Фундамент на естественном основании и свайных

Обновлено: 29.04.2024

Оценка грунтовых условий и обстановки. Назначение глубины заложения фундаментов. Проверка подлинности напряжений фундамента под колонну. Определение осадки и других возможных для данного сооружения деформаций, сравнивание с предельными. Расчет осадки.

Рубрика Строительство и архитектура
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 10.01.2014
Размер файла 413,5 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Расчет фундамента мелкого заложения на естественном основании и свайного фундамента

В курсовой работе произведен расчет фундаменты мелкого и глубокого заложения. По полученным данным проведена оценка экономической эффективности рассчитанных типов фундаментов. На основе оценки сделан вывод, какой из типов фундаментов наиболее подходит для возведения в данных геологических условиях.

1. Исходные данные грунтовой обстановки. Место строительства - г. Челябинск

Радиотелевизационная передающая станция

Стены внеш. Перекрытия Покрытие

Кирпич Сб. ж.б. Сб. ж.б.

5 кН/м 2 пол. нагр.

Примечание: расчет без скалы!

Рис. 1 Схема напластования грунтов

Рис. 2 Вариант схемы сооружения

2. Оценка грунтовых условий

Слой I:

Jp = WL - Wp = 0.21 -0.17 = 0.04 - число пластичности

Грунт данного слоя относится к супесям пластичной консистенции.

Pd=p/(1+W)=1.96/(1+0.20)=1.63 т/м 3

Грунт насыщенный с коэффициентом пористости е = 0,63.

Расчетные значения удельного сцепления и угла трения для расчетов по несущей способности:

Грунт непросадочный и ненабухающий при замачивании.

Полное наименование грунта:

супесь пластичной консистенции с коэффициентом пористости е = 0.63 насыщенная, непросадочная и ненабухающая при замачивании.

Слой II:

Jp = WL - Wp = 0.33 -0.21 = 0.12

Грунт данного слоя относится к суглинкам текучепластичной консистенции.

Грунт насыщенный с коэффициентом пористости е = 0,86.

Расчетные значения удельного сцепления и угла трения для расчетов по несущей способности:

Грунт непросадочный и ненабухающий при замачивании.

Полное наименование грунта:

суглинок текучепластичной консистенции с коэффициентом пористости е = 0.86

насыщенный, непросадочный и ненабухающий при замачивании.

Слой III:

Jp = WL - Wp = 0.36-0,08=0,28

Грунт данного слоя относится к глинам текучепластичной консистенции.

Pd=p/(1+W)=1.86/(1+0.30)=1.43 т/м 3

Грунт насыщенный с коэффициентом пористости е = 0,92.

Расчетные значения удельного сцепления и угла трения для расчетов по несущей способности:

Грунт непросадочный и ненабухающий при замачивании.

Полное наименование грунта:

глина текучепластичной консистенции с коэффициентом пористости е = 0.92

насыщенная, непросадочная и ненабухающая при замачивании.

3. Оценка грунтовой обстановки

Определяем условное расчетное сопротивление для каждого слоя грунта (ширина фундамента b = 1 м., глубина заложения d = 2 м). Расчетная формула:

На данном этапе (оценка условного расчетного сопротивления) принимаются Ус1 Ус2 и k равными 1. db=0 (без подвала)

R =1*1/1* [0.314*1 *1*19.1 + 2.274 * 2 * 19.6 + 0 + 4.81 * 3] = 109.6 КПа.

R = 1*1/1* [0.216 * 1 *1 * 18.8 + 1.863 * 2 * 19.3 + 0 + 4.329 *12]= 127.9 КПа.

R = 1*1/1* [0.172 * 1 * 1 * 18.6 + 1.694 * 2 * 19.1 + 0 + 4.122 * 12] = 117.4 КПа.

Определение глубины заложения фундаментов на естественном основании

Определение глубины заложения фундамента с учетом глубины сезонного промерзания грунта.

Нормативная глубина промерзания (г. Челябинск)

Расчетная глубина промерзания

-коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения,

Принимаем конструктивную глубину заложения:

4. Сбор нагрузок

Поскольку в дальнейшем предполагается выполнить расчет основания фундаментов мелкого заложения по деформациям (это обусловлено заданием на проектирование), то производится сбор нагрузок в основных сочетаниях. В этом случае необходимо учесть все постоянные, все временные длительные и кратковременные нагрузки.

Результаты сбора нагрузок сводим в таблицу

1.1. Собственный вес колонны у = 25 кН/м 3 ; ахЬ = 0.4х0.4 м; Н= 6,8 м.

1.2. Собственный вес перекрытий: q = 3,5 кН/м 2 ;

1.3. Собственный вес покрытия: q = 3.2 кН/м 2 ; ахЬ = 6х6 м.

2.1. Полезная нагрузка на перекрытие: V = 5 кН/м 2 ;

2.2. Снеговая нагрузка: V = 1 кН/м 2 ;

1.4 Собственный вес кирпичной стены: у = 17 кН/м 3 ; В = 0.51 м; Н=З.0 м, L=6 м.

a. Сбор нагрузок на колонну 4Б:

Подсчет нагрузки от надземных конструкций здания:

NkN = 27,2+126 +115,2+180+36= 484,4 кН.

Nk =29,9+151,2+149,8+216+43,2=590,1кН.

б. Сбор нагрузок на колонну 1В:

Подсчет нагрузки от надземных конструкций здания:

NkN = 27,2+0,25 (126+115,2+180+36)+156,1=297,6 кН.

Nk =29,9+0,25 (151,2+149,8+216+43,2)+171,7=341,7 кН.

Проверка допустимости напряжений под подошвой фундамента под колонну 4Б

Принимаем фундаменты по приложению 6 ФБ-37 под колонну и выполняем проверку допустимости напряжений.

Расход бетона, м 3

Размеры фундамента, мм

Р =(N H + G H )/b*l+/-6M H /lb 2 =(484.4кН+288кН)/2.4 м*3 м=107.3 кН/м 2

где N - нагрузка от надземных конструкций здания;

G H - вес фундамента и грунта на его обрезах:

G H = A*d*p = 2,4 м*3 м*2 м*20кН/м 3 = 288 кН;

где А - площадь подошвы фундамента;

d - глубина заложения;

р - осредненный удельный вес массива в объеме, равном Ad (р = 20 кН/м 3 );

М - момент относительно центра тяжести площади подошвы фундамента.

В нашем случае нагрузка передается центрально, т.е. М = 0.

Расчетное сопротивление грунта под подошвой:

В данном случае коэффициенты yc1и уc2 принимаются по приложению 8 [1], здесь равны 1; к = 1, кz = 1; Му, Mq и Мс - см. табл. в п. 2,2; dв=0 - глубина заложения фундамента без подвальных помещений.

R =1*1/1* [0.314*1 *1.8*19.1 + 2.274 * 2 * 19.6 + 0 + 4.81 * 3] = 114.3 кН/м 2

P = 107.3 кН/м 2 ? R = 114.3 кН/м 2 . (выполняется)

Проверка допустимости напряжений под подошвой фундамента под колонну 1В

Принимаем фундаменты по приложению 6 ФБ-31 под колонну и выполняем проверку допустимости напряжений.

Расход бетона, м 3

Размеры фундамента, мм

Р =(N H + G H )/b*l+/-6M H /lb 2 =(297,6 кН+252кН)/2.1 м*3 м=87,2 кН/м 2

где N н - нагрузка от надземных конструкций здания;

G н - вес фундамента и грунта на его обрезах:

G н = A*d*p = 2.1 м*3 м*2 м*20кН/м 3 = 252 кН;

где А - площадь подошвы фундамента;

d - глубина заложения;

р - осредненный удельный вес массива в объеме, равном Ad (р = 20 кН/м 3 );

М н - момент относительно центра тяжести площади подошвы фундамента.

В нашем случае нагрузка передается центрально, т.е. М н = 0.

Расчетное сопротивление грунта под подошвой:

В данном случае коэффициенты yc1 и ус2 принимаются по приложению 8 [1], здесь равны 1; к = 1,=1; MY, Mq и Мс - см. табл. в пункте 2.2; dв =0 - глубина заложения фундамента без подвальных помещений.

