента на естественном основании верх ростверка должен быть на отметке – 0,150, размеры подколонника (стакана) в плане lcf x bcf = 2100 x 1200 мм., глубина стакана dp = 1250 мм. Если принять в первом приближении толщину дна стакана (в последующем она должна быть уточнена проверкой на продавливание колонной) равной hp =500 мм., то минимальная высота ростверка должна быть:

hr і dp + hp = 1750 мм. = 1,75 м.

Для дальнейших расчетов принимаем большее из двух значений (1,58 м. и 1,75 м.), т.е. hr = 1,8 м. (кратно 150 мм.), что соответствует глубине заложения – 1,95 м. (абс. отм. +83,45).

Необходимая длина свай

В качестве несущего слоя висячей сваи принимаем песок мелкий (слой №4), тогда необходимая длина сваи должна быть не менее:

lсв=h1+h2+h3=0,05+5,15+1 = 6,20 м.

Принимаем типовую железобетонную сваю С-7–30 (ГОСТ 19804.1–79*) квадратного сечения 300 х 300 мм., длиной L = 7 м. Класс бетона сваи В20. Арматура из стали класса 4 Ж10АIII, объем бетона 0,64 м3., масса сваи 1,60 т., толщина защитного слоя ав = 20 мм.

Несущая способность одиночной сваи

Определяем несущую способность одиночной сваи из условия сопротивления грунта основания по формуле (8) СНиП 2.02.03–85*:

Fd = gC Ч (gCR Ч R Ч A + uеgcf Ч fi Ч hi).

В соответствии с расчетной схемой сваи устанавливаем из табл. 1 СНиП 2.02.03–85* для песков при z = 10,15 м. расчетное сопротивление R=4075 кПа. Для определения fi расчленяем каждый однородный пласт грунта (инженерно-геологический элемент) на слои Li Ј 2 м. и устанавливаем среднюю глубину расположения zi каждого слоя, считая от уровня природного рельефа (отн. отм. +1,250). Затем по табл. 2 СНиП 2.02.03. – 85*, используя в необходимых случаях интерполяцию, устанавливаем:

для суглинка при JL = 0,45 и z1 = 4,20 м. Ю f1 = 23,5 кПа.;

для суглинка при JL = 0,45 и z2 = 6,025 м. Ю f2 = 26,50 кПа.;

для суглинка при JL = 1,2 и z3 = 7,60 м. Ю f3 = 6,00 кПа.;

для песков и z4 = 9,25 м. Ю f4 = 62,75 кПа.

Площадь опирания сваи на грунт А=0,3х0,3=0,09м2., периметр U=0,3Ч4=1,2 м. Для сваи сплошного сечения, погружаемой забивкой дизельным молотом, по табл. 3 СНиП 2.02.03–85* gCR = gCf =1, gС = 1.

Тогда:

Fd=1Ч[1Ч4075Ч0,09 + 1,2Ч1Ч(23,5Ч2,0 + 26,50Ч1,65 + 6,000Ч1,50 +62,75Ч1,80)]= =609,50 кН.

Требуемое число свай

Определяем требуемое число свай в фундаменте в первом приближении при Ncol I = 1900,4 кН.:

n=1900,4 Ч1,4Ч1,3Ч0,95/[609,50 – 20Ч1,8Ч(3Ч0,3)2Ч1,4]=5,79.

Принимаем n = 6.

Размещение свай в кусте

Размещаем сваи в кусте по типовой схеме. Окончательно размеры подошвы ростверка назначаем, придерживаясь унифицированных размеров в плане, кратных 0,3 м., и по высоте, кратных 0,15 м.

Вес ростверка и грунта на его уступах

Определим вес ростверка и грунта на его уступах.

Объем ростверка: Vr = 3Ч1,8Ч0,9 + 2,1Ч1,2 Ч 0,9 = 7,13 м3.;

Объем грунта: Vgr = 3Ч2,1Ч1,8 – Vr = 4,21 м3.

Вес ростверка и грунта:

Gr+Ggr=(VrЧgb + VgrЧKрзЧgII)Чgf =(7,13Ч25 + 4,21Ч0,95Ч18,7)Ч 1,2 = 303,65 кН.

Определение окончательных нагрузок

Все действующие нагрузки приводим к центру тяжести подошвы ростверка:

Ntot I = Ncol I + Gr I + Ggr I = 1900,4 + 303,65 = 2204,1 кН.;

Qtot I = Qcol I = 70,0 кН.;

Mtot I = Mcol I + Qtot IЧHr = 702,1 + 70 Ч 1,8 = 828,1 кН.Чм.

Проверка нагрузок на крайние сваи

Определяем расчетные нагрузки, передаваемые на крайние сваи в плоскости подошвы ростверка по формуле (3) СНиП 2.02.03–85*:

NI max = 2204,1 /6+828,1 Ч1,25/4Ч1,252 = 532,97 кН.;

NI min = 2204,1 /6–828,1 Ч1,25/4Ч1,252 =201,73 кН.

