Проектирование столбчатого фундамента

ВВЕДЕНИЕ

 

Проектирование оснований и фундаментов заключается в выборе основания, типа конструкции и основных размеров фундамента и в их совместном расчете как одной из частей сооружения. Эта, на первый взгляд, простая задача имеет ряд особенностей, значительно осложняющих ее решение.

Основание, фундамент и наземная конструкция неразрывно связаны, влияют друг на друга и должны рассматриваться как единая сис­тема. Деформация и устойчивость грунтов зависят от особенности приложения нагрузки, размеров и конструкции фундамента и всего сооружения. В свою очередь, основные размеры фундамента и конструктивная схема сооружения определяются геологическим строением сжимающих грунтов, а также воспринимаемым давлением. Задача осложняется еще и особенностями строительной площадки и условиями производства работ, причем для одной и той же площадки могут быть приняты несколько вариантов решений.

Целью данных методических указаний является научить студентов делать оптимальный выбор конструкции фундамента с помощью вариантного проектирования.

В работе приводится необходимый справочный материал, а также инструкции по расчетно-графическому оформлению вариантов и пояснительной записки.

 

ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ

 

На основании исходных данных студенты разрабатывают 2 вида фундаментов: мелкого заложения (столбчатый) и свайный под колонну промышленного здания. По результатам технико-экономического сравнения вариантов производят окончательный выбор фундамента.

Необходимые данные (нагрузки на обрез фундамента и грунтовые условия площадки строительства) берутся из табл. 1 и табл. 2 по указанию преподавателя.

Расчет основания столбчатого фундамента выполняют по II-ой группе предельных состояний (по осадкам), а тела фундамента - по I-ой группе.

Расчет свайного фундамента ведут по I-ой группе предельных состояний. В случаях, когда свайный фундамент расположен в слабых грунтах, производится расчет основания по II-ой группе предельных состояний.

 

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ СРАВНЕНИЕ ВАРИАНТОВ

 

Проектирование двух вариантов фундаментов заканчивается технико-экономической оценкой решений. При этом обеспечение прочности, устойчивости, надежности оснований и фундаментов должно достигаться при минимальной стоимости и трудоемкости, а также экономном расходовании строительных материалов.

Подсчет стоимости и трудозатрат для упрощения ведется для фундаментов под одну колонну. Причем учитываются только те виды и объемы работ, которые отличаются при устройстве фундаментов, например: земляные, свайные работы, изготовление монолитного фундамента. Определяют объемы земляных работ следующим образом.

Для устройства столбчатых фундаментов под колонны каркасных зданий отрывают траншеи вдоль горизонтальных разбивочных осей (А, Б, В и т.д.) до отметки подошвы. Выемку грунта для бетонной подготовки толщиной 100мм выполняют вручную. При этом длина траншеи равна шагу колонн 6 или 12 м (если шаг не задан, его принимают равным 6м). Ориентировочно ширина траншеи по низу назначается на 1-2м больше длины фундамента. Верхний ее размер зависит от устойчивости откосов. Показатели крутизны откосов траншеи или котлованов даны в табл. 22.

Таблица 22

Вид грунта	Крутизна откоса (отношение глубины к заложению) при глубине до
1,5 м	3 м	5 м
Насыпной	1:0,67	1:1	1:1,25
Песчаный и крупнообломочный	1:0,5	1:1	1:1
Супесь	1:0,25	1:0,67	1:0,85
Суглинок	1:0	1:0,5	1:0,75
Скальный выветрелый	1:0	1:0,1	1:0,25

 

Для ростверка отрывают траншею, как для столбчатого фундамента, или котлован под каждый свайный куст.

Группу по трудоемкости разработки грунта определяют в соответствии с каталогом земельных расценок, при этом на стадии выполнения курсового проекта допускается все песчаные грунты относить к 1-ой группе, а при включении в них щебня (гальки) более 10% ко 2-ой группе; суглинки и супеси, твердые и полутвердые, относят ко 2-ой группе, в том числе и с примесью щебня (гальки) до 10%; при содержании щебня (гальки) больше 10% - к 3-ей группе.

 

 

Примеры оформления перечня работ по устройству столбчатого фундамента (l =2,7м, b=2,1 м, h_f=2,7м, d=2,85м) приведены в табл. 23 и свайного фундамента (h_f=1,5м, d=1,65м, l =2,4м, b=1,5м, куст из 6-ти свай С90.30) – в табл.24.