R =1*1/1 [0,314*1*2.1*19.1 + 2.274*2*19.6 + 0 + 4.81*3] =116,2 кН/м 2

P=87,2 кН/м 2 R = 116,2 кН/м 2 . (выполняется)

5. Определение осадки и других возможных для данного сооружения деформаций и сравнивание их с предельными

Для расчета осадки по схеме линейно-деформируемой среды производится построение эпюры бытовых давлений, для чего значения давлений определяются на границах слоев, на уровне горизонта грунтовой воды и на отметке заложения подошвы фундамента. Если грунт находится ниже горизонта грунтовой воды, это обстоятельство надо учитывать.

Производится построение эпюры дополнительных давлений, для чего слои грунтов ниже подошвы предварительно разбиваются на элементарные слои hi=0.4*b. Разбивка должна совпадать с границами слоев и с горизонтом грунтовой воды.

Результаты расчета осадки сводим таблицу. Для колонны 4Б

Глубина от поверх. Н, м

Толщина элем. слоя, м

После этого проверяем выполнение условия: . Принимаем предельную осадку .

S = 0.049 м < Su = 0.2 м (выполняется).

Определяем нижнюю границу сжимаемой толщи основания , по условию: (0,005 МПа).

Производится построение эпюры расчетных сопротивлений в предположении, что подошва фундамента последовательно занимает места на границах слоев грунтов и на отметке горизонта грунтовой воды.

где левая часть условия - действующее суммарное давление на кровлю слабого слоя; Rz - расчетное сопротивление на кровле слабого слоя.

Производится построение эпюры расчетных сопротивлений в предположении, что подошва фундамента последовательно занимает места на границах слоев грунтов и на отметке горизонта грунтовой воды.

- средневзвешенное значение удельного веса вышележащих слоев грунта.

· Для фундамента ФБ37:

на границе первого и второго слоев:

На отметке ниже на 2 м от границы второго и третьего слоев:

Проверяем напряжения на подстилающий слой, которые не должны превышать величины Rz для этого грунта на глубине залегания его кровли:

zp + zg = 11,78+120,50 = 132,28 кН/м 2 R1К = 286 кН/м 2 ;

zp + zg = 6,2+156,48= 153,56 кН/м 2 R = 324 кН/м 2 ;

zp + zg = 19,9+100,3 = 140,01 кН/м 2 Rнгст = 249 кН/м 2 ;

Рис. 3 Эпюры бытовых, дополнительных напряжений и расчетных сопротивлений

Толщина элем. слоя, м

После этого проверяем выполнение условия: . Принимаем предельную осадку .

S = 0.034 м < Su = 0.2 м (выполняется).

Определяем нижнюю границу сжимаемой толщи основания , по условию: (0,005 МПа).

Производится построение эпюры расчетных сопротивлений в предположении, что подошва фундамента последовательно занимает места на границах слоев грунтов и на отметке горизонта грунтовой воды.

где левая часть условия - действующее суммарное давление на кровлю слабого слоя; Rz - расчетное сопротивление на кровле слабого слоя.

Производится построение эпюры расчетных сопротивлений в предположении, что подошва фундамента последовательно занимает места на границах слоев грунтов и на отметке горизонта грунтовой воды.

- средневзвешенное значение удельного веса вышележащих слоев грунта.

· Для фундамента ФБ31:

на границе первого и второго слоев:

На отметке ниже на 2 м от границы второго и третьего слоев:

Проверяем напряжения на подстилающий слой, которые не должны превышать величины Rz для этого грунта на глубине залегания его кровли:

zp + zg = 11,78+120,50 = 132,28 кН/м 2 R1К = 284 кН/м 2 ;

zp + zg = 6,2+156,48= 153,56 кН/м 2 R = 323кН/м 2 ;

zp + zg = 19,87+88,2 = 108,07 кН/м 2 Rнгст = 224 кН/м 2 ;

Рис. 4 Эпюры бытовых, дополнительных напряжений и расчетных сопротивлений

6. Расчет осадки во времени

Данный расчет производится для определения скорости протекания осадки фундамента.

Предполагается, что для грунта справедлива теория фильтрационной консолидации.

Расчет осадки во времени для колонны 4Б

Рис. 5 Эпюра дополнительных давлений.

P/ P = 68,1/22,3 = 3,05;

Где Qt1 - степень консолидации,

Sгл =0.049 - осадка в глинистом грунте;

Для пятого расчетного случая:

Коэффициент консолидации слоя:

где: H - мощность слоя, для 5 расчетного случая:

Сw-плотность воды, кН/м 3 ;

a - коэффициент уплотнения

k - коэффициент фильтрации, ;

e - коэффициент пористости слоя, e = 0.86

Осадки во времени колонны 4Б

График осадок фундамента во времени:

Расчет осадки во времени для колонны 1В

Рис. 6 Эпюра дополнительных давлений

P/ P = 48/19,87 = 2,41

Где Qt1 - степень консолидации,

Sгл =0.034 - осадка в глинистом грунте;

Для пятого расчетного случая:

Коэффициент консолидации слоя:

H - мощность слоя, для 5 расчетного случая:

Сw-плотность воды, кН/м 3 ;

a - коэффициент уплотнения

k - коэффициент фильтрации, ;

e - коэффициент пористости слоя, e = 0.86

Осадки во времени колонны 4Б

График осадок фундамента во времени:

Заключение по результатам проектирования фундаментов на естественном основании

Расчет естественного основания под фундамент оказался удовлетворительным. Поэтому окончательно принимаем ранее выбранные размеры фундаментов (ФБ31 и ФБ37). Необходимые чертежи фундаментов даны в конце работы.

7. Проектирование и расчет свайного фундамента

Сбор нагрузок на колонну 4Б

Подсчет нагрузки от надземных конструкций здания:

NkN = 27,2+126 +115,2+180+36= 484,4 кН.

Nk =29,9+151,2+149,8+216+43,2=590,1кН.

Расчет свай под фундамент под колонну 4Б

Изначально зададимся количеством свай (п = 4) и их длиной (1 = 5.5 м, длина острия 0.25 м). Из заданного количества свай и нагрузки на фундамент определим необходимую несущую способность одиночной висячей сваи.

Где гк =1,4, N01=590.1кН, а = 1 м (шаг свай), d = 2 м (заложение подошвы ростверка), гм=20кН/м 3

n=1.4*590.1/ (-1.15*1 2 *2*20)=4;=252,5кН.

Исходя из несущей способности одной сваи определим площадь ее поперечного сечения.

Где , = 1,0 и = 1,0 (коэффициенты условий работы грунта исходя из выбранного способа погружения свай: погружение забивкой сплошных свай механическими, паровоздушными и дизельными молотами), R = 860 кПа - сопротивление грунта под нижним концом сваи (глубина 7.65 м), U - периметр сечения сваи, А - площадь сечения сваи.

Толщу грунта, прорезываемого сваей разбиваем на слои толщиной не более 2 м. и для каждого слоя в зависимости от мощности и средней глубины залегания определяем расчетное сопротивление fj грунта по боковой поверхности сваи.

Обращаюсь к специалистам по основаниям и фундаментам. Встречались ли вам вам комбинированные фундаменты на свайно-естественном основании ( я им придумал такое название). Например под колонны ставятся сваи и объединяется все это ростверком на естественном основании. При расчете учитываются не только сваи но и коэффициенты постели под ростверком. Для пояснения прилагаю картинку.
Имеет ли право на жизнь такой фундамент? Если да, то посоветуйте по нему литературу. В СНиПЕ и СП я таких фундаментов не встречал.
[ATTACH]1189013278.jpg[/ATTACH]

На фиг это надо, ты каждый раз пытаешься выжать из конструкции, в частноти по ф-там.
Я бы на твем месте так бы не рисковал.

__________________
Работаю за еду.
Working for food.
Für Essen arbeiten.
العمل من أجل الغذاء
Працую за їжу.

Это идея не моя. Нам на экспертизу пришел именно такой фундамент. И ему нужно вынести приговор (и фундаменту и конструктору его придумавшему).