Проверяем выполнение условий:

NI max = 532,974 кН.<1,2Ч Fd /gkЧgn = 1,2Ч609,50 /1,4Ч0,95=549,9 кН.;

NI mt = 367,35 кН.< Fd /gkЧgn = 609,50 /1,4Ч0,95 = 458,27 кН.;

NI min = 201,73 кН. > 0

Коэффициент надежности по назначению здания gn = 0,95 принят в соответствии со СНиП 2.01.07–85* «Нагрузки и воздейсвия».

Предварительная проверка все сваи по прочности материала

Выполним предварительную проверку сваи по прочности материала по графикам и указаниям учебного пособия.

Определяем коэффициент деформации ae:

.

Начальный модуль упругости бетона класса В20, подвергнутого тепловой обработке при атмосферном давлении, по табл. 18 СНиП 2.03.01–84*, Еb=24Ч103МПа. Момент инерции поперечного сечения сваи:

.

Условная ширина сечения сваи bp = 1,5Чdсв + 0,5 = 1,5Ч0,3 + 0,5 = 0,95м. Коэффициент пропорциональности k по табл. 1 прил. 1 к СНиП 2.02.03–85* для песков (е = 0,65), принимаем k = 17МН./м4. Коэффициент условий работы gс = 1.

αε = (17Ч0,95/1Ч24Ч103Ч0,675Ч10-3)0,2 = 0,999 м-1.;

Глубина расположения условной заделки сваи от подошвы ростверка:

l1 = 2/αε = 2/0,999 = 2,00 м.

В заделке действуют усилия: продольная сила NI max = 532,97 кН.; изгибающий момент МI = Qtot IЧl1/n = 70 Ч2,00/6 = 23,33 кН.Чм.

Точка, соответствующая значениям указанных усилий, лежит на графике ниже кривой для принятой сваи (сечение 300х300, бетон класса В20, продольное армирование 4Ж10АIII), следовательно, предварительная проверка показывает, что прочность сваи по материалу обеспечена.

Расчет ростверка на продавливание колонной

Класс бетона ростверка принимаем В20, тогда Rbt = 0,90 МПа. (табл. 13 СНиП 2.03.01–84*). Рабочую высоту сечения принимаем h0 = 50 см.

Расчетное условие имеет следующий вид:

;

Размеры bcol = 600 мм., hcol = 1400 мм., c1 = 400 мм. и c2 = 200 мм. показаны на рис., коэффициент надежности по назначению gn = 0,95.

Определяем коэффициент a, учитывающий частичную передачу продольной силы на плитную часть ростверка через стенки стакана, для чего предварительно определяем площадь боковой поверхности заделанной в стакан части колонны Аf (по наружному обводу обоих ветвей).

Af = 2 Ч (bcol + hcol) Ч hg = 2 Ч(0,6 + 1,4)Ч1,25 = 5,00 м2.;

α=1–0,4ЧRbtЧАf/Ncol I=1–0,4Ч0,9Ч103Ч5,00 /2649,6 =0,32<0,85.

Принимаем a = 0,85.

Значения реакций по верхней горизонтальной грани:

а) в первом ряду от края ростверка со стороны наиболее нагруженной его части:

F1=NcolI/n+McolIЧy1/Σyi2=1900,4 /6+702,1 Ч1,25/4Ч1,252=457,15 кН.

Величина продавливающей силы определяется по формуле:

Fper =2ЧΣFi =2Ч(F1+2ЧF2)=2Ч(457,15 +2Ч0)=914,3 кН.

Предельная величина продавливающей силы, которую может воспринять ростверк с принятой толщиной дна стакана:

F= (2Чh0ЧRbt/α)Ч[h0Ч(bcol + c2)/c1 +h0Ч(hcol + c1)/c2] =

=(2Ч0,5Ч0,9Ч103/0,85)Ч[0,5Ч(0,6+0,2)/0,4+0,5Ч(1,4+0,4)/0,2]=

=5823,4 кН.> gnЧ Fper = 0,95Ч 914,3 =868,59 кН.,

т.е. прочность ростверка на продавливание колонной обеспечена.

Расчет свайного фундамента по деформациям

Выполним расчет свайного фундамента по деформациям на совместное действие вертикальной и горизонтальной нагрузок и момента по формуле 14 прил. 1 к СНиП 2.02.03–85*:

проверяем выполнение условия:

Горизонтальная нагрузка на голову сваи равна:

H1=QtotI Чgn /n =70/6=11,67 кН.

Коэффициент деформации αε = 0,999 м-1. Условная ширина сечения сваи bp = 0,95 м. Прочностной коэффициент пропорциональности, для суглинка мягкопластичного (JL = 0,45), по табл. 1 прил. 1 СНиП 2.02.03–85* равен: a = 64,4 кН./м3.

Приведенное значение продольной силы для приведенной глубины погружения сваи в грунт = l Ч αε = 6,95Ч0,999 = 6,95 > 4 определяем по табл. 2 прил. 1 к СНиП 2.02.03–85* (шарнирное сопряжение сваи с ростверком) при l = 4 и zi = 0. Получаем = 0,409, тогда:

Hel=0,409Ч64,4Ч0,95/0,9992 =25,07 кН.

Так как сила Hel = 25,07 кН. > gnЧHI = 11,67 кН., то расчет ведем по первой (упругой) стадии работы системы свая-грунт.

