На геологический разрез наносят контур фундамента;

1.         На геологический разрез наносят контур фундамента;

2.         Толщу основания делят на слои ах некоторой ограниченной глубины (ориентировочно 4-кратной ширины подошвы фундамента). Толщину слоем принимают 0.4 ширины фундамента (;

3.         Вычисляют значения вертикального напряжения от собственного веса грунта на границах выделенных слоев по оси Z, проходящей через центр подошвы фундамента, по формуле:

где  – напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента;

 - удельный вес грунта, залегающего выше подошвы фундамента;

 – глубина заложения фундамента от поверхности природного рельефа;

  - соответственно удельный вес и толщина i-го слоя грунта.

Удельный вес грунта, залегающего ниже уровня подземных вод, но выше водоупора, принимается с учетом взвешивающего действия воды. При определении  в водоупорном слое следует учитывать давление столба воды;

4.         Определяют дополнительные вертикальные напряжения на границах выделенных слоев по оси Z, проходящей через центр подошвы фундамента по формуле:

Где  - коэффициент принимаемый по табл. I прил.2 СНиП 5.01.01-99;

 – дополнительное вертикальное давление на основание;

P – среднее давление под подошвой фундамента;

5.         Устанавливают нижнюю границу сжимаемой толщи грунта основания, принимая ее на глубине z = hc, где выполняется условие:

 

6.         Вычисляют значение деформации каждого слоя сжимаемой толщи, а затем определяют осадку фундамента суммированием деформаций отдельных слоев.

Расчет осадки фундамента Ф1:

l × b = 1×1.5 м.

Напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента:

Расчет осадки фундамента выполняем в табличной форме.

Таблица 2 Расчет осадок для фундамента Ф1.

№ слоя	Z, м	szg	x=2z/b	a	szp	szpi	Ei, Мпа	si, см
0 1 2 3 4 5 .6 7 8 9	0,0 0,6 1,2 1.8 2,4 3.0 3.6 4.2 4.8 5.4	28.5 39.9 51.5 63.2 74.8 86.5 98.1 110.1 122.1 134.1	0 0.5 1.6 2.4 3.2 4.0 4.8 5.6 6.4 7.2	1.00 0.972 0.685 0.552 0.326 0.244 0.174 0.135 0.106 0.082	113.0 109.84 77.41 62.37 36.84 27.57 19.66 15.25 11.98 9.27	111.42 93.62 69.89 49.61 32.20 23.62 17.46 13.62 10.62	38.0 12.0 12.0 12.0 12.0 12.0 12.0 30.0 30.0	0.14 0.37 0.28 0.20 0.13 0.09 0.07 0.02 0.02

Ss_i = 1.32 см

Рисунок 2. Эпюры напряжений в основании фундамента Ф1.

Расчет осадки фундамента Ф3:

Напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента:

l × b = 3.3×3 м.

Расчет осадки фундамента выполняем в табличной форме.

Расчет осадок для фундамента Ф3.

Таблица 3

№ слоя	Z, м	szg	x=2z/b	a	szp	szpi	Ei, Мпа	si, см
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10	0.0 0.9 1.9 2.9 3.9 4.5 5.1 5.6 6.3 7.0 7.6	22.8 39.9 57.0 74.1 85.7 97.4 109.0 120.7 132.3 143.9 155.6	0.00 0.6 1.3 1.9 2.6 3.0 3.4 3.7 4.2 4.7 5.1	1.00 0.885 0.592 0.37 0.24 0.19 0.154 0.131 0.106 0.087 0.075	344.6 304.9 204.0 127.5 82.7 65.5 53.1 45.1 36.5 29.9 25.8	324.8 254.5 165.8 105.1 74.1 59.3 49.1 40.8 33.3 27.9	38.0 12 12 12 30 30 30 30 30 30	0.41 1.02 0.66 0.42 0.12 0.09 0.08 0.07 0.05 0.04

Ss_i = 2.96 см

Рисунок 3. Эпюры напряжений в основании фундамента Ф3.

2.4 Расчет осадки фундамента во времени

Сущность расчета заключается в определении величины осадки фундамента в заданные промежутки времени:

Где U – степень консолидации;

S – конечная осадка.

Степень уплотнения определяется по формуле:

где - коэффициент времени, зависящий от физических свойств грунта, толщины слоя, условий и времени консолидации; определяется по формуле:

откуда

откуда

Здесь:  – коэффициент фильтрации, см/год;

 - коэффициент относительной сжимаемости.