__________________
Работаю за еду.
Working for food.
Für Essen arbeiten.
العمل من أجل الغذاء
Працую за їжу.

проектировщик ж/б, ОиФ

__________________
Работаю за еду.
Working for food.
Für Essen arbeiten.
العمل من أجل الغذاء
Працую за їжу.

У меня тоже есть желание его загнобить. Я и мое начальство тоже считаем что учет упругого основания под ростверком это бред. Но нужны веские и убийственные аргументы этого.

проектировщик ж/б, ОиФ

То depak
Такие перекрестные балочные ростверки возможно допустить если включить их в работу фундамента как балка-стенка , в виде мероприятия против неравномерных осадок основания , но тогда надо что бы усилие в колоннах было не больше несущей способности сваи .
Надо брать и считать . , возможно у такой конструкции есть (или нет ) право на жизнь .

Такие перекрестные балочные ростверки возможно допустить если включить их в работу фундамента как балка-стенка , в виде мероприятия против неравномерных осадок основания , но тогда надо что бы усилие в колоннах было не больше несущей способности сваи .
Надо брать и считать . , возможно у такой конструкции есть (или нет ) право на жизнь .

__________________
Мосты важнее, чем дома, они более святы, чем церкви, ибо сильнее объединяют.. ..они возводятся именно в тех местах, где сходится множество человеческих потребностей, они долговечнее других строений и никогда не служат какой-то скрытой или злой цели..

Очевидно , что равновесием не пахнет . Значит можно сделать определенный вывод : Если движение здания будет равномерное (осадка) , то с учетом того что ниже лежат более прочные слои грунта , то сдание может провалицца под землю всего лишь на пару этажей . Ну подумаешь через лет 10 будет вместо 25 этажей всего лишь 18 , зато можно будет хвастацца всем что есть построенный 7 этажный паркинг .

Проведем параллель: при сваях стойках, опирающихся на скальные грунты, трение по боковой поверхности сваи не учитываеЦЦа. Это связанно с тем, что трение возможно только при смещении (осадке) сваи в вертикальном направлении. А при скальных ф-тах это невозможно.
Теперь с вариантом

комбинированные фундаменты на свайно-естественном основании

Если грунты под нижним концом висячей сваи имеют модуль деформации Е, значительно больший, чем под плитой, то пока грунт под сваями (условным ф-том) не осядет, упругое основание под плитой не сработает. К тому же проблема с определением коэф постели под плитой (лентой). Абстрагируясь от подробностей, коэф постели прямо пропорционален давлению и осадке под плитой. Как определить часть давления, которую способна нести плита, а какая остается сваям? Какая часть общих осадок фундамента зависит от свай, а какая от плиты? Без ответа на эти вопросы точно задать упругое основание под плитой (лентой) нереально.
Вывод: поддерживаю вышевысказавшихся коллег в плане того, что упругое основание под лентоми учитывать не надо (пусть это будет в запас прочности) :wink:

В продолжениии- а если играть длиной свай (предпоагаю)- в сторону уменьшения.то что будет.
DEM, а причем тут Забайкальск- поясни..

Геотехника. Теория и практика

Все ранее действующие (советские) нормы по проектированию свайных фундаментов не учитывали возможность включения в работу ростверка (знали, но не разрешали - на всякий случай). Располагай по тем нормам сваи на расстоянии 3d-6d и забудь, что ростверк поможет в случае чего. Правда, еще в 30-е годы были попытки Герсеванова и других его коллег учесть работу ростверка при больших осадках , но все осталось тогда на уровне научных дисскусий, не вошло в нормы.
Если то, что Вы предлагаете есть конструкция, в которой совместно с сваями включается в работу ростверк, то это есть вошедший в нормы (сначала в МГСН, затем в СП - а в странах СНГ (кроме Украины- мы говорят и без вас умные :P ) он называется Межгосударственный свод правил (МСП) 5.01-101-2003 "Проектирование и устройство свайных фундаментов" (можно его и выше упомянутые скачать из инета практически бесплатон, за SMS-ку). Называется этот раздел 7.4.10 Расчет осадки комбинированных свайно-плитных фундаментов (КСП). Там все расписано, как и что, в том числе как разделяется из общей жесткости системы грунт+сваи+ростверк ее составляющие. Материал, откровенно говоря слабоват по некоторым позициям, но другого пока нет. Когда у нас, в Астане года 3 назад мы начали широко применять КСП в высотных зданиях, то первое, что пришлось делать - обучать экспертизу и буквально водить пальцем (три-четыре раза, а иногда до дырки) по нормам и объяснять, что это такое. Потом, как правило следовало радостое "А. теперь понятно, подписываю!".
Проблема в другом - упомянутый пункт применяется только для расчетов по второму предельному состянию. Осадку еще можно определить. Если пойти дальше, то понятно насколько более сложно корректно расчитать для КСП арматуру. Что только не придумывали наши умельцы - и в SCADe, и в Лире ( в том числе вставки увеличенной жесткости) но все ерунда, особенно в тех случаях, когда в ростверке расстояние меду сваями есть и 3d , например под колоннами и 6-7d на других участках. Короче - кто: создатели из Лира Софт или SCAD, или других ПК сделает это в последующих релизах, тот и выиграет битву гигантов. Расчет как КСП показывает в отдельных случаях довольно приличные резервы и экономию. В Лире ответили, что работают в этом направлении.

По поводу комбинированных свайно-плитных фундаментов (КСП), я их прекрасно знаю и считаю. Но в том то и дело что это не плита не КСП а комбинированный свайно-ленточный фундамент. О таком я впервые слышу. И думаю что врятли такие испытывали. Здесь численным экпериментом не обойтись, нужны натурные испытания.

В продолжениии- а если играть длиной свай (предпоагаю)- в сторону уменьшения.то что будет.
DEM, а причем тут Забайкальск- поясни..

__________________
Работаю за еду.
Working for food.
Für Essen arbeiten.
العمل من أجل الغذاء
Працую за їжу.

Геотехника. Теория и практика

Нормативных документов по расчету комбинированных свайно-ленточных роствеков могу заверить (слежу за этим) нет. Вопросов там еще больше, чем в СП. Есть несколько диссертаций, где все это пытались сделать, но о них забывали, как правило сразу после банкета. Еще раз повторяю - и КСП и комбинированные свайно-ленточные ростверки есть поле битвы расчетных ПК. А пока - считайте по старым нормам (т.е. просто ответить, а откуда взали, где нормы - No comment!), т.е. считайте вариант без учета работы ростверка.

DEM, добро пожаловать)))..
там пучинистые грунты..бывает мерзлота..островная.
в Манчжурку зайди- весь Китай дешевле.

Типы фундаментов и области их применения

Фундамент — это наиважнейшая часть любой постройки. От надежности фундамента зависит надежность всего здания или сооружения.

Для того чтобы дом покоился на надежном фундаменте, а не трещал по швам и рассыпался, необходимо основательно подойти, в первую очередь, к выбору типа фундамента. Для этого нужно понимать какие бывают фундаменты и в каких случаях каждый из них следует применять.



Фото: характерные наклонные трещины от неравномерной осадки фундамента

Как это бывает в большинстве случаев, у каждого типа фундамента есть и преимущества, и недостатки. Не углубляясь в тонкости, попробуем выяснить какой фундамент подходит для Ваших условий больше.

[Фундамент — несущая строительная конструкция, часть здания или сооружения, которая воспринимает все нагрузки от сооружения, перераспределяет их и передает на грунтовое основание]

2. Типы грунтовых оснований для фундаментов

Основание фундамента — слои грунта, залегающие ниже подошвы фундамента и воспринимающие нагрузку от него. Основания могут быть естественными и искусственными.

Естественное основание – это грунты природного сложения, не подвергавшиеся никакому вмешательству со стороны человека и образовавшиеся естественным путем.

Искусственные основания – это слои грунта, появившиеся в результате целенаправленных действий человека. Из искусственных оснований часто применяются – планомерно возведенные насыпи, песчаные и грунтовые подушки, слои грунта, уплотненные тяжелыми трамбовками, искусственно закрепленные грунты.