Расчет стоимости работ и трудоемкости по возведению данных фундаментов ведут на базе расценок и норм трудозатрат 1984г., приведенных в табл. 25.

По результатам технико-экономического сравнения вариантов делают заключение об эффективности принимаемого решения.

 

ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

 

Курсовой проект состоит из расчетно-пояснительной записки и рабочих чертежей. Оформление его материалов ведется согласно действующего стандарта предприятия.

Расчетно-пояснительная записка (РПЗ) должна содержать введение, основную часть, заключение и библиографический список. Технические требования к РПЗ таковы: рукописный текст с одной стороны нелинованной писчей бумаги формата А4 (297х210 мм); шрифт крупный (не менее 2,5 мм); интервал между строчками - 5-6 мм; нумерация листов - арабскими цифрами.

Материал излагается кратко, без лишних подробностей и повторений. Приводятся только сведения и пояснения, непосредственно относящиеся к рассматриваемому вопросу, со ссылками на литературные источники. Текст должен отличаться четкостью, логической последовательностью и конкретностью описания материала, точностью формулировок и обоснованностью принимаемых решений.

При расчетах особое внимание обращать на точность вычислений. Расчеты сопровождаются графиками и схемами. Масштабные графические построения лучше выполнять на миллиметровой бумаге.

Формулы приводятся в общем виде (без пояснения символов, но с обязательным указанием источника). Каждая формула имеет свой порядковый номер в пределах раздела.

В конце находится перечень литературы, на которую делаются ссылки в тексте. Ссылка на источник заключается в указании его порядкового номера в списке литературы: /5/, /8/ и т.д.

Графическая часть проекта состоит из рабочих чертежей столбчатого и свайного фундамента. Рабочие чертежи выполняются в туши или карандаше на одной стороне листа ватмана формата А2 или А1.

Листы обрамляются прямоугольной рамкой. По трем сторонам отступы составляют 5 мм, а от левого края для удобства брошюрования - 20 мм. В пределах рамки (в правом нижнем углу чертежа) оформляется угловой штамп

 

 

размером 55х185 мм. Он может вычерчиваться или приклеиваться к листу в виде типографических заготовок.

Рабочие чертежи, помимо основных проекций, необходимых для полного представления о данном фундаменте, включают спецификацию его элементов, ведомость расхода материала (бетона и арматуры) на один фундамент, а также примечания. Ниже приводится пример примечаний к рабочим чертежам свайного и столбчатого фундамента.

 

Свайный фундамент

 

1. Отметка 0,000 соответствует абсолютной отметке 214,300.

2. Сваи С90.30-6 по ГОСТ 19804-91, бетон В20, арматура 4Æ12АIII.

3. Допускаемая нагрузка на сваю - 350 кН.

4. Заделка свай в ростверк жесткая: голова сваи разбивается, а арматура заводится в ростверк на 250 мм.

5. Отметка головы сваи после забивки – 0,900, после срубки – 1,350.

6. Свая забивается дизель-молотом С996А до расчетного отказа 1,1 см.

7. Под ростверком устроить воздушную прослойку толщиной 150 мм.

8. Перед началом свайных работ выполнить пробную забивку свай в соответствии со СНиП 3.02.01.87.

 

Столбчатый фундамент

 

1. Отметка 0,000 соответствует абсолютной отметке 214,300.

2. Основанием служит песок мелкий, средней плотности, мало-влажный с расчетными характеристиками (С_II=2,2кПа; j_II=32,5°; Е=29МПа); слабые грунты на отметке – 6,500.

3. Грунты пучинистые; нормативная глубина промерзания 3,12м.

4. Под фундаментом выполнить бетонную подготовку из бетона В 3.5 толщиной 100мм.

5. Обратную засыпку траншеи выполнять слоями толщиной 0,3м с уплотнением.

6. Применены фундаментные балки 2БФ48 по ГОСТ 28737-90

(серия 1.415.1-2).