Параметры U и функционально связаны и задаваясь U, можно определить

Расчет осадки фундамента Ф1 во времени.

Расчет будем производить для суглинка.

Вычислим значение коэффициента консолидации:

Задаемся значениями степени консолидации U: 0.2; 0.4; 0.6; 0.8; 0.95.

Вычисляем время по формуле, имея в виду что фильтрация двухсторонняя.

Таким образом, получаем:

 = 0.2 х 1.35 = 0.27 см;  = 1.3 х 0.08 = 0.104 года

 = 0.4 х 1.35 = 0.54 см;  = 1.3 х 0.31 = 0.40 года

 = 0.6 х 1.35 = 0.81 см;  = 1.3 х 0.71 = 0.92 года

 = 0.8 х 1.35 = 1.08 см;  = 1.3 х 1.4 = 1.82 года

 = 0.95 х 1.35 = 1.28 см;  = 1.3 х 2.8 = 3.64 года

График осадки фундамента Ф1 во времени

Расчет осадки фундамента Ф3 во времени.

Вычислим значение коэффициента консолидации:

Задаемся значениями степени консолидации U: 0.2; 0.4; 0.6; 0.8; 0.95.

Вычисляем время по формуле, имея в виду что фильтрация двухсторонняя.

 

Таким образом, получаем:

 = 0.2 х 3.24 = 0.648 см;  = 1.3 х 0.08 = 0.104 года

 = 0.4 х 3.24 = 1.296 см;  = 1.3 х 0.31 = 0.40 года

 = 0.6 х 3.24 = 1.944 см;  = 1.3 х 0.71 = 0.92 года

 = 0.8 х 3.24 = 2.59 см;  = 1.3 х 1.4 = 1.82 года

 = 0.95 х 3.24 = 3.078 см;  = 1.3 х 2.8 = 3.64 года

График осадки фундамента Ф3 во времени.

3. Вариант свайных фундаментов

 

3.1 Выбор типа и конструкции свай и свайного фундамента. Назначение глубины заложения ростверка

Тип свайного фундамента выбирается в зависимости от особенностей конструктивных решений надфундаментных конструкций, характера передачи нагрузки на фундаменты. В нашем случае применяем как вариант фундамента Ф1 Ленточный свайный фундамент состоящий из из свай располагаемых в два ряда и безбалочного мнолитного ростверка, а для фундамента Ф3применяем вариант свайного фундамента под колонны каркасных зданий, состоящие из группы свай и ростверка.

Нормативная глубина промерзания грунта равна  = 2.0 м;

Принимаем глубину заложения монолитного ростверка Ф1 по конструктивным соображениям. Для стен подвала толщиной 600 мм принимаем ширину ростверка 900 мм высоту с учетом заделки свай в ростверк 450мм. Глубину заложения монолитного ростверка принимаем -3.4 м.

Выбираем тип сваи, в данных грунтах свая будет работать как висячая. Марка сваи выбирается по её длине, определяемой по формуле

Выбираем марку сваи

l = 0.1 + 1.0 + 6.40 = 7.5 м. По сортаменту выбираем С8-30 длиной 8м, сечением 300х300мм, марка бетона М250, Вес сваи 1.83т., арматура 4Ø12 А-I

3.2 Определение несущей способности сваи и расчетной нагрузки, допускаемой на сваю по грунту основания и прочности материала сваи. Определение количества свай в фундаменте. Поверка фактической нагрузки, передаваемой на сваю.

Несущая способность висячей свай определяется по формуле:

Где , ,  – коэффициенты условий работы,

 – расчетные сопротивления грунта соответственно под нижнем концом сваи и на боковой поверхности сваи;

Расчет свайных фундаментов и свай по несущей способности грунтов производится исходя из условия:

Где N – расчетная нагрузка, передаваемая на сваю от внешних нагрузок;

Р – расчетная нагрузка допускаемая на сваю;

 – коэффициент надежности (;

U – наружный периметр сваи u = 4*0.3=1.2м.

Определим несущую способность свай :

Из таблицы 3 СНиП 2.02.03-85 “Свайные фундаменты” находим

 =  =  = 1.0, A= 0.3x0.3=0.09 м2,

Расчетное сопротивление грунта на отметке нижнего конца сваи, распо- ложенного на глубине 3.4+7.9=11.3м согласно СНиП 2.02.03-85 R=400 кПа.