Проектирование искусственных оснований необходимо в случае если никакие типы фундаментов в данных конкретных грунтовых условиях не могут обеспечить требуемую прочность, жесткость и устойчивость здания/сооружения, или это экономически невыгодно.

Например — если на месте строительства Вашего дома оказался небольшой участок с залежами торфа толщиной около 1м, а вы планировали возведение малозаглубленного фундамента или полов по грунту, то целесообразно заменить этот слой слабого грунта на песок с послойным уплотнением – это и будет искусственным основанием. Такое решение позволит избежать неприятностей с фундаментом в будущем и сэкономить некоторую сумму денег.

3. Основные типы фундаментов

Основных типов фундаментов всего 4:

1. Столбчатые (отдельные) фундаменты – отдельные, не связанные между собой опоры под стены или колонны здания, имеющие сравнительно небольшую глубину заложения.

2. Ленточные фундаменты – сплошные линейные фундаменты под несущие стены здания.

3. Плитный фундамент – сплошная фундаментная плита, как правило из монолитного железобетона, сразу под все сооружение или под секцию сооружения.


Свайные ростверки

Свая – стальной, железобетонный (а иногда и деревянный) стержень, погруженный в грунт сквозь слабые слои для передачи нагрузки на более прочные грунты основания, как правило расположенные на глубине более 4 м.

4. Свайные фундаменты – ленточные, столбчатые или плитные фундаменты, опертые на сваи.

[В случае опирания на сваи, конструкция, объединяющая несколько свай, называется свайным ростверком (столбчатым, линейным или плитным)]

4. Какие грунты под фундаментом?

Важнейшим этапом проектирования фундамента являются инженерно-геологические изыскания. Правильнее изыскания выполнять еще до начала проектирования.

[Инженерно-геологические изыскания – комплекс работ по изучению грунтов и грунтовых вод в основании будущего сооружения. Включают в себя как минимум бурение разведочных скважин с отбором образцов грунта и грунтовой воды и последующим испытанием их в грунтовой лаборатории]

Дело в том, что фундамент, как отмечалось выше – важнейшая часть любого сооружения, и правильность выбора параметров фундамента напрямую зависит от правильности и полноты сведений о грунтах в его основании.


Пример инженерно-геологического разреза

Даже лучшие инженеры-проектировщики в области фундаментов не смогут правильно запроектировать конструкцию, если у них неверные или неполные сведения о грунтах в основании. Проект будет заведомо ошибочным, или фундамент окажется избыточно дорогим и трудоемким.

[Недостаток сведений о грунтах при проектировании фундамента можно перекрыть только большими запасами по прочности и, как следствие, перерасходом финансов, но и это не дает гарантии надежности]

Если вы не знаете какие грунты залегают под вашим будущим фундаментом то попробуйте поспрашивать соседей которые уже начали или даже окончили строительство на своих участках. Если и у соседей не окажется информации о инженерно-геологических изысканиях то рекомендую прочитать статью определяем тип и характеристики грунта самостоятельно без лаборатории.

5. Столбчатые (отдельные) фундаменты – все за и против

Отдельно стоящие столбчатые фундаменты применяются не только в малоэтажном строительстве, но и при строительстве производственных, торговых, административных и жилых зданий.


Глубина заложения таких фундаментов обычно сравнительно небольшая — от 0 до 3,0 метров, размеры в плане меняются в широких приделах от 0,3х0,3 для деревянных построек до 4,5х4,5 м под колонны многоэтажных зданий. Располагаются отдельные столбчатые фундаменты с определенным шагом вдоль стен или под узловыми точками здания (углами, колоннами, пересечением балок и т.д.) и не связаны между собой ничем кроме надземной части зданий или сооружения.

[Когда говорят «столбчатый фундамент» имеют ввиду не фундамент в виде столба небольшого сечения, а фундамент имеющий колонную часть — столб и плитную часть — подошву.]

Вообще в литературе времен СССР отдельный столбчатый фундамент на естественном основании под колонны был основным решением для каркасных зданий по технико-экономическим показателям (самый дешевый вариант). То есть его применение рассматривалось ранее всех остальных вариантов.

Когда столбчатые отдельные фундаменты следует применять?

  1. прежде всего когда проектируется/строится каркасное здание, то есть нагрузка на основание предается точечно, от каждой колонны каркаса отдельно.
  2. когда недалеко от поверхности (на глубине 1,5-3 м) залегают достаточно прочные грунты, которые могут воспринимать расчетные нагрузки от здания при сравнительно небольших размерах подошвы фундамента (в моей практике самая крупная подошва ступенчатого фундамента была размером 4,5х4,5 м, но это не предел);
  3. При малоэтажном строительстве под не ответственные деревянные постройки (баня, сарай) при сухих прочных грунтах — применяют малозаглубленные или поверхностные столбчатые фундаменты как максимально простой и дешевый вариант.

Бывают случаи, когда столбчатые фундаменты – единственное рациональное решение даже при строительстве крупного объекта. Как правило эта ситуация происходит когда характеристики грунтов ухудшаются по мере увеличения глубины их залегания.

Например, при разработке проекта для двухэтажного торгового центра в его основании в верхней части геологического разреза оказались достаточно прочные грунты , а нижние слои становились тем слабее, чем глубже они залегают вплоть до глубины 10-12 м. Применение свай в таких условиях только ухудшает положение, а ленточные и плитные фундаменты не выгодны из-за большого шага колонн (9х9 м).

Преимущества столбчатого фундамента:

  • Самая невысокая стоимость из всех типов;
  • Простота возведения.

Недостатки:

  • Требуют дополнительных конструкций для опирания стен здания (монолитный цоколь, фундаментные балки), а для зданий с подвалам требуется отдельное возведение стен подвала;
  • Фундаменты не связаны между собой и, как следствие, не перераспределяют нагрузки. Для исключения неравномерных осадок, фундаменты должны иметь точно подобранные размеры подошвы в зависимости от действующей нагрузки на них — если нагрузки разные, то и размеры фундаментов разные;
  • Применимы только на относительно прочных и однородных грунтах.

При малоэтажном строительстве столбчатые фундаменты можно порекомендовать только для деревянных дачных построек, или если в основании действительно прочные грунты (гравий, средний или крупный песок, скала).

Для домов из жестких каменных материалов (кирпич, газобетон) такие фундаменты не подходят из-за большого риска неравномерных осадок, что для тяжелых хрупких стен недопустимо.

Кроме того, применение столбчатых фундаментов вызывает необходимость в создании какого-либо жесткого цоколя здания (фундаментные балки, нижняя деревянная обвязка или др.) на который будут опираться стены здания, а если здание с подвалом необходимо отдельно возводить стены подвала.

6. Ленточные фундаменты – когда они нужны?

Ленточный фундамент выполняется в виде непрерывного замкнутого в плане контура (ленты) под всеми наружными и внутренними несущими стенами здания. А если есть несущие стены, значит здание не каркасное. Иногда ленточный фундамент применяют и для каркасных зданий, но как правило при небольшом шаге колонн – до 6х6 м и относительно слабых грунтах.

Ленты могут быть малозаглубленные:


Малозаглубленный ленточный фундамент


Заглубленный ленточный фундамент

Ленточный фундамент в общем случае состоит из стеновой и плитной (подошвы) частей . Стены и подошва ленточного фундамента могут выполняться сборными – из блоков ФБС, или монолитными – из армированного железобетона, залитого на прямо на месте.

[Для сборного ленточного фундамента из блоков ФБС и др. штучных материалов очень желательно выполнять сплошные армированные монолитные пояса по верху блоков, и монолитную ленту в основании стен из блоков. Тогда такой фундамент будет намного лучше сопротивляться неравномерным деформациям и перераспределять нагрузки на основание]

Преимущества ленточного фундамента перед столбчатым:

  • Большая суммарная площадь подошвы. Это позволяет передавать распределенную нагрузку на более слабые грунтовые основания;
  • Неравномерные нагрузки от здания перераспределяются за счет большой жесткости и прочности конструкции фундамента. Это снижает среднюю осадку фундамента и неравномерные деформации;
  • Сразу образуются стены подвала и опоры для вышерасположенных стен.

