Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України
Національний університет водного господарства та природокористування
Факультет будівництва та архітектури
Кафедра автомобільних доріг, основ і фундаментів
Курсова робота
з дисципліни: основи і фундаменти
«Проектування фундаментів під
9-поверхову блок секцію на
36 квартир»
Зміст:
1. Варіант грунтових умов будівельного майданчика .......................................
2. Аналіз інженерно геологічних умов будівельного майданчика....................
3. Збір навантажень на фундаменти....................................................................
4. Проектування фундаментів мілкого закладення ..........................................
4.1. Визначення глибини закладення фундаментів .....................................
4.2. Визначення ширини підошви фундаментів . ........................................
5. Визначення деформацій фундаментів ..........................................................
6. Проектування пальових фундаментів ............................................................
7. Література .........................................................................................................
Варіанти грунтових умов будівельних майданчиків
Таблиця 1
№ варіанта ІГУ
№ будмайданчика
Позначки горизонталей
на рис. 1
Позначки устя свердловин
Номер грунту за таблицею 2, 3 і потужність шарів
Рівень підземних вод
Населений пункт
ІГЕ - 1, грунтово-рослинний, м
ІГЕ - 2
ІГЕ - 3
ІГЕ - 4
ІГЕ - 5
номер грунту
Товщина
ІГЕ, м
номер грунту
Товщина
ІГЕ, м
номер грунту
Товщина ІГЕ, м
номер грунту
Товщина ІГЕ, м
11
12
33
44
55
11
22
3
у св. № 1
у св. № 2
у св. № 3
у св. № 1
у св. № 2
у св. № 3
у св. № 1
у св. № 2
у св. № 3
у св. № 1
у св. № 2
у св. № 3
у св. № 1
у св. № 2
у св. № 3
16
6
138,0
137,5
137,0
136,5
136,0
137,2
136,3
137,2
0,4
102
6,0
5,5
6,1
103
5,8
5,6
5,7
106
2,1
2,2
2,0
119
7,1
2,4
1,8
125,1
124,8
125,1
Дубно
Таблиця 2
№ грунту
Фізико-механічні характеристики грунтів
, г/см3
, г/см3
,
%
,
%
, %
, мПа
, град.
,
кПа
Відносне просідання при тиску , кПа
100
200
300
102
2,7
1,62
15,5
27,9
16,8
---
20
19
0,02
0025
0,03
103
2,66
1,71
22,0
24,0
18,0
6
21
10
---
---
---
106
2,75
1,91
29,2
40,9
24,5
11
19
18
---
---
---
119
2,73
2,00
29,2
53,2
31,3
20
19
53
---
---
---
2. Аналіз інженерно-геологічних умов будівельного майданчика
Аналізуємо результати лабораторних досліджень грунтів за даними таблиць 1, 2 та 3.
ІГЕ - 1 - ґрунтово-рослинний шар, товщиною 0,4м.
ІГЕ - 2 (ґрунт № 102) - зв‘язний ґрунт, товщиною 5,5 - 6,1м. Результати лабораторних визначень фізико-механічних характеристик цього ґрунту наведені в табл. 1.
Результати лабораторних визначень фізико-механічних характеристик ґрунту № 102
Таблиця 3
№
ґрунту
Фізико-механічні характеристики ґрунту
ρs,
г/см3
ρ,
г/см3
W,
%
WL,
%
WP,
%
E, МПа
φ,
град.
c,
кПа
Відносне просідання εsl при тиску p, кПа
100
200
300
102
2,70
1,62
15,5
27,9
16,8
---
20
19
0,020
0,025
0,030
Вираховуємо число пластичності:
%. Згідно з табл. Б11 ДСТУ Б В.2.1-2-96 визначаємо, що ґрунт - суглинок ().
Вираховуємо показник текучості:
. Згідно з табл. Б14 ДСТУ Б В.2.1-2-96 визначаємо, що суглинок називається твердим ().
Вираховуємо коефіцієнт пористості :
.
Вираховуємо коефіцієнт водонасичення :
.
