Б3. В. 7 основания и фундаменты

Б3. В. 7 ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ

ПРОЕКТИРОВАНИЕ

ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к курсовой работе

Направление 270100 Строительство

Уфа 2012

УДК 378.147:532

ББК 74.58:30.128

Х

Рекомендовано к изданию методической комиссией факультета землеустройства и лесного хозяйства (протокол № __ ___ ноября 2012 г.)

Составитель: профессор Хафизов А. Р. Методические указания составлены по аналогичным разработкам строительного факультета ФГБОУ ВПО УГНТУ

Рецензент: профессор ФГБОУ ВПО УГНТУ Недосеко И. В.

Ответственный за выпуск: заведующий кафедрой природообустройства, строительства и гидравлики к.с.-х.н., доцент Мустафин Р.Ф.

ВВЕДЕНИЕ

Студенты Направление 270100 Строительство выполняют курсовую работу по дисциплине «Основания и фундаменты».

В практике работы проектных организаций данные, используемые при проектировании оснований, фундаментов и подземных сооружений, многочисленны и разнообразны. Для учебных целей использованы лишь самые необходимые: схема сооружения, данные инженерно-геологических условий строительной площадки и сведения о нагрузках.

Основное внимание при выполнении курсовой работы необходимо уделить анализу взаимодействий между основанием, фундаментом и сооружением.

В учебно-методическом пособии изложены требования по выполнению курсовой работы и его защиты.

ЗАДАЧИ КУРСОВОй работы

Основной задачей проектирования является комплексное решение инженерной задачи расчета оснований и фундаментов. По заданным характеристикам грунтов строительной площадки необходимо определить наименование грунтов, оценить их несущую способность, обосновать несколько вариантов фундаментов для рассматриваемого здания. Выполнить расчеты фундаментов мелкого заложения и свайных. Сравнить варианты фундаментов по критерию стоимости, обосновать выбор необходимой гидроизоляции.

В процессе проектирования студент должен научиться пользоваться справочной литературой, ГОСТ, СНиП, правильно выражать свои мысли в пояснительной записке, показать умение грамотно оформлять графическую часть работы.

Задание на курсовую работу

Исходные данные

Курсовая работа выполняется на основе индивидуального задания, которое содержит следующие исходные данные:

1 Схема сооружения (приложение А, рисунок А.1-А.16) и его конструктивные особенности (план, разрез, размеры); усилия на отметке обреза фундамента от расчётных нагрузок (приложение А, таблица А.1);

2 Характеристика строительной площадки (приложение Б): место строительства; план участка, на котором показаны места расположения разведочных скважин с указанием номера и абсолютной отметки устья каждой скважины; рельеф участка определен горизонталями; геологические и гидрогеологические условия площадки изображены в виде разрезов по скважинам (приложение Б, рис. Б.1-Б.30). Физико-механические характеристики грунтов приведены в таблице Б.1. Гранулометрический состав песчаных грунтов приведен в таблице Б.2.

2.2 Выбор задания

Вариант задания выдается в виде числа С. Г.H, где:

С – номер схемы (см. приложение А);

Г – номер варианта инженерно-геологического разреза, места строительства (см. приложение Б, рисунки Б.1-Б.30, таблицы Б.1, Б.2) и вариант размеров (чётный, если Г - чётное и нечётный, если Г - нечётное) (см. приложение А, таблица А.1, графа 2);

Н – вариант нагрузок (см. приложение А, таблица А.1: Н=1 – графы 4,5,6; Н=2 – графы 7,8,9);

   Пример. Вариант, выданный студенту, 10.15.1.

«С»: схема 10 – ремонтный цех (приложение А, рисунок А.10);

«Г»: вариант 15 инженерно-геологического разреза, место строительства г. Караганда  (см. приложение Б, рисунок Б.15), инженерно-геологическое напластование состоит из слоев грунтов 19,14,2 и 25. Показатели физико-механических свойств принимаем по приложению Б, таблицы Б.1, Б.2 (в таблице Б.2 приведён гранулометрический состав песчаного грунта № 14). Вариант размеров нечётный (15) – принять L=24 м по таблице А.1, графа 2.

«Н»: вариант нагрузок 1 принять по приложению А, таблице А.1, графы 4,5,6. Например, нагрузка на фундамент №1 ремонтного цеха: N=1,28 МН; М= - 0,40 МН*м, Q= - 0,02 МН*м.