Недостатки:

  • Более высокая стоимость и трудоемкость чем у столбчатого варианта;
  • При неравномерных нагрузках в лентах возникают большие усилия, для восприятия которых требуются серьезное армирование;
  • Нет возможности передавать большие точечные нагрузки на основание, т.к. ширина подошвы ленты ограничена.

Если Вы сэкономили на армировании и монолитном поясе и ленточный фундамент не выдержал нагрузок, в нем появились трещины, то он по своей сути превращается в столбчатый – отдельные фрагменты работаю независимо друг от друга, перераспределения усилий между фрагментами не происходит, увеличиваются неравномерные деформации.

В целом для малоэтажного строительства это наиболее оптимальный вариант если грунты недалеко от поверхности достаточно прочные (на глубине 1,5-3 м).

7. Плитные фундаменты – область применения, преимущества, недостатки

Плитные фундаменты применяют при специальном технико-экономическом обосновании. Они распределяют нагрузки от надземной части здания на очень большую площадь, но при этом в самой плите возникают огромные напряжения. Для того чтобы воспринять эти нагрузки без разрушения и излишних деформаций, необходимо выполнять плиту очень мощной с надежным армированием (толщина плиты многоэтажных домов достигает 1,5 м и более). Да и вообще перекрыть всю площадь под зданием плитой толщиной 0,5 м – очень накладно.


Преимущества плитного фундамента:

  • Применим на слабых основаниях, самый надежный вариант на естественном основании при правильном проектировании;
  • Снижает осадки и неравномерные деформации основания даже при слабых грунтах;
  • Для зданий с подвалом сразу служит несущей плитой пола.

Недостатки:

  • В конструкции возникают очень большие усилия, особенно от точечных нагрузок, восприятие которых требует больших затрат на бетон и арматуру;
  • Еще более высокая стоимость и трудоемкость;

Применяют плитный фундамент, когда в основании сооружения слабые грунты (площади подошвы столбчатых и ленточных фундаментов недостаточно), а применение свай не дает ожидаемого увеличения несущей способности.

Фундамента плитного типа в малоэтажном строительстве применяют при небольших размерах дома и простой форме здания. Основные преимущества данного основания — простота сооружения, возможность применения в сложных грунтовых условиях: пучинистых, слабых и просадочных грунтах, а также высокая надежность при мелкой заглубленности . Однако такие фундаменты сравнительно дороги из-за большого расхода бетона и металла на арматуру.

8. Свайные фундаменты – когда без них никак?

Свайные фундаменты выполняются в виде:

  • отдельных столбчатых свайных ростверков под колонны каркаса;
  • линейных ростверков, в том числе и непрерывных замкнутых ленточных фундаментов на свайном основании;
  • плитных ростверков – монолитные (редко сборные) фундаментные плиты, опертые на сваи;
  • иногда применяют одиночные сваи под колонны.

Нагрузка от ростверка передается на сваи, а те в свою очередь передают ее на грунтовое основание своими боковыми поверхностями и нижними концами (лопастями, если сваи винтовые). Обычно на нижний конец сваи приходится основная нагрузка, а боковые поверхности передают меньшую часть усилия.

Сваи по типу погружения в основном применяют: забивные, буронабивные и винтовые. На типах свай останавливаться подробно не будем, на этот счет см. соответствующие статьи. По материалу сваи бывают железобетонные , стальные, иногда деревянные.

Преимущества свайного фундамента:

  • Позволяет пройти слабые грунты и передать нагрузки на заглубленные плотные геологические слои;
  • Позволяет воспринимать не только сжимающие нагрузки, но и выдергивающие и горизонтальные усилия, хорошо сопротивляется морозному пучению;
  • При правильном проектировании очень высокая надежность фундамента.

Недостатки:

  • Самая высокая стоимость и трудоемкость;
  • Необходимость возведения свайного ростверка;
  • Необходимость применения спец. техники для погружения свай или бурения скважин;
  • Стальные сваи подвержены коррозии в агрессивных грунтовых условиях, а антикоррозионные покрытия часто повреждаются при погружении свай.

[Сваи, вопреки бытовому мнению, не дают никакой гарантии от осадок и перекосов фундаментов, а в некоторых грунтовых условиях могут быть вообще неприменимы (например, при текучих суглинках и глинах под нижними концами свай)]

В целом сваи применяют, когда необходимо передать нагрузки на заглубленные плотные грунты минуя верхние слабые слои, или, когда при сравнении вариантов, фундаменты на естественном основании оказываются дороже чем свайные.

Исключением являются свайные фундаменты из винтовых свай под деревянные малоэтажные дома и постройки – они выполняются без ростверка, под обкладной брус. Имеют сравнительно небольшую стоимость и высокую надежность, поэтому могут быть выгоднее других вариантов и рекомендованы к применению при определенных грунтовых условиях.


Сваи из стальных труб, заполненных бетоном, объединенные железобетонным ростверком

Минимальная глубина погружения сваи, применяемой в строительстве как правило 4,0 м. Если глубина будет меньше – по сути получится столбчатый фундамент, погруженный в грунт без откопки котлована.

9. Заключение

Выбор типа фундамента — сложная задача, требующая учета множества факторов и точных сведений о грунтах основания.

Краткое описание фундаментов в этой статье может помочь Вам определиться с выбором и, если он сделан, то следует переходить к более глубокому изучению выбранного типа фундамента.

ФУНДАМЕНТ, подземная или подводная часть сооружения, которая передает его грунтовому основанию статическую нагрузку, создаваемую весом сооружения, и дополнительные динамические нагрузки, создаваемые ветром либо движением воды, людей, оборудования или транспорта. Правильно спроектированный фундамент передает все нагрузки грунту таким образом, что исключается возможность недопустимой осадки и разрушения сооружения. Как правило, это достигается распределением нагрузки по достаточно большой площади, выемкой грунта до уровня крепких пород, залегающих на большей глубине, применением свай, погруженных в слой слабых пород до слоя более крепких, или укреплением поверхностного слоя слабого грунта. Если всю площадь опоры образует скальный грунт, то осадка будет ничтожно малой. Трудности возникают, когда сооружение требуется возвести на грунте с высокой сжимаемостью, особенно если она меняется.

Основные виды фундаментов: фундамент на естественном основании, плавучий сплошной фундамент и свайный фундамент с забивными и набивными сваями. Особое место занимают специальные подводные фундаменты.

Фундаменты на естественном основании.

Такие фундаменты бывают сплошные плитные (из железобетонных плит) и перекрестные (в виде решетки из железобетона, стали, а иногда из дерева). Площадь контакта фундамента с грунтом должна соответствовать нагрузке с учетом предполагаемого отпора грунта. Максимальный отпор (реактивное давление) грунта определяется экспериментально на основе принципов механики грунтов, и в государственных строительных нормах даются таблицы допускаемого отпора грунта для тех или иных географических зон. Фундамент должен быть правильно рассчитан на сопротивление изгибу и сдвигу. Подошва фундамента должна быть ниже максимальной глубины промерзания грунта, чтобы не сказывалось вспучивание грунта при замерзании. Безопасная глубина зависит от годовых колебаний температуры, от типа и диапазона вариаций местных грунтов и от нормального уровня подземных вод. Кроме того, иногда наблюдаются сезонные изменения объема глинистых грунтов, чего нельзя допускать под фундаментом, заложенным на естественном основании.

В очень холодных регионах, например арктических, грунт промерзает на большую глубину и оттаивает лишь в верхнем слое толщиной 0,5–3 м. В таких условиях «вечной мерзлоты» необходим особый подход к строительству фундамента на естественном основании. Обычно предусматривается теплоизоляция между верхней частью сооружения и подошвой его фундамента, предотвращающая таяние подпочвы с последующим вспучиванием грунтового основания при повторном замерзании.

Плавучий фундамент.

На глубоких пластах грунта с высокой сжимаемостью применяются расширенные сплошные фундаменты, которые поддерживают сооружение как бы «на плаву» в пластичном грунте. Если сплошной фундамент правильно спроектирован, то осадка и перекосы равномерно распределяются по всему сооружению и в верхней части сооружения не возникает серьезных деформаций.