Остаточна назва ґрунту: суглинок твердий
Визначаємо розрахункові характеристики ґрунту (питому вагу {м/с2 – прискорення вільного падіння}, кут внутрішнього тертя , питоме зчеплення ) для розрахунків за І-ю і ІІ-ю групами граничних станів. Розрахункове значення характеристики ґрунту визначаємо за формулою
, де
- нормативне значення характеристики (під час курсового і дипломного проектування допускається приймати за відповідне значення , , з табл. 2 і 3); - коефіцієнт надійності. При визначенні розрахункових значень характеристик для розрахунків за деформаціями (ІІ група граничних станів) . Для розрахунків за несучою здатністю (І група граничних станів) - для питомого зчеплення, - для кута внутрішнього тертя глинистих ґрунтів і - для кута внутрішнього тертя пісків, - для питомої ваги ґрунту.
Отже,
кН/м3; кН/м3;
; ;
кПа; кПа.
ІГЕ - 3 (ґрунт № 103) - зв‘язний ґрунт, товщиною 5,6 - 5,8м. Результати лабораторних визначень фізико-механічних характеристик цього ґрунту наведені в табл. 2.
Результати лабораторних визначень фізико-механічних характеристик ґрунту № 153
Таблиця 4
№
ґрунту
Фізико-механічні характеристики ґрунту
ρs,
г/см3
ρ,
г/см3
W,
%
WL,
%
WP,
%
E, МПа
φ,
град.
c,
кПа
Відносне просідання εsl при тиску p, кПа
100
200
300
103
2,66
1,71
22,0
24,0
18,0
6
21
10
---
---
---
Вираховуємо число пластичності: %. Згідно з табл. Б11 ДСТУ Б В.2.1-2-96 визначаємо, що ґрунт - супісок ().
Вираховуємо показник текучості: . Згідно з табл. Б14 ДСТУ Б В.2.1-2-96 визначаємо, що супісок називається пластичний ().
Вираховуємо коефіцієнт пористості :
.
Вираховуємо коефіцієнт водонасичення :
.
Остаточна назва ґрунту: супісок пластичний
Визначаємо розрахункові характеристики ґрунту для розрахунків за І-ю і ІІ-ю групами граничних станів:
кН/м3; кН/м3;
; ;
кПа; кПа.
ІГЕ - 4 (ґрунт № 106) - звязний ґрунт, товщиною 2,0 - 2,2м. Результати лабораторних визначень фізико-механічних характеристик цього ґрунту наведені в табл. 3.
Результати лабораторних визначень фізико-механічних характеристик ґрунту № 106
Таблиця 5
№
ґрунту
Фізико-механічні характеристики ґрунту
ρs,
г/см3
ρ,
г/см3
W,
%
WL,
%
WP,
%
E, МПа
φ,
град.
c,
кПа
Відносне просідання εsl при тиску p, кПа
100
200
300
106
2,75
1,91
29,2
40,9
24,5
11
19
18
---
---
---
Вираховуємо число пластичності: %. Згідно з табл. Б11 ДСТУ Б В.2.1-2-96 визначаємо, що ґрунт - суглинок ().
Вираховуємо показник текучості: . Згідно з табл. Б14 ДСТУ Б В.2.1-2-96 визначаємо, що суглинок називається тугопластичним ().
Остаточна назва ґрунту: суглинок тугопластичний
Вираховуємо коефіцієнт пористості :
.
Вираховуємо коефіцієнт водонасичення :
.
Визначаємо розрахункові характеристики ґрунту для розрахунків за І-ю і ІІ-ю групами граничних станів:
кН/м3; кН/м3;
; ;
кПа; кПа;
ІГЕ - 5 (ґрунт № 119) - зв‘язний ґрунт, товщиною 2,3 – 2,7м. Результати лабораторних визначень фізико-механічних характеристик цього ґрунту наведені в табл. 4.
Результати лабораторних визначень фізико-механічних характеристик ґрунту № 119
Таблиця 6
№
ґрунту
Фізико-механічні характеристики ґрунту
ρs,
г/см3
ρ,
г/см3
W,
%
WL,
%
WP,
%
E, МПа
φ,
град.
c,
кПа
Відносне просідання εsl при тиску p, кПа
100
200
300
119
2,73
2,00
29,2
53,2
31,3
20
19
53
---
---
---
Вираховуємо число пластичності: %. Згідно з табл. Б11 ДСТУ Б В.2.1-2-визначаємо, що ґрунт - глина ().