Состав курсовой работы

Курсовая работа состоит из пояснительной записки и графической части, выполненных в соответствии с требованиями на оформление технической документации. Пояснительная записка должна содержать все требуемые расчеты и пояснения к графической части. Она должна быть примером оформления технической документации на листах формата А4.

Графическая часть курсовой работы выполняется на одном листе формата А1 (814´576 мм).

Пояснительная записка

В пояснительной записке приводится обоснование рассматриваемых вопросов. Расчеты необходимо выполнять, пользуясь международной системой единиц СИ, пояснять расчетными схемами, рисунками, таблицами. В тексте должны быть ссылки на нормативную и техническую литературу, используемую при выполнении работы. Библиография (список используемой литературы) приводится в конце пояснительной записки. Каждый раздел пояснительной записки должен завершаться выводами о проведенных расчетах. В начале пояснительной записки располагается задание, реферат и содержание, где перечисляются её основные разделы и подразделы. При оформлении пояснительной записки необходимо соблюдать требования ГОСТ 2.105-95, ГОСТ 2.106-68*. Пояснительная записка должна содержать:

- титульный лист (приложение В, рисунок В.1);

- задание (приложение В, рисунок В.2);

- реферат (приложение В, рисунок В.3);

- содержание;

- анализ конструктивных особенностей здания и характера нагрузок на основание;

- состав грунтов, анализ инженерно-геологических условий и оценку расчётного сопротивления грунтов;

- выбор возможных технических решений фундаментов (два варианта);

- расчёт фундаментов по варианту 1 (мелкого заложения);

- расчёт фундаментов по варианту 2 (свайные);

- технико-экономическое обоснование вариантов фундаментов (таблица 5.1);

- заключение (приложение В, рисунок В.4);

- библиографический список.

Графическая часть

Чертеж выполняется в соответствии с требованиями ГОСТ. За нулевую отметку здания принимается отметка пола первого этажа. Чертеж должен содержать (см. приложение В, рисунок В.5):

– схематический поперечный разрез и план сооружения (масштаб 1:200);

– инженерно-геологический разрез (масштаб верт. 1:200; масштаб гориз. 1:1000) с наименованием инженерно-геологических слоев грунта с нанесенными фундаментами – мелкого заложения и свайного с указанием абсолютных отметок – планировочных и заложения подошвы фундамента, рядом с разрезом построена эпюра табличных значений R₀;

– план участка в горизонталях с нанесенным зданием и с привязкой скважин к осям здания;

– совмещенный план фундаментов мелкого заложения и свайного ростверка (масштаб 1:100) с привязкой к осям, марками и отметками подошвы фундаментов и ростверков;

– план свайного поля (масштаб 1:200) с привязкой свай к разбивочным осям, маркировкой и нумерацией свай;

– все типоразмеры фундаментов (мелкого заложения и свайных) – сечения и план с привязками, размерами, отметками и маркировкой сборных элементов (масштаб 1:50);

– развёртку ленточного фундамента для участка стены не менее 12 м;

– спецификации сборных и монолитных элементов с указанием их количества, расхода бетона, свайного поля (см. приложение В, рисунок В.6);

– необходимые примечания к информации на листе (инженерно-геологические условия строительства, принятые материалы, марки и серии сборных элементов, наличие подготовки под фундаменты, особенности производства работ и проч.).

Масштабы, приведенные выше, являются ориентировочными и могут быть изменены в каждом конкретном случае.

Наименование грунтов

В задании на проектирование (см. приложение Б, таблица Б.1, Б.2) приведены физико-механические характеристики дисперсионных (без жестких структурных связей) грунтов – песчаных и пылевато-глинистых. Грунт относится к глинистым если в характеристиках грунта имеется влажность на границе текучести w_L и влажность на границе раскатывания w_р, если же они отсутствуют, то грунт – песчаный.

При определении физико-механических характеристик грунтов следует помнить, что число пластичности I_p и показатель текучести I_L определяются для глинистых грунтов.

 Наименование песчаного грунта определяется по гранулометрическому составу, плотности сложения и степени влажности [1, таблица Б.10, Б.17, Б.18 или приложение Е (таблица Е.1, Е.2, Е.3)].