Считается, что сплошной фундамент будет плавучим, если его масса с учетом всех нагрузок примерно равна массе вытесненного грунта (или воды); тогда достигается равновесие, и большая осадка не возникает. Это правило предъявляет несколько завышенные требования к глубине. Благодаря внутреннему трению грунт выдерживает более значительную нагрузку, нежели вес вынутого грунта, хотя и при несколько большей осадке. Для равномерного распределения нагрузки, передаваемой грунтовому основанию колоннами, применяются плиты и балки из преднапряженного бетона, перевернутые арки с бетонными плитами, распределительные фундаментные решетки, перевернутые арки с ребром и оболочки. Фундамент должен быть правильно рассчитан на сопротивление изгибу, сдвигу и нормальным силам.

Забивные сваи.

В случае слабых грунтов применяются фундаменты, в которых основными элементами, передающими нагрузки от сооружения основанию, являются сваи, погружаемые в грунт. Нагрузки передаются не только за счет опорного давления, но и за счет бокового трения об уплотненный грунт. Благодаря частичной разгрузке окружающим грунтом сваи свайного «куста» меньше нагружаются, чем отдельно стоящие сваи.

Забивные сваи могут быть деревянными, бетонными и стальными. Деревянная свая (шпала) представляет собой обработанное бревно диаметром около 30 см в головке (комле) и длиной 3–15 м. Бревна должны быть прямыми, ошкуренными, со срезанными под корень сучками. Для увеличения трения на боковых поверхностях деревянные сваи иногда снабжают деревянными или металлическими обручами. Бетонные сваи могут изготавливаться либо на месте, либо в заводских условиях. Сборные сваи должны быть обязательно хорошо армированы сталью, чтобы они не боялись погрузки-выгрузки и ударов при забивании. Стальная свая допускает наращивание до ~90 м и обычно представляет собой двутавровый профиль или трубу подходящей длины. Стальная обсадная труба диаметром 20–60 см после погружения в грунт, заполняется бетоном. Применяются рифленые с поверхности толстостенные стальные трубные сваи со стальным сердечником на конце для ослабления удара при вхождении в грунт. Такие сваи-оболочки тоже заполняются бетоном. Для повышения прочности в трубные сваи-оболочки обоих типов вставляют стальной двутавровый профиль. Иногда внутренний бетон выбивают наружу из нижнего конца сваи, создавая тем самым расширенную опору. Погружение свай в грунт осуществляют забивкой, вдавливанием, вибрированием и завинчиванием. Забивку свай производят с помощью копровых установок с паровоздушными и дизель-молотами. Процесс погружения сваи в песчаный и гравийный грунт значительно облегчается и ускоряется, если грунт под нижним концом сваи размывается сильной струей воды, для чего в теле сваи может быть оставлен канал или смонтирована труба для подачи воды (под давлением около 0,7 МПа).

Набивные сваи.

Набивные сваи применяются в тех случаях, когда сооружения повышенной тяжести приходится устанавливать на прочном грунте, покрытом сверху толстым слоем слабого. Для этого в слабом грунте бурят скважину до слоя скальной породы, ортштейна или гравия и заполняют ее бетоном. Для умеренно прочных грунтов пригоден т.н. чикагский способ: грунт вынимают последовательно секциями по 1,5 м, закрепляя каждую деревянной боковой опалубкой перед тем, как приступать к разработке грунта следующей секции. Построенная таким образом набивная свая передает нагрузки от опоры колонны непосредственно прочному грунту. Иногда ее для увеличения площади опоры расширяют на нижнем конце, если он не доходит до скальной породы. Часть нагрузки передается грунту за счет трения на боковых поверхностях сваи.

Кессонные набивные сваи изготавливают, забивая паровым копром в грунт широкий открытый с торцов стальной обсадной цилиндр. Затем из погруженного цилиндра вынимают грунт и заполняют освободившееся пространство бетоном, предварительно вставив внутрь для армирования, если это необходимо, двутавровый стальной профиль. Стальная обсадная труба, оставленная в скважине, повышает прочность сваи пропорционально площади своего поперечного сечения и модулю упругости.

Подводные фундаменты.

Для обеспечения безопасного пространства для рабочих и оборудования строительство подводного фундамента начинают с того, что строят шпунтовое ограждение или опускной колодец. Эти водозащитные приспособления позволяют удалить с места расположения будущего фундамента воду и грунт, расчистить его и выполнить необходимые работы с точностью, возможной на сухом грунте.

Шпунтовое ограждение.

Шпунтовые ограждения наиболее подходят при малых глубинах воды, хотя известны случаи, когда они применялись при глубине до 30 м. Такие ограждения строятся из деревянных или стальных шпунтовых свай, устанавливаемых в один или два ряда и скрепляемых так, чтобы они выдерживали напор воды. Межсвайный промежуток двухрядного ограждения заполняется уплотненным грунтом, что препятствует протеканию воды. Ячеистое шпунтовое ограждение делается из замкнутых цилиндрических стальных ячеек, заполненных грунтом. Вода откачивается из зоны ограждения насосами.

Опускной колодец.

Открытый опускной колодец представляет собой полую цилиндрическую оболочку, по размерам соответствующую фундаменту и внутри хорошо укрепленную поперечными стенками. Обычно опускной колодец применяется для устройства глубоких опор, передающих давление на нижние, более прочные слои грунта. Колодец опускают на дно, заполняют его внутренний ряж камнем, и сверху настраивают кессонную набивную сваю. Грунт вынимают через скважины: илистый – откачкой, а плотный – подъемником с многочелюстным грейферным землечерпальным ковшом. Погруженный колодец и кессонные сваи, образованные путем набивки бетоном грунтоподъемных скважин, служат фундаментом для устоя – опоры верхней части сооружения. Бетон для укладки на этом фундаменте подводится по металлическому бетоноводу диаметром не менее 20 см, опущенному сверху под воду. Бетоновод можно также опустить непосредственно на дно.

Кессоны.

Кессоны применяются на большой глубине, не позволяющей установить шпунтовое ограждение. Кессон представляет собой большую неглубокую стаканоподобную оболочку, которая в перевернутом виде опускается на дно водоема. Размеры кессона определяются площадью грунтового основания, соответствующей полной проектной нагрузке при заданном допускаемом отпоре донного грунта. Если кессон лежит на скальном грунте, то по диаметру он может лишь немного превышать опору закрепляемого на нем устоя или другого опорного элемента конструкции. Высота кессона определяется уровнем грунтового основания и уровнем высоких вод. Следовательно, предварительно необходимо получить данные об уровне и характере грунтового основания. Кессоны обычно изготавливают на суше, буксируют на понтонах на место закладки фундамента и крепят к кустовым сваям. Если глубина воды недостаточна для буксировки на плаву, то кессон можно собрать на сваях в нужном месте и потом опустить на дно.

Рабочая камера предусматривается по всей площади кессона; ее высота составляет около 2 м. К камере непрерывно подводится сжатый воздух под давлением, исключающим возможность натекания воды. Рабочие входят в камеру повышенного давления и выходят из нее через воздушный шлюз, который служит также для выгрузки вынутого грунта и снабжения строительными материалами. Грунт разрабатывается на дне и под острыми кромками стенок, так что кессон постепенно опускается под собственным весом и весом настраиваемого устоя. При этом давление в нем повышается соответственно наружному давлению. Когда кессон достигает прочного грунта, на котором он должен лежать, его рабочую камеру заполняют уплотненным бетоном, служащим фундаментом для устоя или другой опоры.

Кессон обычно громоздок и неудобен в управлении. Волны затрудняют его установку, а неравномерное боковое давление грунта мешает точно направлять его путем выемки грунта под острыми кромками стенок. В зависимости от прочности грунта и условий работы скорость погружения кессона в грунт может составлять от 3 см до 2,5 м в сутки. Максимальная известная глубина погружения кессона под воду составляет около 40 м. Избыточное давление на такой глубине (в 3,5 раза превышающее атмосферное) находится на пределе допустимого для человеческого организма.