При шарнирном опирании низкого ростверка на сваи М0=0 и =0, следовательно, формулы (30) и (31) по п.12 прил. 1 к СНиП 2.02.03–85* примут вид:

Определяем перемещение в уровне подошвы ростверка от единичной горизонтальной силы НII =1:

εнн = А0/αε3ЧЕbЧI= 2,441/0,9993Ч24Ч106Ч0,675Ч10-3 =0,000151 м./кН.,

εмн = В0/αε3ЧЕbЧI= 1,621/0,9993Ч24Ч106Ч0,675Ч10-3 =0,000100 м./кН.,

где безразмерные коэффициенты А0 и В0 приняты по табл. 5 прил. 1 к СНиП 2.02.03–85* для приведенной глубины погружения сваи = 4 м.

U0=Up=QtotIIЧεнн/n =70 Ч0,000151/6=0,0018 м.,

Ψ0=Ψp =QtotIIЧεмн/n =70 Ч0,000100/6=0,0012 рад.

Так как Up = 0,18 см. < Uu = 1см., условие ограничения горизонтального перемещения головы сваи выполнено.

Расчет устойчивости основания

Выполним расчет устойчивости основания, окружающего сваю по условию (25) прил. 1 к СНиП 2.02.03–85*, ограничивающему расчетное давление σz, передаваемое на грунт боковыми поверхностями сваи:

Здесь расчетный удельный вес грунта с учетом взвешивания в воде (для слоя 2)gI = gsb = 9,3 кН./м3.; φI = 180; cI = 14 кПа.; коэффициент x = 0,6 (для забивных свай); коэффициент η1 = 0,7. При установлении значения коэффициента η2 по формуле (26) прил. 1 к СНиП 2.02.03–85*, используем данные табл. 5, из которой следует, что момент от внешних постоянных нагрузок в сечении на уровне нижних концов свай составит для оси Л:

Мс = 117,8 + 10,6 Ч 8,75= 210,55 кН.Чм.

Момент от временных нагрузок в том же сечении составит:

Мt = 99,8 + 324,9 + 27,9 + (1,9 + 50,4 + 0,7) Ч 8,75 = 916,35 кН.Чм.;

η2 = (Мс +Мt)/(сЧМс +Мt)= (210,55 +916,35)/(2,5Ч210,55 +916,35)=0,80

Расчетное давление на грунт σz, кПа., определяем по формуле (36) и указаниям п.13 прил. 1 к СНиП 2.02.03–85*:

,

для глубины , так как > 2,5;

откуда Z=0,85/0,999=0,85, а = 0,85.

Для этой приведенной глубины по табл. 4 прил. 1 СНиП 2.02.03–85* имеем:

А1 = 0,996; В1 = 0,849; С1 = 0,363; D1 = 0,103.

σz = (17000/0,999)Ч0,85Ч(1,8Ч10-3Ч0,996–1,2Ч10-3Ч0,849/0,999+

+0+11,92Ч0,103/0,9993Ч24Ч106Ч0,675Ч10-3) = 12,28 кПа.

Как видно, gnЧσz=0,95Ч12,28=11,67 кПа.<(σz)u=

=(0,7Ч0,80Ч4/cos180)Ч(9,3Ч0,85Чtg180+0,6Ч14)=

=25,98 кПа.,

т. е. устойчивость грунта, окружающего сваю, обеспечена.

Несущая способность сваи по прочности материала

Определим несущую способность сваи по прочности материала. Характеристики сваи: Rb =11,5 МПа.; Rsc = Rs = 365 МПа.; b=dсв =30 см.; а=а’=3 см.; h0 = dсв – а’ = 30 – 3 = 27 см.; Аs = Аs’ = 4,52/2 = 2,26 см2.

Из формулы (37) прил. 1 к СНиП 2.02.03–85* для указанных характеристик сваи получаем следующее выражение для определения моментов Мz в сечениях сваи на разных глубинах z от подошвы ростверка:

Mz=34,92ЧA3-23,30ЧB3+14,32ЧD3.

Результаты дальнейших вычислений, имеющих целью определение Мz max, сводим в табл., причем при назначении Z используем соотношение = Z Ч ae, в котором значения Z принимаем по табл. 4. прил. 1 к СНиП 2.02.03–85*.

Результаты вычислений изгибающих моментов

Zi, м.		A3	B3	D3	Mz, кН.м.
0,48	0,48	-0,021	-0,005	0,999	11,48
0,96	0,96	-0,167	-0,083	0,975	13,70
1,43	1,43	-0,455	-0,319	0,866	10,08
1,91	1,91	-1,118	-1,074	0,385	5,37
2,39	2,39	-2,141	-2,663	-0,949	1,94

Как видно из таблицы, МzmaxI=13,7 кН.Чм. действует на глубине z =0,96 м.

Эксцентриситеты продольной силы для наиболее и наименее нагруженных свай составляют соответственно:

е01= Мz max I / N max I = 13,7/532,97 = 2,5 см.,

е02= Мz max I / N min I = 13,7/201,73= 6,8 см.

Определим значения случайных эксцентриситетов по п.1.21.СНиП 2.03–01–84* для расчетной длины l1 = 2/αε = 2/0,999 = 2м. и поперечного размера сваи dсв = 30 см.:

еa1= l1/600 =200/600 = 0,33 см.,

Так как полученные значения эксцентриситетов е01 и е02 больше еai, оставляем эти значения для дальнейшего расчета свай по п.3.20 СНиП 2.03.01–84*.