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК   1. ГОСТ 25100-95. Грунты. Классификация. - М.: Изд-во стандартов, 1995. - 31с. 2. СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986. - 46 с. 3. СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1984. - 40 с. 4. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1987. - 36 с. 5. СНиП 1.02.07-87. Инженерные изыскания для строительства. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1988. - 104 с. 6. СНиП 3.02.01-87. Земляные сооружения, основания и фундаменты. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1988. - 124 с. 7. СНиП 2.03.01-84. Бетонные и железобетонные конструкции. - М.: ЦИТП Гос­строя СССР, 1985. - 89 с. 8. Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП 2.02.01-83). - М.: Стройиздат, 1986. 415 с. 9. Пособие по проектированию железобетонных ростверков свайных фунда­ментов (к СНиП 3.02.01-83). - М.: Стройиздат, 1986. - 568 с. 10. Пособие по проектированию фундаментов на естественном основании под колонны зданий и сооружений (к СНиП 2.03.01 84). - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1985 - 52 с. 11. Веселов В.А. Проектирование оснований и фундаментов. - М.: Стройиздат, 1990. - 304 с. 12. Далматов Б.И. Механика грунтов, основания и фундаменты. - Л.: Стройиз­дат, 1988. - 416 с. 13. Основания, фундаменты и подземные сооружения: Справочник проекти­ровщика. - М.: Стройиздат, 1985. - 480 с.

 

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………………3

1. ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ………………………………...…………..3

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТОЛБЧАТОГО ФУНДАМЕНТА………………………7

2.1. Оценка инженерно-геологических условий площадки строительства……..7

2.2. Определение глубины заложения фундамента………………………………9

2.3. Определение нагрузок действующих на фундамент и основание…….…..14

2.4. Определение размеров подошвы фундамента….…………………………...15

2.5. Определение расчетного сопротивления грунта основания……………….16

2.6. Проверка условий расчета основания по деформациям………………..…..16

2.7. Проверка давления на кровлю слабого слоя…………………………….…..19

2.8. Определение средней осадки основания методом послойного

суммирования ………..…………………….…………………………………20

2.9. Конструирование столбчатого фундамента………………………………23

3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СВАЙНОГО ФУНДАМЕНТА……………………..…...28

3.1. Назначение вида сваи и ее параметров ……………………………………..28

3.2. Определение несущей способности забивной сваи…………………………31

3.3. Определение числа свай в фундаменте и эскизное конструирование ростверка………………………………………………………………………35

3.4. Расчет свайного фундамента по несущей способности грунта основания..37

3.5 Определение осадки свайного фундамента……………..……………………38

3.6. Выбор сваебойного оборудования. Назначение расчетного отказа……….40

3.7. Конструирование свайного фундамента…………………………………….41

3.8. Расчет плиты ростверка на продавливание колонной ……………………...41

3.9. Расчет плиты ростверка на продавливание угловой сваей…………………42

4. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ СРАВНЕНИЕ ВАРИАНТОВ……………….43

5. ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ КУРСОВОГО ПРОЕКТА………………...44

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК……………………………………………….50

 

ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ. Методические указания к курсовому проектированию для сту­дентов специальности 290500 "Городское строительство и хозяйство"

Составил Олег Михайлович Преснов

Редактор В.Р. Наумова

Подписано в печать. Формат 60х84/16 Бумага тип №1 Офсетная печать Усл.печ.л. Уч.-изд.л. Тираж 100 экз. Заказ Отпечатано на ризографе КрасГАСА 660041, Красноярск, пр. Свободный, 82

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Проектирование оснований и фундаментов заключается в выборе основания, типа конструкции и основных размеров фундамента и в их совместном расчете как одной из частей сооружения. Эта, на первый взгляд, простая задача имеет ряд особенностей, значительно осложняющих ее решение.

Основание, фундамент и наземная конструкция неразрывно связаны, влияют друг на друга и должны рассматриваться как единая сис­тема. Деформация и устойчивость грунтов зависят от особенности приложения нагрузки, размеров и конструкции фундамента и всего сооружения. В свою очередь, основные размеры фундамента и конструктивная схема сооружения определяются геологическим строением сжимающих грунтов, а также воспринимаемым давлением. Задача осложняется еще и особенностями строительной площадки и условиями производства работ, причем для одной и той же площадки могут быть приняты несколько вариантов решений.

Целью данных методических указаний является научить студентов делать оптимальный выбор конструкции фундамента с помощью вариантного проектирования.

В работе приводится необходимый справочный материал, а также инструкции по расчетно-графическому оформлению вариантов и пояснительной записки.

