Проектирование оснований и фундаментов гражданских зданий

Нижегородский государственный

архитектурно-строительный университет

 

Кафедра оснований и фундаментов

 

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

«Проектирование оснований и фундаментов

гражданских зданий»

 

 

Преподаватель                                                   Белякова Н.Е.

Студент  гр.ПГС з-08/2                                       Снегирев А.В.

 

 

 

 

 

 

 

Нижний Новгород 2013 год

СОДЕРЖАНИЕ

Введение…………………………………………………………………………....2

1. Обработка физико-механических  характеристик грунтов………………..….2

    1.1.1. ИГЭ-1………………………………………………………………………3

    1.1.2. Обработка  результатов испытаний грунта  штампом……………….….4

      1.2.1. ИГЭ-2…………………………………………………………………....5

      1.2.2. Обработка  результатов компрессионных испытаний  грунта……..….6

    1.3.1. ИГЭ-3……………………………………………………………………...7

    1.3.2. Обработка результатов компрессионных испытаний грунта……….…8

2.1. Оценка инженерно-геологических  условий площадки строительства…...11

2.2. Выполнение вертикальной  привязки фундаментов здания. Выделение  рациональных вариантов фундамента……………………………………….….11

3. Конструктивная характеристика  здания. Определение нагрузок на  фундаменты в расчетных сечениях……………………………………………...12

   3.1. Определение нагрузок  на фундаменты в расчетных  сечениях…………12

3.1.1. Постоянные нагрузки…………………………………………………..13

      3.1.2. Временные  нагрузки………………………………………………...…15

4. Расчет и конструирование  фундаментов

   4.1. Определение глубины  заложения подошвы фундамента…………….…19

   4.2.Определение размеров  подошвы фундамента…………………………....19

   4.3. Конструирование  фундамента…………………………………………….21

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

    В соответствии  с заданием необходимо запроектировать  основания и фундамент под  жилое здание в городе Томск. Наружные и внутренние стены здания выложены из глиняного кирпича. В здании имеется подвал. Высота подвала 2,5 м. Кровля состоит из 4 слоев рубероида на мастике, в роли защитного слоя выступает гравий. Плиты перекрытия ж\б многопустотные по серии 1.141-1.

    На участке  строительства пробурено 3 скважины, каждая скважина прошла 2слоя  грунта и заглублена в 3-ий. 1-ый слой грунта испытан в полевых условиях штампом, 2-й и 3-й слои испытаны в грунтоведческих лабораториях. На глубине погружения скважин грунтовых вод не обнаружено.

1. Обработка физико-механических характеристик грунтов.

    1.1.1. ИГЭ-1

Тип грунта определяется по гранулометрическому составу (17, табл.2.1.).

Тип грунта песок мелкий, так как масса частиц крупнее 0,1 мм  75% и более.

Необходимые физические характеристики грунта в дополнение к определенным в геотехнической лаборатории ρS =2,65 т\м3; ρII =1,68 т\м3; W=11%, φII =280.

- коэффициент пористости:

    [1.13]        

где:  =2,65 - плотность частиц грунта

                            [1.13]

Тип грунта по плотности сложения – средней плотности, так как 0,6< е<0,8

(17, табл.2.3.).

-пористость:                                    [1.14]

- плотность грунта во  взвешенной водой состоянии:

ρSB=(ρS- ρW)·(1-n)=(2,65-1)·(1-0,42)=0,95 т\м3   [1.15]

- удельный вес грунта  во взвешенном водой состоянии:

**Sb= ρSB·g=0,95·10=9,5 кН\м3                                [1.16]

- плотность грунта в  сухом состоянии:

,        где ,         [1.17]

- удельный вес грунта  в сухом состоянии:

**d= ρd·g=1,51·10=15,1 кН\м3                            [1.18]

- степень влажности:

      где:  =1 - плотность воды;  ; [1.19]

Песок маловлажный, т.к. степень влажности 0 < Sr ≤ 0,5 (17, табл.2.2.).