Находим расстояния от точек приложения продольных сил NmaxI и NminI до равнодействующей усилий в арматуре S:

е1= е01+(h0-а’)/2 = 2,5+(27–3)/2 = 14,5 см.,

е2= е02+(h0-а’)/2 = 6,8+(27–3)/2 = 18,8 см.

Определим высоту сжатой зоны бетона по формуле (37) СНиП 2.03.01–84*:

X1=N max I/RbЧdсв=532,97 /11,5Ч103Ч0,3=0,1645 м.=16,45 см.,

X2=N min I/RbЧdсв=201,73 /11,5Ч103Ч0,3=0,058 м.=5,8 см.

Граничное значение относительной высоты сжатой зоны по табл. 2.2 п.2.3.12 учебного пособия, составляет для стали А-III и бетона В20 xR=0,591.

При x1=X1/h0=16,45/27=0,609 см.> xR = 0,591, уточняем значение X1:

с=N max I/RbЧdсвЧh0=532,97 /11,5Ч103Ч0,3Ч0,27=0,572,

α=RsЧАs/RbЧdсвЧh0=365Ч103Ч2,26Ч10-4/11,5Ч103Ч0,3Ч0,27=0,088,

ξ'1=(сЧ(1-xR)+2ЧαЧxR)/(1-xR+2Чα)=

=(0,572Ч(1–0,591)+2Ч0,088Ч0,591)/(1–0,591+2Ч0,088)=0,578,

откуда X1=ξ'1Чh0= 0,578Ч27=15,6 см.

Проверяем прочность сечения сваи по формуле (36) СНиП 2.03.01–84*:

gnЧN max I=0,95Ч532,97 =506,32 кН.<

=[11,5Ч103Ч0,3Ч0,156Ч(0,27–0,5Ч0,156)+365Ч103Ч2,26Ч10-4Ч(0,27–0,03)]/0,145 = 849,16 кН.

gnЧN min I=0,95Ч201,73 =191,64 кН.<[11,5Ч103Ч0,3Ч0,058Ч (0,2–0,5Ч0,058)+

+3,65Ч103Ч2,26Ч10-4Ч(0,27–0,03)]/0,188=194,72 кН.

Несущая способность свай по прочности материала в наиболее нагруженных сечениях обеспечена.

Расчет осадки основания свайного фундамента

Определяем размеры и вес условного фундамента (по указаниям п. 7.1. СНиП 2.02.03–85*).

=(20Ч3,25+19Ч1,20+35Ч1,40)/(3,25+1,20+1,40)=230.

Размеры свайного поля по наружному обводу:

l=2Ч1,25+0,3=2,8 м.,

b=2Ч0,625+0,3=1,6 м.

Размеры площади подошвы условного массива:

lусл =l+2ЧlсвЧtg(φIImt/4)=2,8+2Ч6,95Чtg (23/4)=4,20 м.,

bусл =b+2ЧlсвЧtg(φIImt/4)=1,6+2Ч6,95Чtg (23/4)=3,00 м.

Площадь подошвы условного массива Аусл = 12,60 м2.

Объём условного массива Vусл = Aусл Ч hусл – Vr = 12,6Ч8,75–7,13 = 103,12 м3.

Вычислим средневзвешенное значение удельного веса грунта выше подошвы условного фундамента:

γIImt=ΣγIIiЧhi/Σhi =

=(18,7Ч0,7+9,3Ч4,75+8,89Ч1,50+9,88Ч1,80)/(0,7+4,75+1,50+1,80)=10,20 кН./м3.

Вес грунта в объёме условного фундамента: Ggr = Vусл ЧgII mt = 1052,1 кН.

Вес ростверка GrII = Vr Ч gb Ч gf = 7,13 Ч 24Ч1 = 171,1 кН.

Вес свай Gсв II = 1,60 Ч 9,81Ч8Ч1 = 125,57 кН.

Расчетная нагрузка по подошве условного фундамента от веса грунта, ростверка и свай:

GII = 1052,1 + 171,1 + 125,57 = 1348,8 кН.

Проверяем напряжения в плоскости подошвы условного фундамента.

Ntot II = Ncol II + GII = 1583,7 + 1348,8 = 2932,5 кН.

Mtot II = Mcol II + Qcol II Ч Hr = 585,1 + 58,3 Ч1,8 = 690,0 кН.Чм.

Расчетное сопротивление грунта основания условного фундамента в уровне его подошвы определим по формуле (7) СНиП 2.02.01–83*:

Принимаем: gc1 = 1,4 для песков, gc 2 = 1,2; k = 1; jII 4 = 35°; cII 4 =1,0 кПа., Mg = 1,68, Mq =7,71, Mc = 9,58, gII mt = 10,20 кН./м3.

R=(1,4*1,2/1)*(1,68*1*3*9,88+7,71*8,75*10,20+9,58*1)=1255,8 кПа.

Среднее давление PII mt по подошве условного фундамента:

PIImt = Ntot II/Aусл= 2932,5 / 12,60 = 232,73 кПа.< R=1255,8 кПа.