 

ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ

 

На основании исходных данных студенты разрабатывают 2 вида фундаментов: мелкого заложения (столбчатый) и свайный под колонну промышленного здания. По результатам технико-экономического сравнения вариантов производят окончательный выбор фундамента.

Необходимые данные (нагрузки на обрез фундамента и грунтовые условия площадки строительства) берутся из табл. 1 и табл. 2 по указанию преподавателя.

Расчет основания столбчатого фундамента выполняют по II-ой группе предельных состояний (по осадкам), а тела фундамента - по I-ой группе.

Расчет свайного фундамента ведут по I-ой группе предельных состояний. В случаях, когда свайный фундамент расположен в слабых грунтах, производится расчет основания по II-ой группе предельных состояний.

 

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТОЛБЧАТОГО ФУНДАМЕНТА

 

Рекомендуется следующая последовательность операций при проектирова­нии столбчатого фундамента:

оценка инженерно-геологических условий площадки строительства;

назначение глубины заложения фундамента;

предварительное определение размеров подошвы фундамента и его веса;

приведение нагрузки к подошве фундамента;

установление расчетного сопротивления грунта основания;

проверка соблюдения условий расчета по деформациям и корректировка разме­ров подошвы фундамента;

проверка давления на кровлю слабого слоя;

определение средней осадки основания фундамента методом послойного сумми­рования;

конструирование фундамента, расчет его железобетонной конструкции;

определение объемов работ и стоимости столбчатого фундамента;

сравнение предлагаемого решения с типовым;

оформление чертежа и расчетно-пояснительной записки.

 

2.1. ОЦЕНКА ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ПЛОЩАДКИ СТРОИТЕЛЬСТВА

 

Проектирование начинается с ознакомления с грунтовыми условиями, расчета показателей, заполнения формы (табл. 3). При этом необходимо руководствоваться следующими рекоменда­циями.

Число строк в таблице должно соответствовать числу слоев грунта в задании. При на­личии уровня подземных вод, находящегося в водопроницаемом слое, число строк увеличивают на одну, чтобы обозначить части слоя грунта, находящегося над и под горизонтом подземных вод. В последнем случае грунт считается насыщенным водой, т.е. коэффициент водонасыщения грунта S_r=1.

Физические характеристики грунта находят по формулам. Например, если заданы значения коэффициента пористости e и влажности w, то определяют последовательно плотности грунта ρ_d =ρ_s/(1+e) и ρ=ρ_d(1+w). Затем определяют S_r = wρ_s/eρ_w, где ρ_s - плотность частиц грунта, значение которой принимают для песчаных и крупнообломочных грунтов равным 2,66 т/м³, для пылевато-глинистых грунтов равным 2,7 т/м³; - плотность воды (равна 1 т/м³).

При заданном значении ρ и w находят и е по формулам r_d = r/(1+w),

е = (r_s- r_d)/r _d, далее – S_r.

 

Для грунтов, находящихся выше уровня подземных вод, а также для водонепроницаемых грунтов (ил, суглинок, глина), расположенных под водой удельный вес рассчитывают по формуле , где - ускорение свободного падения.

В тех случаях, когда водопроницаемый грунт расположен ниже горизонта подземных вод, определяют удельный вес с учетом взвешивающего действия воды γ_sb по формуле g_sb = g(r_s – 1) / (1 + e).

Для водонепроницаемых грунтов дополнительных значений не находят, заносят значения r, γ, с, φ, E. В остальных случаях ставится прочерк.

Полное наименование грунта принимают для песчаных грунтов в зависимости от плотности сложения (табл.4) и степени влажности (табл.5), для глинистых - по показателю текучести (табл.6), который определяют по формуле J_L = (w-w_Р)/(w_L-w_P), где w_L и w_P – влажности соответственно на границе текучести и на границе пластичности.

Нормативные значения характеристик с _II, φ_II, E принимают по табл.7 и табл.8, если отсутствуют данные полевых или лабораторных испытаний грунтов.

Расчетное сопротивление грунта R_o для предварительного определения размеров подошвы фундамента принимают по табл.9.

На основании анализа свойств и характеристик грунтов дается оценка грунтовых условий для учета их при последующем проектировании фундамента. Оценочные критерии приводятся в пояснительной записке под таблицей с расчетными характеристиками грунта.