Люди, длительное время работающие в условиях повышенного давления воздуха, подвержены двум специфическим заболеваниям. Одно, менее серьезное, по симптомам напоминает простуду («забитый нос») и может перейти в пневмонию. Другое – кессонная болезнь (воздушная эмболия) – нередко вызывает паралич с летальным исходом.

Опоры моста.

Опоры моста (устои и быки) – это элементы, промежуточные между фундаментом и верхней частью мостового сооружения. Однако их часто относят к фундаменту. Устои, которые обычно представляют собой бетонные стены, поддерживающие береговые концы моста и удерживающие грунтовое заполнение его въездной части, выполняются заодно со своим фундаментом и передают нагрузку непосредственно грунтовому основанию. Быки же, подобно колоннам, опираются на свои фундаменты и поддерживают верхнюю часть сооружения. Фундаменты мостовых опор могут быть на естественном основании, свайными или кессонными и проектируются так, чтобы они выдерживали все нагрузки и защищали конструкцию от вымывания грунта водным потоком.

Временные фундаменты.

Когда требуется заменить или укрепить фундамент, его заменяют или усиливают по частям, применяя при необходимости боковые подпорки и подпорные балки.

Замена по частям.

На коротких участках через определенные интервалы вынимают грунт под старыми фундаментами до нового грунтового основания. В образовавшихся котлованах строят участки новой стены с соответствующими фундаментами и соединяют их с нижней частью старой стены. Когда эти участки стены завершены, они поддерживают старую стену до завершения разработки грунта на оставшихся промежуточных участках и сооружения новых пристроек стены.

В другом варианте усиления фундамента в грунт под стеной с некоторыми интервалами забивают металлические трубы. Когда трубы доходят до нового грунтового основания, их очищают изнутри от грунта и заполняют бетоном вплоть до нижнего обреза стены. Эти трубные сваи поддерживают стену во время сооружения пристроек стены и новых фундаментов.

Подпорки и подпорные балки.

Боковые подпорки – это деревянные или стальные подкосы. Их устанавливают под углом к стене так, чтобы верхние концы входили в выемки стены; они подпирают стену во время переделки фундаментов. Подпорная балка – это деревянная или стальная балка, вставляемая в отверстие, сделанное в нижней части стены, и опирающаяся на грунт. Она поддерживает стену во время переделки фундаментов. Концы подпорной балки закрепляют на временных опорах.

Инженерно-геологические условия района строительства. Проектирование фундамента мелкого заложения на естественном основании и сваях, определение параметров и проверка напряжений под подошвой. Технико–экономические показатели, выбор оптимального варианта.

Рубрика Строительство и архитектура
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 13.07.2011
Размер файла 446,5 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

СОДЕРЖАНИЕ

    1. Исходные данные
  • 2. Инженерно - геологические условия района строительства.
  • 3. Проектирование фундамента мелкого заложения на естественном основании.
    • 3.1 Определение глубины заложения подошвы фундамента (dФ, м).
    • 3.2 Определение площади подошвы и размеров уступов фундамента.
    • 3.3 Определение расчетного сопротивления грунта (R, kПa) под подошвой фундамента.
    • 3.4 Проверка напряжений под подошвой фундамента.
    • 3.5 Расчет осадки фундамента .
    • 4.1 Определение глубины заложения и предварительное назначение размеров ростверка.
    • 4.2 Длина и поперечное сечение свай.
    • 4.3 Определение расчетной нагрузки, допускаемой на вертикальную сваю.
    • 4.4 Определение числа свай, их размещение и уточнение размеров ростверка.
    • 4.5 Поверочный расчет свайного фундамента по несущей способности.
    • 4.6 Расчёт свайного фундамента как условного массивного фундамента мелкого заложения.
    • 5.1 Перечень работ
    • 5.2. Виды и объемы работ
      • 5.2.1 Фундамент мелкого заложения
      • 5.2.2 Свайный фундамент

      строительство фундамент напряжение свая

      1. Исходные данные

      Табл. 1.1

      По последней цифре шифра

      Глубина размыва грунта в водоёме hраз, м

      Расчетный пролет Lp, м

      Высота опоры h0, м

      Вес опоры Ро, кН

      Hoмер геологического разреза

      По предпоследней цифре шрифта

      Вес пролётных строений Рп, кН

      Сила воздействия от временной вертикальной подвижной нагрузки Рк, кН

      Горизонтальная тормозная сила Т, кН

      Коэффициент надежности временной подвижной нагрузки

      Коэффициент для расчёта глубины промерзания грунтов Мt, ед.

      Табл. 1.2

      2. Инженерно-геологические условия района строительства

      Определяем расчетные характеристики физических свойств (ФС) грунтов каждого несущего слоя и результаты заносим в таблицу 2.1., ниже которой приводим полное номенклатурное наименование несущих грунтов геологического разреза (глины, суглинки и лески соответствующей крупности), а также их состояние (глинистых грунтов -по показателю текучести ILд. e., песчаных - по коэффициенту пористости ед. е. и коэффициенту водонасыщения Sr д. е. ).

      Таблица 2.1

      Расчетные значения характеристик физических свойств грунтов (ФС).

      номер несущего геологического слоя

      формулы для

      удельный вес скелета грунта (сухого) yd, кН/м3

      коэффициент пористости е, д. е.

      удельный вес грунта во взвешенном

      9,9299

      9,8051

      Коэффициент водонасыщения песчаных фунтов Sr, д. е.

      число пластичности глинистых грунтов Iр, д. е.

      показатель текучести глинистых грунтов IL, д. e..

      Полное наименование несущих грунтов с указанием величин характеристик; для глинистых - lp, IL, е ; для песчаных - е, Sr.

      2-й слой- глина легкая, мягкопластичная, водопроницаемая (е=0,712д.еIр=18%, IL=0,56д.е.,); З-й слой - песок средней плотности,средней крупности, насыщенный водой (е=0,693 д.е., Sr=0,9984 д.е.), 4й слой- глина легкая, полутвердая, водонепроницаемая (Iр =19%, IL=0,1 д. е., е=0, 583 д. е.).

      3. Проектирование фундамента мелкого заложения на естественном основании

      3.1 Определение глубины заложения подошвы фундамента (dФ, м)

      - Назначения и конструктивных особенностей проектируемого сооружения;

      - Величины и характера воздействия нагрузок, воздействия на основание;

      - Инженерно-геологических условий площадки грунтов;

      - Гидрогеологических условий площадки и возможных изменений в процессе в процессе строительства и эксплуатации сооружения;

      Для непучинистых грунтов (пески гравелистые, крупные) dmin. = 1, 0м.

      -при возможности размыва грунта - dmin> 2, 5 м от дна водотока после его размыва.dmin=3,5+hраз=3,5+0,5=4,0 (м)

      -при сооружений фундаментов в открытом котловане глубину. dф следует назначать на отметке 3-6 м от поверхности рельефа (на суходоле) или поверхности воды в водоеме (с учётом глубины залегания кровли выбранного несущего слоя грунта).

      В выбранный несущий слой грунта фундамент должен быть заглублен не менее чем на 0,5 м. (слабые грунты необходимо полностью прорезать в пределах рациональных глубин котлованов).

      Отметку обреза фундамента (верх) назначают: на акватории - на 0, 5 м ниже, дна водотока. Учитывая все перечисленные факторы назначаем глубину заложения фундамента d=4,0 метра. Отсюда высота фундамента 3,6 метра.

      б) окончательная - назначается при определении максимальной площади подошвы фундамента (при необходимости его развития ступенями) проверке допускаемых напряжений на несущий фунт под подошвой фундамента.

      3.2 Определение площади подошвы и размеров уступов фундамента

      Amin=bmin*lmin=(bo+2c)*( lo+2c), гдес = 0, 30(м).

      - величина увеличения размеров (по обрезу) надфундаментной части опоры (bо=2,6м -ширина; l0=9,8м-длина) в каждую сторону.

      Amin = 3, 2*10, 4 = 33, 28м 2 (bmin = 2, 6 +2*0, 30 = 3, 2 м; lmin = 9, 8 + 2*0, 30 = 10, 4 м).