Максимальное краевое давление P II max:

PIImax = Ntot II/Aусл + Mtot II/Wусл ≤R,

Wусл = l2усл Чbусл /6= 4,22Ч3,0 /6=8,82 м3.

PIImax =232,73 +690 /8,82=310,96 кПа.< R=1255,8 кПа

Для расчета осадки методом послойного суммирования вычислим напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы условного фундамента:

szg,0=18,7Ч0,7+9,3Ч4,75+8,89Ч1,50+9,88Ч1,80=78,05 кПа.

Дополнительное вертикальное давление на основание от внешней нагрузки на уровне подошвы условного фундамента:

szp 0 = P0 = PII mt – szg,0 = 232,73 – 78,05 = 154,68 кПа.

Соотношение сторон подошвы фундамента:

η=2,8/1,6=1,75

Значения коэффициента a устанавливаем по табл. 1 прил. 2 СНиП 2.02.01–83*.

Для удобства пользования указанной таблицей из условия: принимаем толщину элемента слоя грунта hi = 0,2 Ч b = 0,2 Ч 1,6 = 0,32 м.

Определение осадки

zi, м.		zi + d, м.	a	szp = aЧP0, кПа.	szg = szg,0 + + gsb,i Ч zi, кПа.	0,2Чszg, кПа.	Е, КПа.
0	0	8,75	1	154,68	78,05	15,61	30000
0,32	0,4	9,07	0,975	150,81	81,21	16,24	30000
0,64	0,8	9,39	0,864	133,64	84,37	16,87	30000
0,96	1,2	9,71	0,713	110,29	87,53	17,51	30000
1,28	1,6	10,03	0,572	88,48	90,70	18,14	30000
1,60	2,0	10,35	0,457	70,69	93,86	18,77	30000
1,92	2,4	10,67	0,368	56,92	97,02	19,40	30000
2,24	2,8	10,99	0,299	46,25	100,18	20,04	30000
2,56	3,2	11,31	0,246	38,05	103,34	20,67	30000
2,88	3,6	11,63	0,205	31,71	106,50	21,30	30000
3,20	4,0	11,95	0,172	26,60	109,67	21,93	30000
3,52	4,4	12,27	0,147	22,74	112,83	22,57	30000
3,84	4,8	12,59	0,127	19,64	115,99	23,20	30000
4,16	5,2	12,91	0,110	17,01	119,15	23,83	30000

На глубине Hc = 3,84 м. от подошвы условного фундамента выполняется условие СНиП 2.02.01–83* (прил. 2, п.6) ограничения глубины сжимаемой толщи основания (ГСТ):

szp= 19,64 кПа. » 0,2Чszg = 23,20 кПа.,

поэтому послойное суммирование деформаций основания производим в пределах от подошвы фундамента до ГСТ.

Осадку основания определяем по формуле:

S=βЧhЧ∑σzp,i/Ei=0,8Ч0,32Ч[1/30000Ч(154,68Ч0,5+150,81+133,64+110,29+

+88,48+70,69+56,92+46,25+38,05+31,71+26,6+22,74+19,64Ч0,5)]=

=0,0074 м. = 0,74 см.

Условие S = 0,74 см. < Su = 8,0 см. выполняется (значение Su = 8,0 см. принято по таблице прил. 4 СНиП 2.02.01–83*).

Определение технико-экономических показателей, сравнение и выбор основного варианта системы: «основание – фундамент»

Подсчет объемов работ

1) Объем грунта, разрабатываемого под фундамент на естественном основании.

Размеры фундамента ФД13–2: l = 4,2 м.; b = 3,6 м.

Размеры котлована понизу: l = 4,2 + 0,6 = 4,8 м.; b = 3,6 + 0,6 = 4,2 м.

Грунт – суглинок, предельная крутизна откосов котлована 1:0,5.

Размеры котлована поверху: lv = 4,8 + 0,9 = 5,7 м.; bv = 4,2 + 0,9 = 5,1 м.

Глубина котлована h = 1,8 м.

Формула для определения объёмов грунта:, где

S = 20,16 м2. – площадь котлована понизу;

Sv 29,07 м2. – площадь котлована поверху.

Объём грунта, разрабатываемого экскаватором: 44,06 м3.

Объем работ по водоотливу: 13,22 м3.

2) Объем грунта, разрабатываемого под фундамент на искусственном основании, в виде песчаной распределительной подушки.

Фундамент ФД 8–2, размеры которого l = 2,7 м., b = 2,4 м.

Размеры котлована понизу: l = 5,1 м.; b = 4,8 м.

Размеры котлована поверху: lv = 14,25 м.; bv = 13,11 м.

Глубина котлована h = 2,7 м.

S = 22,48 м2. – площадь котлована понизу; Sv = 186,82 м2. – площадь котлована поверху.

Объём грунта, разрабатываемого экскаватором: 246,69 м3.

Объем песчаной подушки: 32,75 м3.

Объем работ по водоотливу: 127,20 м3.

3) Объем грунта, разрабатываемого под фундамент на сваях.

Размеры фундамента: 3,0 х 1,8 м.

Размеры котлована понизу: l = 3,0 + 0,6 = 3,6 м.; b = 1,8 + 0,6 = 2,4 м.