Расчетное сопротивление грунта на боковой поверхности сваи:

Для песка мелкого:  = 0.8/2 + 3.4= 3.8 м;  37 кПа;

Для суглинка:  = 1.5/2 + 4.2 = 4.95 м;  17 кПа;

 = 1.5/2+5.7= 6.45 м;  17.5 кПа;

Для песка средней плотности:  = 1.3/2+7.2= 7.85 м;  62 кПа;

 = 1.3/2+8.5= 9.15 м;  63 кПа;

В результате для фундамента Ф1:

Расчетная нагрузка допускаемая на сваю:

Определение количества свай в свайном фундаменте рассчитываем по предельному состоянию первой группы. Для этого нагрузки и воздействия можно определить путем умножения нормативных на коэффициент 1.2. При определении размеров ростверка расстояние между осями свай принимается минимальным 3d сваи. Где d размер поперечного сечения сваи.

Определение количества свай в фундаменте Ф1:

Определение фактической нагрузки передаваемой на сваю:

 – 150 кН;  – 24 кН×м;

 =1.2 х 150= 180 кН;

 = 1.2  =1.2 х 24 = 28.8 кН×м;

Количество свай в свайном фундаменте определяется следующим образом:

а) Вычисляем среднее давление под подошвой ростверка:

б) Вычисляем площадь подошвы ростверка по формуле:

При этом вес ростверка с грунтом на уступах определяется из выражения:

G_р,гр = 1,1×А_р×g_m×d_p = 1,1×0.7×20×0,6 = 9.24 кН.

Определяем количество свай с учетом коэффициента 1,2:

Принимаем 1 сваю.

Сваи располагаем в рядовом порядке с расстоянием между осями равным 3×d, т.е. равным 0,9 м.

Конструируем ростверк: Размеры поперечного сечения 700х600(h) мм;

Для фундамента Ф3:

Расчетное сопротивление грунта на отметке нижнего конца сваи, распо- ложенного на глубине 4.3+7.9=12.2 м согласно СНиП 2.02.03-85 R=400 кПа.

Расчетное сопротивление грунта на боковой поверхности сваи:

Для песка мелкого:  = 0.9/2 + 3.4= 3.8 м;  37 кПа;

Для суглинка:  = 1.5/2 + 4.2 = 4.95 м;  17 кПа;

  = 1.5/2+5.7= 6.45 м;  17.5 кПа;

Для песка средней плотности:  = 1.3/2+7.2= 7.85 м;  62 кПа;

 = 1.3/2+8.5= 9.15 м;  63 кПа;

В результате для фундамента Ф3 :

Расчетная нагрузка допускаемая на сваю:

Определение количества свай в фундаменте Ф3:

Определение фактической нагрузки передаваемой на сваю:

 =1.2 х 3400 = 4080 кН;

Вычисляем среднее давление под подошвой ростверка:

Вычисляем площадь подошвы ростверка по формуле:

При этом вес ростверка с грунтом на уступах определяется из выражения:

G_р,гр = 1,1×А_р×g_m×d_p = 1,1×16.17×20×1,6 = 569.2 кН.

Определяем количество свай с учетом коэффициента 1,2:

Принимаем 22 сваи.

Сваи располагаем в рядовом порядке с расстоянием между осями равным 3×d, т.е. равным 0,9 м.

Проверяем усилия в крайних рядах свай.

Конструируем ростверк: Размеры поперечного сечения подколонника 900х900 мм; размеры плиты ростверка: в направлении оси x, y = 0.9+0.3+0.1х2=1.4 м

Принимаем ростверк с размерами плиты 4.2 х 4.2 м. Высота плиты 600мм, размеры подколонника 1260х1460, глубина стакана 950мм.

Вес ростверка и грунта на его уступах:

 = 0.6 х 4.2 х 4.2 + 1.26 х 1.46 х 1.15 = 12.7 м3

= 4.2 х 4.2 х 1.75 – 6.87 = 18.17 м3

= 1.1 (12.7 х 22 + 18.17 х 18) =667.11 кН.

Определим фактическую нагрузку на крайнюю сваю и проверим условия:

Условие:

Р =  кПа £ кПа

P_max = кПа £ 1,2 *= 277.3 кПа

P_min=  кПа > 0

Выполняется.

3.3 Расчет осадки свайного фундамента

Величину ожидаемой осадки свайного фундамента из висячих свай рассчитывают по предельным состояниям второй группы. Расчет осадки производится как для условного фундамента на естественном основании с использованием метода послойного суммирования.