Вираховуємо показник текучості: . Згідно з табл. Б14 ДСТУ Б В.2.1-2-96 визначаємо, що глина називається твердою ().
Остаточна назва ґрунту: глина тверда.
Вираховуємо коефіцієнт пористості :
.
Вираховуємо коефіцієнт водонасичення :
.
Визначаємо розрахункові характеристики ґрунту для розрахунків за І-ю і ІІ-ю групами граничних станів:
кН/м3; кН/м3;
;
кПа; кПа .
Отримані дані про фізико-механічні характеристики ґрунтів заносимо в таблицю і викреслюємо план будмайданчика та інженерно-геологічний розріз
Висновок: Для будівництва виділено вільний від забудови майданчик прямокутної форми в плані розмірами b = 80 м, l = 180 м. На майданчику пробурено три свердловини глибиною 15 м кожна. Бурінням свердловин та аналізом результатів лабораторних досліджень зразків ґрунту встановлено, що геолого-літологічна будова майданчика має такий вигляд:
ІГЕ-1 – грунтово-рослинний шар товщиною 0,4 м;
ІГЕ-2 – глина тверда 4,3 – 5,4 м;
ІГЕ-3 – супісок пластичний 5,6 - 5,8 м;
ІГЕ-4 – суглинок пластичний 2,0 – 2,2 м;
ІГЕ-5 – глина тверда 1,7 – 2,3 м;
3. Збір навантажень на фундаменти
Навантаження на фундаменти визначають згідно з чинними будівельними нормами і правилами. Основними характеристиками навантажень вважаються їх нормативні значення Nn , але розрахунки фундаментів та інших конструкцій ведуться на розрахункові навантаження N Ι або N ΙΙ , які визначають як добуток їх нормативних значень Nn на коефіцієнт надійності для навантаження γf . В розрахунках за деформаціями γf =1, а в розрахунках за несучою здатністю значення γf приймають з таблиць.
Тимчасові навантаження ділять на тривалі, короткочасні, та особливі. При цьому навантаження на перекриття і снігові навантаження згідно з чинними будівельними нормами можуть відноситись як до тривалих, так і до короткочасних, і при розрахунку основ фундаментів за несучою здатністю вважаються короткочасними і приймаються за повним їх значенням , а при розрахунку за деформаціями – тривалими і приймаються зі зниженим значенням.
Для того, щоб зібрати навантаження на фундамент стін, спочатку визначаємо вантажну площу, тобто площу покриття та перекриттів, що прилягають до цієї стіни і передають на
№
п/п
Вид навантаження
NII
кH
(f
NI
кH
Фундамент по осі 1с
Вантажна площа А1 = м2
Постійні навантаження
1
Вага покриття
- три шари руберойду 0,15
0,15
1,3
0,20
- цементно-піщана стяжка 0,02*22
0,44
1,3
57
- утеплювач (тверді мінераловатні плити) 0,15*4
0,6
1,3
0,78
-пароізоляція (один шар руберойду)0,05
0,05
1,3
0,065
- плита покриття 0,140*25
3,5
1,1
3,85
(
4,47
5,47
*А1
6,66
8,14
2
Вага горищного перекриття
- цементно-піщана стяжка0,02*22
0,44
1,3
0,572
- шлакобетон 0,05*10
0,5
1,3
0,65
-залізобетонна плита 0,14*25
3,5
11
3,85
(
4,44
5,07
*А1
6,62
7,56
3
Вага міжповерхових перекриттів
- паркет 0,02*5
0,1
1,3
0,13
- шлакобетон 0,05*10
0,5
1,3
0,65
- залізобетонна плита 0,14*25
3,5
1,1
3,85
(
4,1
4,63
*9*А1
55,0
62, 1
4
Вага перегородок 2,0*А1 *9
26,82
1,1
29,50
5
Вага цокольної частини фундаменту по осі 1с
1*1,1*0,35*14,5
5,58
1,1
6,14
6
Вага стін 1*0,3*26,14*10,5
82,34
1,1
90,58
Тимчасові навантаження
1
Снігове для розрахунків:
- за II групою граничних станів Sp=(0,4* S0 – 0,16)*С*ᴪ*А1=(0,4*1,27-0,16)*1*0,95*1,49)=0,49