Наименование глинистого грунта определяется по числу пластичности I_p, индексу текучести I_L и коэффициенту пористости е [1, таблица Б.11, Б.14 или приложение Е (таблица Е.4, Е.5)].

Если грунты находятся ниже уровня подземных вод, то необходимо учитывать взвешивающее действие воды (кроме грунтов, которые являются водоупором). В этом случае, в соответствии с законом Архимеда, удельный вес грунта определяется с учетом взвешивающего действия воды g_sb.

Таким образом, каждому слою инженерно-геологической толщи дается наименование на основании определенных физико-механических харатеристик, получаемых лабораторным и расчетным путем. Например:

Слой № ____: песок мелкий рыхлый насыщенный водой – толщина слоя 4 м. Удельный вес γ = 18,2 кН/м³, угол внутреннего трения j= 19°, модуль деформации Е=24,8 МПа; условное расчетное сопротивление R_о не нормируется [2,  приложение 3, таблица 2 или приложение Е (таблица Е.6)]:

мелкий – размер зерен диаметром более 10 мм составляет 83% [1, таблица Б.10];

насыщенный водой – S_r=0,87>0,8 [1, таблица Б.17]);

рыхлый – e=0,875>0,75 [1, таблица Б.18]).

Слой № ____: глина полутвёрдая – толщина слоя 5 м. Удельный вес γ = 19,2 кН/м³, угол внутреннего трения j= 17,5°, удельное сцепление с=27 кПа, модуль деформации Е=20,91 МПа; условное расчетное сопротивление R_о=208,9 кПа [2, приложение 3, таблица 3 или приложение Е (таблица Е.5)]:

глина– I_p = 0,254 > 0,17 [1, таблица Б.11]);

полутвердое состояние – 0<I_L=0,224<0,25 [1, таблица Б.14].

Несущая способность грунтов

Для определения предварительных размеров подошвы фундамента мелкого заложения (ФМЗ) пользуются значением несущей способности грунтов R₀ (п. 4.2.1). Необходимо помнить, что R₀ приведены для фундаментов, имеющих ширину b=1 м и глубину заложения d=2 м. Затем эти размеры уточняют по предельным состояниям основания с использованием расчётного сопротивления грунтов R [2, формула (7)], которое зависит от свойств грунта, размеров фундамента, конструктивных особенностей здания.

Варианты фундамента

Отличительной особенностью проектирования фундаментов является вариантность. Для типового здания не существует типового фундамента. При выборе того или иного фундамента необходимо учитывать совместную работу основания, фундамента и надземных несущих конструкций здания, инженерно-геологические, гидрогеологические, климатические условия строительной площадки (глубины сезонного промерзания см. приложение Е, рис. Е.7), чувствительность несущих конструкций здания к неравномерным осадкам, крену и другие особенности здания, методы выполнения работ по устройству фундаментов, возможности строительной организации и ряд других факторов. Все это приводит к необходимости разработки нескольких вариантов фундаментов. Наиболее оптимальный из них определяется путем технико-экономического сравнения вариантов.

Проектирование оснований и фундаментов выполняется с учетом следующих положений:

- обеспечение прочности и эксплуатационных требований зданий;

- максимального использования прочностных и деформационных свойств грунта;

- максимального использования прочности материала фундамента;

- достижение минимальной стоимости, материалоемкости и трудоемкости.

При учебном проектировании необходимо предложить и обосновать не менее двух типов возможных в данных условиях вариантов фундаментов. В первую очередь должен быть рассмотрен вопрос о возможности применения фундаментов мелкого заложения и свайных. При наличии слабых грунтов необходимо решить вопрос об искусственном увеличении несущей способности таких грунтов (уплотнение, устройство подушек, закрепление и др.)

Отсутствие на небольших глубинах прочных грунтов ведет к необходимости применения фундаментов в виде сплошной железобетонной плиты, перекрестных лент и т.д.

Для зданий с большими нагрузками или в случае необходимости расположения помещений на большой глубине, ниже уровня подземных вод, в слабых водонасыщенных грунтах может оказаться целесообразным, а иногда и единственно возможным применение опускных колодцев или конструкций «стена в грунте».

Сравнение вариантов фундаментов выполняется по критериям стоимости (приложение Г, таблица Г.1).