Производим расчет осадки фундамента, рассматривая свайный фундамент как условный массив А, Б, В, Г, границы которого показаны на рисунке.

Боковая граница условного массива, плоскости АБ, ВГ отстоят от граней крайних рядов свай на расстоянии:

где

Здесь  – расчетное значение угла внутреннего трения пройденных сваями слоев грунта толщиной .

h –глубина погружения свай в грунт, м.

Расчет осадки свайного фундамента Ф1.

откуда

Определяем размеры подошвы условного фундамента в плане:

Где

= (19 х 0.8 + 19.4 х 3 + 20 х 2.6) / 7.9= 15.87 кН/м3

 = 2.22 х 1 х 15.87 х 7.9 = 278.3 кН;

Среднее давление под подошвой массива:

Проверяем выполнение условия:

Где  - расчетное сопротивление грунта залегающего непосредственно под подошвой условного фундамента:

кПа

Таким образом:

Условие выполняется.

Расчет осадки условного фундамента проводим по методу послойного суммирования. Результаты расчетов сводим в таблицу:

Напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента:

Таблица 4 Расчет осадок для свайного фундамента Ф1.

№ слоя	Z, м	szg	x=2z/b	a	szp	szpi	Ei, Мпа	si, см
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10	0,00 0,6 1.2 1.8 2.4 3.0 3.6 4.2 4.8 5.4 6.0	125.4 137.7 149.4 161.4 173.4 185.4 197.4 209.4 220.9 232.4 243.9	0.00 0.54 1.08 1.62 2.16 2.70 3.24 3.78 4.32 4.86 5.40	1.00 0.94 0.775 0.596 0.458 0.353 0.277 0.222 0.180 0.149 0.125	210.6 198.0 163.2 125.5 96.5 74.3 58.3 46.8 37.9 31.4 26.3	204.3 180.6 144.4 111.0 85.4 66.3 52.5 42.3 34.6 28.9	30 14 14 14 14 14 14 14 14 14	0.33 0.62 0.49  0.38 0.29 0.22 0.18 0.15 0.12 0.10

Ss_i = 2.88 см

Полученное значение осадки меньше предельно допустимого (8см).

Рисунок 4. Эпюры напряжений в основании свайного фундамента Ф1.

Расчет осадки свайного фундамента Ф3.

Определяем размеры подошвы условного фундамента в плане:

Где

= (19 х 0.9 + 19.4 х 3 + 20 х 4) / 7.9= 19.65 кН/м3

 = 5.72 х 5.72 х 19.65 х 7.9 = 5079 кН;

Среднее давление под подошвой массива:

Проверяем выполнение условия:

Где  - расчетное сопротивление грунта залегающего непосредственно под подошвой условного фундамента:

Таким образом:

 

Расчет осадки условного фундамента проводим по методу послойного суммирования. Результаты расчетов сводим в таблицу:

Таблица 4. Расчет осадок для свайного фундамента Ф3

№ слоя	Z, м	szg	x=2z/b	a	szp	szpi	Ei, Мпа	si, см
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10	0,00 0,6 1.2 1.8 2.4 3.0 3.6 4.2 4.8 5.4 6.0	22.8 34.32 45.84 57.36 68.88 80.88 92.88 104.88 116.88 128.88 140.88	0.00 0.21 0.42 0.63 0.84 1.05 1.26 1.47 1.68 2.89 2.10	1.00 0.968 0.907 0.814 0.689 0.578 0.474 0.397 0.333 0.277 0.238	283 273.9 256.7 230.4 195.0 163.6 134.1 112.4 94.2 78.4 67.4	278.5 265.3 243.5 212.7 179.3 148.9 123.3 103.3 86.3 72.9	30 30 30 30 30 14 14 14 14 14	0.45 0.42 0.39 0.34 0.29 0.51 0.42 0.35 0.30 0.25

Ss_i = 3.72 см

Полученное значение осадки меньше предельно допустимого (8см).

Рисунок 5. Эпюры напряжений в основании свайного фундамента Ф3.

4. Сравнение вариантов фундаментов и выбор основного

 

4.1 Подсчет объемов работ и расчет стоимости устройства одного фундамента по первому и второму вариантам

Подсчитываем объем работ на устройство фундамента Ф3 мелкого заложения, результаты сводим в таблицу.