0,49
- за I групою граничних станів
Sm=γfmА1*С*ᴪ* S0=1,14*1,49*1*0,9*1,27=1,94
1,94
2
На міжповерхові перекриття
- за II групою граничних станів 0,35*1,49*0,95*9
4,46
- за I групою граничних станів 1,5*1,49*0,9*9
1,3
23,53
3
На горищне перекриття для розрахунку:
- за I групою граничних станів: 0,7*1,49*0,9=0,94
1,3
1,22
Всього на 1 м/п фундаменту по осі 1с
264,24
230,7
№
п/п
Вид навантаження
NII
кH
(f
NI
кH
Фундамент по осі 2с
Вантажна площа А1 = м2
Постійні навантаження
1
Вага покриття
- три шари руберойду 0,15
0,15
1,3
0,20
- цементно-піщана стяжка 0,02*22
0,44
1,3
57
- утеплювач (тверді мінераловатні плити) 0,15*4
0,6
1,3
0,78
-пароізоляція (один шар руберойду)0,05
0,05
1,3
0,065
- плита покриття 0,140*25
3,5
1,1
3,85
(
4,47
5,47
*А1
13,5
16,5
2
Вага горищного перекриття
- цементно-піщана стяжка0,02*22
0,44
1,3
0,572
- шлакобетон 0,05*10
0,5
1,3
0,65
- залізобетонна плита 0,14*25
3,5
11
3,85
(
4,44
5,07
*А1
13,41
15,25
3
Вага міжповерхових перекриттів
- паркет 0,02*5
0,1
1,3
0,13
- шлакобетон 0,05*10
0,5
1,3
0,65
- залізобетонна плита 0,14*25
3,5
1,1
3,85
(
4,1
4,63
*9*А1
120,7
125,8
4
Вага перегородок 2,0*А1 *9
54,36
1,1
59,8
5
Вага цокольної частини фундаменту по осі 1с
1*1,1*0,35*14,5
5,58
1,1
6,14
6
Вага стін 1*0,14*24,22*23
77,99
1,1
85,79
Тимчасові навантаження
1
Снігове для розрахунків:
- за II групою граничних станів Sp=(0,4* S0 – 0,16)*С*ᴪ*А1=(0,4*1,27-0,16)*1*0,95*3,02)=0,49
1,0
- за I групою граничних станів
Sm=γfmА1*С*ᴪ* S0=1,14*3,02*1*0,9*1,27=1,94
3,94
Таблиця 9
2
На міжповерхові перекриття
- за II групою граничних станів 0,35*3,02*0,95*9
9,04
- за I групою граничних станів 1,5*1,49*0,9*9
1,3
47,71
3
На горищне перекриття для розрахунку:
- за I групою граничних станів: 0,7*1,49*0,9=0,94
1,3
1,9
Всього на 1 м/п фундаменту по осі 1с
332,3
356,7
4. Проектування фундаментів мілкого закладання.
4.1 Визначення глибини закладання фундаментів:
Стрічковий фундамент по осі 1с
В нашому випадку глибина закладення фундаменту, може залежати від глибини сезонного промерзання ґрунтів та конструктивних особливостей будівлі.
Глибина закладення фундаменту, виходячи з глибини сезонного промерзання ґрунтів. Розрахункову глибину промерзання ґрунту визначаємо за формулою:
де kh=1,1 - враховуємо ймовірність припинення будівництва на зимовий період;
dfn - нормативна глибина промерзання ґрунту, яку визначаємо за формулою:
де d0=0,23 м – прийнято як для глин.
Для м. Дубно (Рівненська обл.) сума абсолютних значень середньомісячних від‘ємних температур за зиму становить:
.
Отже м.
Розрахункова глибина промерзання ґрунту становитиме:
df=1,1∙0,81=0,9 м.
Врахуємо прокладання водогону і каналізації, які проходять крізь стіни підвалу і нижче розрахункової глибини промерзання ґрунту. Таким чином, глибина закладення фундаменту, виходячи з глибини сезонного промерзання ґрунтів становитиме:
.
Глибина закладення фундаменту, виходячи з конструктивних особливостей будівлі становить м.
Аналізуючи інженерно-геологічні і гідрогеологічі умови будмайданчика, в подальші розрахунки приймаємо більше з отриманих значень. Отже, глибину закладення фундаменту по осі А приймаємо рівною м.