Проектирование оснований

Расчетная схема «фундамент-основание» представляет собой совокупность упрощающих предположений относительно геометрической схемы конструкции, свойств материалов и грунтов, характера взаимодействия конструкции с основанием и схематизации возможных предельных состояний.

Одно и то же сооружение может иметь разную расчетную схему в зависимости от вида предельного состояния, цели расчета, вида учитываемых воздействий и разработанности методов расчета.

Для расчета деформаций оснований используются преимущественно расчетные схемы основания в виде:

- линейно-деформируемого полупространства с условным ограничением глубины сжимаемой толщиН_с. Нижняя граница сжимаемой толщи основания принимается на глубине z=Н_с, где выполняется условие s_zp=0,2s_zg (s_zp – дополнительное вертикальное напряжение; s_zg –вертикальное напряжение от собственного веса грунта). Если найденная граница находится в слое грунта с модулем деформации Е<5 МПа или такой слой залегает непосредственно ниже z=Н_с, то нижняя граница сжимаемой толщи определяется из условия s_zp=0,1s_zg;

- линейно-деформируемого слоя, если:

а) в пределах сжимаемой толщи основания Н_с, определенной как для линейно-деформируемого полупространства, залегает слой грунта с модулем деформации Е₁>100 Мпа и толщиной h₁, удовлетворяющей условию

                                  ,                                     (4)

где Е₂ – модуль деформации грунта, подстилающего слой грунта с модулем деформации Е₁;

б) ширина (диаметр) фундамента b³10 м и модуль деформации грунтового основания Е³10 МПа.

Толщина линейно-деформируемого слоя Н в случае «а» принимается до кровли малосжимаемого грунта, в случае «б» вычисляется в соответствии с п. 8 приложения 2 [2].

Конструктивные указания

Фундаменты под колонны выполняются монолитными. Отметка верха фундаментов при железобетонном каркасе принимается на 150 мм ниже отметки чистого пола зданий, при металлическом – на 600 мм (900 и 1200 мм).

Высота подколонника (стаканной части) определяется условием заделки в стаканы колонн сплошного или двухветвевого сечения. Зазоры между колонной и стенками стакана составляют с каждой стороны 50 мм внизу и 75 мм вверху, торец колонны не доходит до дна стакана на 50 мм. Минимальная толщина стенок стакана 200 мм.

Форму подошвы отдельных фундаментов при центральной нагрузке рекомендуется принимать квадратной, если этому не препятствуют подземные сооружения, фундаменты под оборудование и т.п. При внецентренной нагрузке подошву фундамента рекомендуется принимать прямоугольной формы с соотношением сторон прямоугольной подошвы фундамента 1:1,2; 1:1,4.

Монолитные фундаменты железобетонных и стальных колонн рекомендуется проектировать с плитной частью ступенчатого типа (см. рис. 4.2). Высоту фундамента рекомендуется назначать кратной 300 мм (от 1500 до 4200 мм).

Размеры в плане подошвы фундамента, ступеней, подколонника рекомендуется принимать кратными 300 мм.

Размеры ступеней (по горизонтали и вертикали) рекомендуется назначать равными 300, 450, 600 мм.

Под монолитными фундаментами независимо от подстилающих грунтов рекомендуется предусматривать устройство бетонной подготовки толщиной 100 мм из бетона класса В7,5.  

Расчет свайных фундаментов

Расчет свайного фундамента выполняется в соответствии с нормативными документами [2,3].

Проектирование свайного фундамента предусматривает выбор вида свай и их размеров, определение несущей способности свай и конструирование свайного поля, выбор размеров ростверка и расчет свайного фундамента по предельным состояниям основания, выбор способа и оборудования для погружения свай.

Расчет свайного фундамента рассмотрен в [8,9,11]. Номенклатура сборных забивных железобетонных призматических свай приведена в приложении Д (таблица Д.3). 

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ СРАВНЕНИЕ ВАРИАНТОВ        ФУНДАМЕНТОВ

Технико-экономическое сравнение вариантов фундаментов выполняется на основании показателей стоимости прямых затрат на устройство фундаментов (приложение Г, таблица Г.1) с заполнением таблицы 5.1. Это сравнение можно выполнить с учётом всех фундаментов, так и по одному фундаменту (например, по которому рассчитывалась его осадка).

Таблица 5.1. - Технико-экономическое сравнение вариантов

ФМЗ