Таблица 5

Расчет стоимости устройства фундамента мелкого заложения

Наименование работ и конструктивных элементов	Количество	Стоимость (руб)[1]		Ссылка на пункт таблицы[2]
		единицы	общая
Отрывка котлована в сухом грунте в объеме фундамента	21.8 м3	4.1	89.38	А-I-1
Устройство деревянного шпунтового ограждения	36.5м2	5.20	189.8	А-IV-2
Фундаменты железобетонные отдельные (под колонну)	8.13	21.10	171.54	Б-II-1
Гравийная или щебеночная подготовка	1.0 м3	9.3	9.3	Б-2
Итого			460.02

Подсчитываем объем работ на устройство свайного фундамента Ф3, результаты сводим в таблицу.

Таблица 6

Расчет стоимости устройства фундамента мелкого заложения

Наименование работ и конструктивных элементов	Количество	Стоимость (руб)		Ссылка на пункт таблицы
		единицы	общая
Отрывка котлована в сухом грунте в объеме ростверка	14.36м3	4.1	58.88	А-I-1
Забивка свай	6.93м3	35,0	242.55	Б-III-1
Гравийная или щебеночная подушка	0.8м3	4,5	3.6	В-I
Устройство ростверка	6.27	21.1	132.29	Б-II-1
Итого			437.32

4.2 Технико-экономическое сравнение вариантов и выбор основного

По вышеприведенным расчетам видно, что более экономично выгодный вариант – свайный фундамент. Поэтому принимаем за основной вариант свайного фундамента.

4.3 Рекомендации по производству работ, технике безопасности, охране окружающей среды (по выбранному варианту)

Транспортирование свай на стройплощадку и их складирование.

Сваи доставляют на стройплощадку как правило автомобильным транспортом.

В нашем случае перевозка осуществляется автомобилем МАЗ 200В (полуприцеп-платформа), грузоподъмностью 11.5 т., который может перевозить сразу 5 свай. Для разгрузки свай используем автокран КС 230, грузоподъемностью 5т и двухветвевой строп.

Погружение свай.

Для забивки свай используем трубчатый дизель-молот С859 на базе экскаватора.

Устройство ростверков.

Комплексный процесс устройства ростверков состоит из следующих операций:

установка опалубки и арматуры, укладки бетонной смеси, ухода за бетоном, разборки опалубки.

Арматурные сетки необходимо изготавливать на специализированных предприятиях и доставлять на объекты для укрупнительной сборки в армо-блоки. При бетонировании ростверков рекомендуется использовать унифицированную металлическую опалубку.

Варианты бетонирования принимаются взависимости от вида ведущей машины. Уплотняют бетонную смесь глубинным вибратором ИВ-66.

Требования техники безопасности.

При устройстве монолитных ростверков следует строго соблюдать требования СНиП “Техника безопасности в строительстве”

Опалубка и поддерживающие ее леса должны быть прочны и выполнены в соответствии с проектом;

В зоне электропрогрева бетона следует устанавливать сигнальные огни загорающиеся во время подачи напряжения;

В процессе эксплуатации грузозахватные приспособления необходимо периодически осматривать;

Все опасные зоны на стройплощадке должны быть обозначены и ограждены.

Список литературы

1.         Вотяков И.Ф. «Механика грунтов, основания и фундаменты»: Задание на курсовой проект и методические указания по его выполнению для студентов специальности «Промышленное и гражданское строительство». – Гомель: БелГУТ, 1996

2.         Б.И. Далматов, Н.Н. Морарескул, В.Г. Науменко «Проектирование фундаментов зданий и промышленных сооружений»: Учебное пособие для студентов вузов по специальности «Промышленное и гражданское строительство»: 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 1986

3.         М.Н. Гольдштейн, А.А. Царьков, И.И. Черкасов «Механика грунтов, основания и фундаменты»: Учебник для вузов ж.-д. трансп. – М.: Транспорт, 1981

4.         СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты» – М.: Гос. комитет СССР по делам стр-ва, 1986

5.         СНБ 5.01.01-99 «Основания и фундаменты зданий и сооружений» – Минск, 1999г.

6.         СНиП III-4-80* «Строительные нормы и правила», ч.3 «Правила приемки и производства работ», глава 4 «Техника безопасности в строительстве» – М., 1989

[1] В ценах 1988 года. Условно принимать за 1 доллар США

[2] Таблица 4.7. Укрупненные единичные расценки на земляные работы и устройство фундаментов - Вотяков И.Ф. «Механика грунтов, основания и фундаменты»: Задание на курсовой проект и методические указания по его выполнению для студентов специальности «Промышленное и гражданское строительство». – Гомель: БелГУТ, 1996. стр. 52