Грунт – суглинок, предельная крутизна откосов котлована 1:0, 5.

Размеры котлована поверху: lv =4,5 м.; bv = 3,3 м.

Глубина котлована h = 1,8м.

S = 8,64 м2. – площадь котлована понизу; Sv = 14,85 м2. – площадь котлована поверху.

Объём грунта, разрабатываемого экскаватором: 20,89 м3.

Объем работ по водоотливу: 10,45 м3.

Объемы работ

№ п./п.		Наименование работ.	Единица измерения.	Объем работ.	Кол-во.
I. Фундамент на естественном основании
по расчету принят фундамент ФД13–2.
1	Разработка грунта экскаватором – обратная с ковшом вместимостью 0,5 м3. в отвал.		1000 м3.	44,06	0,044
2	Водопонижение с помощью иглофильтров (ориентировочно).		100 м3.	13,22	0,132
3	Засыпка траншей и котлованов с перемещением грунта до 10 м. бульдозером.		1000 м3.	26,02	0,026
4	Бетонная подготовка толщиной 100 мм. из бетона В3,5 под монолитным фундаментом.		м3.	2,27	2,27
5	Установка фундамента с подколонником.		м3.	10,9	10,9
II. Фундамент на искусственном основании
по расчету принят фундамент ФД8–2.
1	Разработка грунта экскаватором – обратная с ковшом вместимостью 0,5 м3. в отвал.		1000 м3.	246,69	0,246
2	Водопонижение с помощью иглофильтров (ориентировочно).		100 м3.	127,20	1,272
3	Засыпка траншей и котлованов с перемещением грунта до 10 м. бульдозером.		1000 м3.	208,24	0,208
4	Установка подушки под фундамент.		м3.	32,75	32,75
5	Бетонная подготовка толщиной 100 мм. из бетона В 3,5 под монолитным фундаментом.		м3.	0,60	0,60
6	Установка фундамента с подколонником.		м3.	5,5	5,5
III. Свайный фундамент
по расчету принят ростверк 3,0 x 1,8 м.; свая С-7–30.
1	Разработка грунта экскаватором – обратная с ковшом вместимостью 0,5 м3. в отвал.		1000 м3.	20,89	0,021
2	Водопонижение с помощью иглофильтров (ориентировочно).		100 м3.	10,45	0,105
3	Засыпка траншей и котлованов с перемещением грунта до 10 м. бульдозером.		1000 м3.	13,76	0,014
4	Бетонная подготовка толщиной 100 мм. из бетона В 3,5 под монолитным фундаментом.		м3.	0,75	0,75
5	Установка ростверка.		м3.	7,13	7,13
6	Погружение дизель – молотом на тракторе железобетонных свай длиной 7 м. в грунт.		м3.	4,95	4,95

Сметная себестоимость, трудозатраты и капитальные вложения сравниваемых вариантов фундаментов.

I. Фундамент на естественном основании

№	№ пункта ЕниР.	Наим. работ.	Единицы измер.	Кол-во.	Стоимость, руб.		Затраты, чел.-ч.		Кап. вложения, руб.
					Един.	Общая.	На един.	Всего.	Уд. дин.	Всего.
1	1–57	1I	1000м3	0,044	202,686	8,92	126,280	5,56	218,350	9,61
2	синтез	2I	100м3	0,132	84,000	11,09	8,000	1,06	9,000	1,19
3	1–261	3I	1000м3	0,026	22,350	0,58	10,660	0,28	25,000	0,65
4	6–1	4I	м3	2,27	23,400	53,12	3,310	7,51	14,850	33,71
5	6–10	5I	м3	10,9	42,360	461,72	7,780	84,80	28,810	314,03
Всего:						535,43		99,21		359,19

Накладные расходы (15%) равны: 80,31 руб.

Сметная стоимость Сс=615,74 руб.

II. Фундамент на искусственном основании

№	№ пункта ЕНиР.	Наим. работ.	Единицы измер.	Кол-во.	Стоимость, руб.		Затраты, чел. – ч.		Кап. вложения, руб.
					Един.	Общая.	На един.	Всего.	Уд. един.	Всего.
1	1–57	1II	1000м3	0,246	202,686	49,86	126,280	31,06	218,350	53,71
2	синтез	2II	100м3	1,272	84,000	106,85	8,000	10,18	9,000	11,45
3	1–261	3II	1000м3	0,208	22,350	4,65	10,660	2,22	25,000	5,20
4	30–2	4II	м3	32,75	10,550	345,51	2,150	70,41	10,460	342,57
5	6–7	5II	м3	0,60	23,400	14,04	3,310	1,99	14,850	8,91
6	6–1	6II	м3	5,5	43,320	238,26	6,070	33,39	33,000	181,50
Всего:						759,17		149,25		603,34

Накладные расходы (15%) равны: 113,88 руб.

Сметная стоимость Сс = 873,05 руб.