Песок средней плотности, маловлажный поэтому

R0 =300 кПа             (17, табл.3.1)

 

     

 

  1.1.2.Обработка результатов испытаний грунта штампом.

    Модуль деформации по результатам испытаний грунта штампом в полевых условиях – график S=f(p) приведен на рис.1

Рис.1. График испытания грунта штампом

    

 

 

 

В соответствии с ГОСТ 12374-77 «Грунты. Методы полевого испытания статической нагрузкой» модуль деформации грунта Е вычисляется для прямолинейного участка графика:

   [1.11]

где: ω=0,79– безразмерный коэффициент, учитывающий форму штампа

             d=0,798 м – диаметр штампа

             - коэффициент Пуассона

  - приращение давления между двумя точками, взятыми на усредняющей прямой:

[1.12]

 где  , т.е. давление от собственного веса грунта на уровне заложения фундамента

- принимается по графику  давление, соответствующее конечной  точке прямолинейного участка, =350кПа

ΔР=350-50=300 кПа

- приращение осадки штампа  между двумя точками

[1.13]

где - осадки штампа, соответствующие началу и концу прямолинейного участка графика S=f(P)

Для рассмотрения случая испытания супеси стандартным штампом площадью А=5000 см, диаметром d=0,798 м, модуль деформации определится:

 

1.2.1. ИГЭ-2

Необходимые физические характеристики грунта в дополнение к определенным в геотехнической лаборатории ρS =2,68 т\м3; ρII =1,62 т\м3; W=16%, Wp=14%, WL =20%, φII =170, CII = кПа.

-число пластичности:

    [1.1]

где:  =20% - влажность на границе текучести

=15% - влажность на границе  пластичности

тип грунта – супесь, т.к. число пластичности 1< Ip < 7 (5, табл.2)

-показатель текучести:

                    [1.2]

супесь характеризуется как пластичная, т.к. 0≤IL≤1 (5, табл.2).

- коэффициент пористости:

            

где:  =2,68 - плотность частиц грунта

                         [1.3]

-пористость:                                    [1.5]

- плотность грунта во  взвешенной водой состоянии:

ρSB=(ρS- ρW)·(1-n)=(2,68-1)·(1-0,47)=0,89 т\м3   [1.6]

- удельный вес грунта  во взвешенной водой состоянии:

**Sb= ρSB·g =0,89·10=8,9 кН\м3[1.7]

- плотность грунта в  сухом состоянии:

,        где ,         [1.8]

- удельный вес грунта  в сухом состоянии:

**d= ρd·g=1,39·10=13,9 кН\м3                            [1.9]

 Расчетное сопротивление супеси составит R0 =216 кПа (19, табл.3.1).

 

1.2.2. Обработка  результатов компрессионных испытаний  грунта

-модуль деформации определяется по результатам компрессионных испытаний:

    [1.20]

где:  - коэффициент пористости при давлении 100кПа

- коэффициент пористости  при давлении 200кПа

=100кПа

=200кПа

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис1.2. График компрессорных испытаний e=f(P)

 

 

 

По графику определяем характеристики сжимаемости:

где  

-компрессионный модуль деформации:

     [1.21]

где:  - коэффициент пористости при давлении 100 кПа

- безразмерный коэффициент (для супесей 0,74)

 

1.3.1. ИГЭ-3

Тип грунта определяется по гранулометрическому составу (17, табл.2.1.).

Тип грунта песок гравелистый, так как масса частиц крупнее 0,2 мм более25%.

Необходимые физические характеристики грунта в дополнение к определенным в геотехнической лаборатории ρS =2,66 т\м3; ρII =1,89 т\м3; W=16%, φII =380.

- коэффициент пористости:

    [1.22]        

где:  =2,66 - плотность частиц грунта

                            [1.22]

Тип грунта по плотности сложения – средней плотности, так как 0,55<е<0,7

(17, табл.2.3.).