Стрічкові фундаменти по осі «2с».
Розрахунок глибини залягання стрічкових фундаментів по осі «2с» є аналогічним з віссю «1с», а тому глибину закладення фундаменту по осі «2с» приймаємо рівною м.
4.2 Визначення ширини підошви фундаменту:
Стрічковий фундамент по осі 1с.
Навантаження на рівні планувальної відмітки nII=264,24кН/м.
Визначаємо попередню ширину фундаменту за формулою прийнявши R0=300 кПа:
.
Уточнюємо розрахунковий опір ґрунту R. Визначаємо складові, які входять в цю формулу: , ; k=1 (характеристики ґрунту основи визначались безпосереднім випробуванням). kz=1 (b=1,02<10м).
Оскільки обчислена ширина підошви фундаменту b=1,02<10м, то усереднене значення міцнісних характеристик (φ, с) і питомої ваги γ ґрунту, який залягає нижче підошви фундаменту визначаємо в межах глибини z=b/2=1,02/2=0,51 м. Для подальших розрахунків приймаємо: φІІ=20о, сІІ=19 кПа, γІІ=16,2 кН/м3, Mγ=0,51, Mq=3,06, Mc=5,66 (з табл. 5 при φII=20o); кН/м3 (питома вага ґрунту зворотньої засипки); db=1,4 м. Отже:
Перераховуємо ширину стрічкового фундаменту при R0=240,53 кПа:
.
Приймаємо більшу по ширині типову фундаменту плиту шириною b=1,4 м за ГОСТ 13580-85. Знайдемо розрахунковий опір грунту:
Перевіряємо виконання умови:
кПа кПа.
Умова виконується. Остаточно приймаємо фундаменту плиту шириною b=1,4 м за ГОСТ 13580-85.
Стрічковий фундамент по осі 2с.
Навантаження на рівні планувальної відмітки nII=332,3 кН/м.
Визначаємо попередню ширину фундаменту за формулою прийнявши R0=300 кПа:
.
Уточнюємо розрахунковий опір ґрунту R. Визначаємо складові, які входять в цю формулу: , ; k=1 (характеристики ґрунту основи визначались безпосереднім випробуванням). kz=1 (b=0,78<10 м).
Оскільки обчислена ширина підошви фундаменту b=1,28<10м, то усереднене значення міцнісних характеристик (φ, с) і питомої ваги γ ґрунту, який залягає нижче підошви фундаменту визначаємо в межах глибини z=b/2=1,02/2=0,51 м. Для подальших розрахунків приймаємо: φІІ=20о, сІІ=19 кПа, γІІ=16,2 кН/м3, Mγ=0,51, Mq=3,06, Mc=5,66 (з табл. 5 при φII=20o); кН/м3 (питома вага ґрунту зворотньої засипки); db=1,4 м. Отже:
Перераховуємо ширину стрічкового фундаменту при R0=243,22 кПа:
.
Приймаємо більшу по ширині типову фундаменту плиту шириною b=2 м за ГОСТ 13580-85. Знайдемо розрахунковий опір грунту:
Перевіряємо виконання умови:
кПа кПа.
Умова виконується. Остаточно приймаємо фундаменту плиту шириною b=2м за ГОСТ 13580-85.
5. Визначення осідання фундаментів.
1.Перевіряють виконання умови ,
2. Креслимо геологічний розріз, наносимо на нього в тому ж масштабі контур фундаменту. Верстви ґрунту, які залягають нижче підошви фундаменту ділимо на розрахункові шари товщиною =4*b.Якщо товщина останнього розрахункового шару верстви грунту ≤4*b ,то перший розрахунковий шар слідуючої верстви роблять таким ,щоб він доповнював попередній до 04*b.
3. Вираховуємо вертикальні напруження від ваги ґрунту і креслимо епюру .
4. Вираховуємо додаткові вертикальні напруження ,
де - коефіцієнт;
Р- середній тиск під підошвою фундаменту;
- вертикальне навантаження від власної ваги на рівні підошви фундаменту.
Креслимо епюру
5. Знаходимо нижню границю стиснення товщі, яка умовно розташована там, де
6. Вираховуємо осідання кожного розрахункового шару, який знаходиться в межах стисненої товщі.