III. Свайный фундамент

№	№ пункта ЕНиР.	Наим. работ.	Единицы измер.	Кол-во.	Стоимость, руб.		Затраты, чел. – ч.		Кап. вложения, руб.
					Един.	Общая.	На един.	Всего.	Уд. един.	Всего.
1	1–57	1III	1000м3	0,021	202,686	4,26	126,280	2,65	218,350	4,59
2	синтез	2III	100м3	0,105	84,000	8,82	8,000	0,84	9,000	0,95
3	1–261	3III	1000м3	0,014	22,350	0,31	10,660	0,15	25,000	0,35
4	6–1	4III	м3	0,75	23,400	17,55	3,310	2,48	14,850	11,14
5	6–7	5III	м3	7,13	43,320	308,87	6,070	43,28	33,000	235,29
6	5–3	6III	м3	4,95	101,640	503,12	22,640	112,07	100,120	495,60
Всего:						842,93		161,47		747,92

Накладные расходы (15%) равны: 126,44 руб.

Сметная стоимость Сс = 969,37 руб.

Технико-экономические показатели сравниваемых вариантов фундаментов (на один фундамент)

Вариант системы.	Себестоимость		Привед. затраты		Затраты труда.
	руб.	%.	руб.	%	Чел. – ч.	%.
I	615,74	100	658,84	100	99,21	100
II	873,05	142	945,45	144	149,25	150
III	969,37	158	1059,12	161	161,47	163

ВЫВОД: по технико-экономическим показателям наиболее выгодным является фундамент на естественном основании (Вариант I).

Учет влияния примыкающих и заглубленных подземных конструкций

При наличии вблизи фундамента приямка следует устроить подбетонку с тем, чтобы выполнялось условие: Δh ≤ a Ч tgψ

tgψ = tgφI + = tg 18 + = 0,39

PI = 1,2 Ч PIImt = 1,2 Ч 143,2 = 171,84 кПа

a = 1,15м

a Ч tgψ = 1,15 Ч 0,39 = 0,47 м

Принимаем Δh = 0,47 м

Толщину подбетонки принимаем 3,28 м.

Расчет приямка

Определение активного бокового давления в пределах глубины Нпр

Hпр = 4,8 м; ln = 24 м; bn = 4 м

Характеристика грунта нарушенной структуры:

γ`I = 0,95 Ч γI = 0,95 Ч 18,5 = 17,67 кН/м3

φ`I = 0,9 Ч φI = 0,9 Ч 18 = 14,4

γ`sb = γsb = 9,3 кН/м3

Горизонтальные составляющие активного давления

От веса грунта:

Eah = 1Ч γfaЧ = = 106,75 кН

= = 10,86

γfa = 1,1 – коэффициент надежности по нагрузке для бокового давления грунта

От полезной нагрузки:

Eqh = 1Ч γtgЧ qn Ч Hпр Ч = = 89,35 кН

γfg = 1,2 – коэффициент надежности по нагрузке от qn

qn = 20 кПа – полезная нагрузка

От давления воды:

Ew = 1Ч γfwЧ= = 90,2 кН

γfw = 1,1 – коэффициент надежности по нагрузке для давления воды

Изгибающий момент и поперечная сила всех горизонтальных сил относительно оси, проходящей через центр тяжести сечния 1–1

M1-1 = EahЧ+ EqhЧ+ EwЧ= = 507 кНЧм

Q1-1 = Eah + Eqh + Ew = 106,75 + 89,35 + 90,2 = 286,3 кН

dn = Hпр + 0,4 = 4,8 + 0,8 = 5,6 м

0,8 – толщина днища приямка

E`ah = 1Ч γfaЧ = = 146,30 кН

E`qh = 1Ч γtgЧ qn Ч dn Ч = = 104,25 кН

E`w = 1Ч γfwЧ= = 129,37 кН

N2-2 = E`ah + E`qh + E`w = 146,30 + 104,25 + 129,37 = 379,92 кН

М = = 742,19 кНЧм

M2-2 = M += 742,19 + = 762,45 кНЧм

GI = ((ln + 2Чbст)Ч(bn + 2Чbcт)Ч(dn + 0,5) – ln Ч bn Ч Hпр) Ч 2,5 Ч 9,81 Ч γfb = ((24 + 2Ч0,8)Ч(4 + 2Ч0,8)Ч(5,6 + 0,5) – 24 Ч 4 Ч 4,8) Ч 2,5 Ч 9,81 Ч 0,9 = 9131,4 кН – собственный вес приямка

bcт = 0,4 м – толщина стен приямка

ln = 24 м – длинна приямка

γfb = 0,9 – коэффициент надежности по нагрузке

Fw = Aw Ч γw Ч (dn – dw) Ч γfw = 143,36 Ч 10 Ч (5,6 – 0,70) Ч 1,1 = 7608,2 кН – сила всплытия

Aw = (bn + 2 Ч bст) (lст + 2 Ч bст) = (4 + 2 Ч 0,8) (24 + 2 Ч 0,8) = 143,36 м2 – площадь основания приямка

Так как вес приямка GI больше силы всплытия Fw, то равномерно распределенная нагрузка q считается по формуле:

q = = = 15,2 кН/м2

pw = γwЧ(dn – dw) = 10 Ч (5,6 – 0,70) = 49,0 кН/м2 – гидростатическое давление подземных вод

Расчет приямка на всплытие

– условие невсплытия

γem = 1,2 – коэффициент надежности от всплытия

GI = 9131,4 кН

Fw =7608,2 кН

Условие выполняется, приямок не всплывет

Определение степени агрессивного воздействия подземных вод и разработка рекомендаций по антикоррозионной защите подземных конструкций

Для железобетонных фундаментов на естественном основании серии 1.412–2/77, принятых на основе технико-экономического сравнения вариантов, и технологического приямка установим наличие и степень агрессивного воздействия подземных вод по данным химического анализа, для соответственных грунтовых условий.