-пористость:                                    [1.23]

- плотность грунта во  взвешенной водой состоянии:

ρSB=(ρS- ρW)·(1-n)=(2,66-1)·(1-0,38)=1,029 т\м3 [1.24]

- удельный вес грунта  во взвешенной водой состоянии:

**Sb= ρSB·g=1,029·10=10,29кН\м3                                [1.25]

- плотность грунта в  сухом состоянии:

,        где ,         [1.26]

- удельный вес грунта  в сухом состоянии:

**d= ρd·g=1,62·10=16,2 кН\м3                            [1.27]

- степень влажности:

      где: =1 - плотность воды;  ; [1.28]

Песок влажный, т.к. степень влажности 0,5 < Sr ≤ 0,8 (19, табл.2.2.).

Песок средней плотности, влажный поэтому

R0 =500 кПа             (19, табл.3.1)

1.3.2. Обработка результатов компрессионных испытаний грунта

-модуль деформации определяется  по результатам компрессионных испытаний:

    [1.29]

где:  - коэффициент пористости при давлении 100кПа

- коэффициент пористости  при давлении 200кПа

=100кПа

=200кПа

По графику определяем характеристики сжимаемости:

где  

-компрессионный модуль  деформации:

     [1.30]

где:  - коэффициент пористости при давлении 100 кПа

- безразмерный коэффициент (для песков 0,76)

Рис1.3. График компрессорных испытаний e=f(P)

 

   

 

 

 

2.1. Оценка инженерно-геологических  условий площадки строительства.

    На рис.2.1 приведен инженерно-геологический разрез, выполненный по данным трех буровых колонок. Указанное расстояние между буровыми скважинами соответствует их положению на плане размещения геологических выработок.

Площадка характеризуется благоприятными условиями для строительства: имеет относительно ровный рельеф, отмечается горизонтальное простирание слоев грунта.

    В геологическом  отношении площадка строительства  представлена следующими инженерно-геологическими  элементами:

    I – песок мелкий, маловлажный, средней плотности **II =17,1кН\м3, е=0,75;

 Е=13,23 МПа, R0 =300 кПа, толща 3-3,3 м, который может быть использован в качестве естественного основания.

    II – супесь пластичная, влажный, **II =15,9 кН\м3, е=0,91;Il=0.33;

 Е=5,13 МПа, R0 =216 кПа, толща 1,2-1,5 м, который не может быть использован в качестве естественного основания, т.к. он имеет рыхлое основание.

    III – песок гравелистый, средней плотности, влажный, **II =18,6 кН\м3, е=0,63; Е=30,72МПа, R0 =500 кПа, толща не определена, который может быть использован в качестве естественного основания.

 

 

Табл.1. Физико-механические характеристики грунтов

Тип грунта	Удельный вес, кН\м3	удельный вес твердых частиц, кН\м3	Природная влажность, %	Удельный вес сухого грунта кН\м3	Удельный вес грунта во взвешенном состоянии, кН\м3	Коэффициент пористости, д.е.	Пористость, %	Влажность на границе текучести,%	Влажность на границе раскатывания, %	Число пластичности, %	Показатель текучести, д.е.	Коэффициент водо-насыщенности, д.е.	Угол внутреннего трения, градусы	Удельное сцепление, кПа	Модуль деформации, МПа	Условное расчетное сопротивление грунта основания, кПа
	**II	**s	W	**d	**sd	e	n	WL	WP	IP	IL	Sr	φII	CII	E	R0
Песок мелкий	17,1	26,5	11	15,1	9,5	0,75	0,42					0,38	28	-	13,23	300
Супесь пластичная	15,9	26,8	16	13,9	8,9	0,91	0,47	20	14	6	0,33	-	17	10	5,13	216
Песок гравелистый	18,6	26,6	16	16,2	10,29	0,63	0,38	-	-	-	-	0,67	38	-	30,72	500