Осідання фундаменту
7.Отриману деформацію порівнюємо згранично допустимою
Стрічковий фундамент по осі 1с
Визначаємо вихідні дані:
тиск на рівні підошви фундаменту р=229 кПа<R=244,46 кПа;
додаткові напруження в ґрунті на рівні підошви фундаменту:
p0=p–σzg0=229–16,2 ∙2,0=264,1 кПа;
товщина розрахункового шару:
hi=0,4b =0,4∙1,4=0,56 м;
Стрічковий фундамент по осі 2с
Визначаємо вихідні дані:
тиск на рівні підошви фундаменту р=206,14 кПа<R=250,66 кПа;
додаткові напруження в ґрунті на рівні підошви фундаменту:
p0=p–σzg0=250,66–16,2∙2,0=218,26 кПа;
товщина розрахункового шару:
hi=0,4b =0,4∙2=0,8 м.
Подальші розрахунки ведемо в табличній фомі.
6. Проектування пальових фундаментів.
Приймаємо забивні залізобетонні призматичні палі квадратного перерізу. Вибираємо метод занурення паль дизель-молотом.
Глибину закладення ростверку приймаємо рівною:
.
У зв´язку з тим, що палі будуть занурюватись в ІГЕ – 3 (суглинок пластичний), вона матиме довжину 11,0 м, та поперечний переріз 30×30 см, марка палі – ПН 110.30
Несучу здатність палі Fd визначаємо як для висячої палі за формулою:
де γc=1,0; A=0,3∙0,3=0,09 м2; u=11∙0,3=3,3 м; γcR=1,0; R=3600кПа.
Допоміжні розрахунки в визначення граничного опору ґрунту на бічній поверхні палі виконуємо в табличній формі
Таблиця 11
До розрахунку несучої здатності палі
Назва ІГЕ
№
hi , м
lі, м
fi,кПа
γcf*hi*fi ,кПа м
ІГЕ-2 Суглинок твердий IL=-0,12 hі=5,5 м
1
2
3
48
96
2
1,5
4,75
55,2
82,8
ІГЕ-3 Супісок пластичний IL=0,67 hi=5,6 м
3
2
6,5
12,48
24,96
4
2
8,5
12,7
25,4
5
1,6
10,3
12,76
20,42
ІГЕ-4 Суглинок пластичний IL=0,3 hі=2,2 м
6
1,6
11,9
67,66
108,23
∑
357,81
Навантаження P, допустиме на палю, виходячи з її несучої здатності по ґрунту, обчислюємо з формули:
кН,
де γk=1,4 (несучу здатність палі визначали розрахунком за формулами СНиП).
Визначаємо відстань між осями сусідніх паль по:
Мінімальна конструктивна відстань між осями сусідніх забивних висячих паль становить аmin=3b=3∙0,3=0,9 м. Максимальна конструктивна відстань між осями сусідніх паль у стрічковому фундаменті становить аmax=8b=8∙0,3=2,4 м. Отже остаточно приймаємо відстань між осями паль a1с=4,66 м., а2с=3,04 м.
7. Література:
СНиП 2.02.01-83 Основания зданий и сооружений М.:Стройиздат. – 1985.
2. СНиП 2.02.03-85 Свайные фундаменты М.:Стройиздат. – 1986.
3. СНиП 2.02.07-85 Нагрузки и воздействия М.:Стройиздат.- 1986.
4. ГОСТ 13579-78 “Фундаментн(е блоки стен подвалов”.
5. ГОСТ 13580-85 “Плиты железобетонные ленточных фундаментов”.
6. ГОСТ 19804-85 “Сваи забивн(е железобетонн(е”.
7. ДСТУ Б В.2.1-2-96. Грунти. Класифікація.
8. М.О. Фурсович “Механіка грунтів, основи і фундаменти”. Рівне, 2002 – 88с.
9. МВ 053-71 “Інженерно-геологічні умови будівельних майданчиків”, НУВГП, Рівне, 2010 – 18 с.
10. МВ 053-2у, УІІВГ, Рівне, 1990, 57 с.
11. МВ 053-93 “Визначення навантажень на основи і фундаменти”, НУВГП, Рівне, 2010 – 20 с.
12. МВ 053-94 “Проектування основ фундаментів мілкого закладення”, НУВГП, Рівне, 2010 – 32 с.