Для фундаментов и приямка предусматриваем бетон с маркой по водопроницаемости W4 на портландцементе по ГОСТ 10178–76*, арматуру класса А-II и А-III. Фундаменты каркаса и приямок расположены ниже УПВ лишь частично, однако за счет возможных изменений УПВ и капиллярного подъема до 1,2 м. над УПВ все поверхности фундамента и технологического приямка могут эксплуатироваться под водой, либо в зоне периодического смачивания. Степень агрессивного воздействия воды на подземные конструкции оцениваем в соответствии с табл. 5, 6, 7 СНиП 2.03.11–85*.

Коэффициент фильтрации суглинка, в которой расположены подземные конструкции, равен:

Kf =4,3Ч10-7см./с.Ч86,4Ч103с./сут.=3,71 Ч10-2см./сут.=3,71Ч10–4м./сут.<0,1м./сут.,

поэтому к показателям агрессивности, приведенным в табл. 5, 6, 7 СНиП 2.02.11–85*, необходимо вводить поправки в соответствии с примечаниями к указанным таблицам.

Определяем суммарное содержание хлоридов в пересчете на ионы Cl–, мг./л., в соответствии с прим. 2 к табл. 7 СНиП 2.03.11–85*:

3000+290Ч0,25=3072,5 мг./л.

Анализ агрессивности воды для бетона на портландцементе

Показатель агрессивности.	Номер таблицы СНиП 2.03.11–85*.	Степень агрессивности среды по отношению к бетону марки W4.
Бикарбонатная щелочность	5	Не агрессивна, так как kf < 01 м/сут
Водородный показатель	5	3,3 <4 Ч 1,3 – среднеагрессивная
Содержание агр-ой углекислоты	5	10Ч1,3<25<40Ч1,3 – слабоагрессивная
Содержание аммонийных солей	5	24 < 100Ч1,3 – неагрессивная.
Содержание магнезиальных солей	5	1100<1000Ч1,3 неагрессивная.
Содержание едких щелочей	5	0<50000 Ч 1,3 – неагрессивная.
Содержание сульфатов	6	290<250Ч1,3 – неагрессивная.
Содержание хлоридов	7	500Ч1,3<3000<5000Ч1,3 – среднеагрессивная (в зоне капиллярного подсоса и переменного УПВ).

Заключение. При бетоне нормальной (Н) проницаемости (марка по водонепроницаемости W4 по табл. 1 СНиП 2.03.11–85*). В конструкциях фундаментов и приямка вода среднеагрессивна по водородному показателю и содержанию хлоридов, слабоагрессивна по агрессивной углекислоты, неагрессивна по бикарбонатной щелочности, аммонойных и магнезиальных солей, едких щелочей, содержанию сульфидов.

Рассмотрим возможность обеспечения стойкости конструкций фундаментов и приямка в агрессивной среде за счет назначения проектных требований к материалам (первичная защита). Как следует из табл. 11 СНиП 2.03.11–85*, при среднеагрессивной среде и примененной арматуре классов А-II и А-III (группа 1 по табл. 9 СНиП 2.03.11–85*) требуется применение бетона пониженной проницаемости (марки W 6) либо оцинкованной арматуры (см. п.2.21 СНиП 2.03.11–85*). Однако оцинкованная арматура дорога и дефицитна, а получение бетона пониженной проницаемости в условиях строительной площадки затруднено, поэтому необходимо выполнить специальную защиту фундаментов и приямка.

Для защиты подошвы фундамента и дна приямка при среднеагрессивной среде предусматриваем в соответствии с п.2.33 СНиП 2.03.11–85* устройство битумобетонной подготовки толщиной не менее 100 мм из втрамбованного в грунт щебня с поливкой битумом до полного насыщения.

Для защиты днища (по бетонной подготовке) и боковых поверхностей и гидроизоляции приямка в целом (в соответствии с указаниями п.2.34 и табл. 13, а также рекомендациями прил. 5 к СНиП 2.03.11–85*) необходимо выполнить покрытие III группы – оклеечную гидроизоляцию из 3 слоев гидроизола на горячей битумной мастике с последующим устройством защитной стенки в 1/4 кирпича, пропитанного битумом.

Для защиты боковых поверхностей фундаментов выполнить полимерное покрытие на основе лака ХII-734 (хлорсульфированный полиэтилен).

Фундаменты и приямок выполнить из бетона нормальной (Н) проницаемости (марка по водонепроницаемости W4; водопоглощение не более 5,7% по массе; водоцементное отношение В/Ц не более 0,6).

Список литературы

Аверьянова Л.Н. Методические указания по курсу «Механика грунтов, основания и фундаменты».

СНиП 2.02.01–83*. Основания зданий и сооружений.

СНиП 2.02.03–85*. Свайные фундаменты.

СНиП 2.03.01–84*. Бетонные и железобетонные конструкции.

СНиП 2.03.11. – 85. Защита строительных конструкций от коррозии.