      При dф = 4,0 м высоту фундамента (hф) устанавливают величиной кратной высоте ступени (hy = 1, 2) при развитии фундамента в 3 ступени - hф =3, 6 м.

      Максимальная площадь подошвы фундамента устанавливается с учетом обеспечения жесткости фундамента (чтобы наклон боковых граней от вертикали не превышал 30°), тогда Amax=bmax*lmax=(bo+2hф*tg30°)*(lо+2 hф*tg30°).

      Аmах= (2, 6 + 2*0, 577*3, 6)*(9, 8 + 2*0, 577*3, 6) = 6, 7544*13, 9544 = 94, 25 (м 2 );

      Требуемая площадь подошвы фундамента Aтp=*N/(R-1,1*уср*hф+уw*hw),м 2 , где R -расчётное сопротивление грунта R= 1, 7ф-3)>, кПа (1) в первом приближении при b=3,2 м, и средневзвешенном значении удельного веса грунтов (у, кН/м 3 ), расположенных выше подошвы фундамента, или у = 16 кН/м 3 (допускаемое Приложением 24 СНиП 2. 05. 03 - 84):

      R= 1, 7<245[1 + 0,02(3,2 - 2)] + 1,5*16(4-3)>=467,3 (кПа)

      = 1, 2 - коэффициент, учитывающий действие момента;

      N= 1,1*(Pо+Рп) + yf *Рк, кНN=1,1*(5600+1570)+1,13*6900=15687 (кН) - расчетная вертикальная нагрузка по обрезу фундамента:

      Aтp=1,2*15687/(467-1,1*16*3+4,5*10)= 51 (м 2 );

      yсp =(10*1,9)+(20,5*2,2)+(19,8*0,4)/4,5=16 (кН/м) средний удельный вес кладки фундамента и грунта на его уступах;

      yw= 10 кН/м3-удельный вес воды; hw, м - расстояние от УГВ или от поверхности воды в водоеме до подошвы фундамента;

      yw*hw= 0- при расположении подошвы фундамента в водонепроницаемом слое,

      Ro- условное сопротивление грунта (кПа), K1 и К2- коэффициенты принимаемые соответственно по таблицам Приложения 24 СНиП 2. 05. 03 -84 в зависимости от номенклатурного наименования и состояния грунтов основания.

      Примечание: Ro принимается с учетом примечаний 1 и 2 к таблице 1 (3.2.1.) и примечания к таблице 2 (3. 2. 2.).

      Если Aminтpmах33, 28м 2

      ширина b = Атр/Кп, длина l = b*Кп, где Кп - коэффициент отношения сторон низа опоры, т. е. Кп = l0/bo. Рационально фундамент развивать от Amin=bmin*lmin ступенями, ширину уступов (обычно принимают равной 0,5*hy, но не более 0,577hу), или 1, 2*0,577 = 0,7м (при hy = 1,2 м)

      т. е. bп=(bп-1+2*0, 6); ln=(ln-1+2*0,6) при hy=1,2 м

      b2= 3, 2+2*(0, 5*1, 2) = 4, 4м; l2 = 10, 4 + 2*(0, 5*1, 2)= 11, 6м; А2= 4, 4*11, 6 = 51,04 (м 2 );

      b3= 4, 4 + 2*(0, 5*1, 2) = 5, 6м; l3 = 11, 6+2*(0, 5 *1, 2) = 12, 8м; А3= 5, 6*12, 8=71, 68 (м 2 );

      При трехступенчатом фундаменте и hф= 3,6м, A3 = 71, 68 м 2 - площадь подошвы фундамента.

      3.3 Определение расчетного сопротивления грунта (R, kПa) под подошвой фундамента

      Рассчитывается также по формуле (1) как и в первом приближении при ширине ступенчатого фундамента (bi, м), равной ширине нижней ступени (но не более 6м), а для глин и суглинков в основании фундаментов мостов в пределах водотока R следует увеличивать на величину, равную 14.7hw кПa, (hw, м - высота столба воды от уровня меженных вод до дна водотока после размыва=2,4 м).

      R= 1, 7ф-3)>+14,7hw (кПa)

      R= 1, 7<245[1 + 0,1(5,6 - 2)] + 3*16(4-

      3)>=1,7(333,2+48)+14,7*2,4=683,32 (кПа)

      3.4 Проверка напряжений под подошвой фундамента

      Производится по расчетным напряжениям под подошвой фундамента: среднему P=N1/A?R/yn кПа, максимальному Pmax=(N1/A +M1/W) ?yc*R/yn кПа и минимальному Pmin=(N1/A - M1/W), где N1= 1,1(Р0 + Рп +Рф + Рг + Рв) +f *Рк кН, вертикальная нагрузка на основание с учетом гидростатического давления

      Р0=5600 кН - вес опоры,

      Рп=1570 кН - вес пролётных строений,

      Рк= 6900 кН - сила воздействия от временной нагрузки,

      f=1,14 - коэффициент надежности временной подвижной нагрузки,

      Рв= yw*hw на уступы фундамента, если оно имеет место (если фундамент врезан в водонепроницаемыйгрунт)

      М1 =1, 1Т (1, 1+h0+hф), кН*м- расчётный момент относительно оси, проходящей через центр тяжести подошвы фундамента;

      h0=8,4 м - высота опоры,

      hф=3,6 м - высота фундамента,

      Рф+Рг= bn*ln*hф*уср. -соответственно нагрузки от веса фундамента и грунта на его уступах,кН;

      Уср= 24 кН/м 3 - удельный вес бетона,

      W=ln*bn 2 /6, м 3 - момент сопротивления по подошве фундамента:

      yn = 1,4 коэффициент надежности по назначению сооружения;

      ус = 1,2 коэффициент условий работы.

      N1= 1,1(5,600 +1,570 +5,6*12,8*3,6*24)

      W=12,8*5,6 2 /6=66,9(м 3 )

      М1 =1, 1*690*(1, 1+8,4+3,6)=9942,9(кН*м)

      среднему P=N1/A?R/1,4=

      24268,58/71,68650,68/1,4 = 314,8488 (кПа) - верно

      максимальному Pmax=(N1/A+M1/W)?1,2*R/1,4=

      24268,58 /71,68+10626/66,91,2*650,68/1,4=314,8+148,6585,7 (кПа) - верно минимальному Pmin=(N1/A - M1/W)0

      Условия выполняются и значения Р и Рmax близки к величине допустимого. Значит фундамент запроектирован рационально.

      3.5 Расчет осадки фундамента

      Сначала слева от оси фундамента строится эпюра zgi (кПа) от собственного веса грунта (бытового давления) на уровне подошвы фундамента (zg0),затем на границе каждого слоя, на границе УГВ- нарастающим итогом: (zgi =zgо + yi*hi), где yi -удельный вес каждого слоя грунта выше УГВ или водонепроницаемого грунта (ниже уровня грунтовых вод или в водоеме с учетом взвешенного состояния водопроницаемых грунтов подставляется yicв- удельный вec грунта во взвешенном состоянии), hi - мощность каждого слоя (от его кровли до подошвы). Эпюра zgi строится до глубины не менее 10 м от подошвы фундамента, а ниже подошвы предпоследнего слоя (если глубина менее 10 м) через 2 м выделяются подслои последнего слоя с расчетом значений бытового давления в подошве каждого (все значения zgi и zgo проставляются над соответствующей границей слоя).

      На уровне кровли водонепроницаемого грунта (ILLzg (над границей -zgi+1 = zgi + усвi+1*hi+1; под ней - с учетом дополнительного давления столба воды 'zgi+1 = zgi+1+yw*hw (yw=10 кН/м 3 -удельный вес воды, hw м - расстояние от УГВ или уровня меженных вод до кровли водонепроницаемых глинистых грунтов), т. е. скачок эпюры влево (плюс) на величину yw*hw. И далее к полученному значению 'zg добавляется давление водоупорного слоя на величину уi*hi, где yi - удельный вес водонепроницаемого фунта, a hi - мощность его слоя (если он промежуточный) или подслоя по 2м (если слой самый нижний в разрезе). На уровне подошвы водонепроницаемого грунта и кровли последующего водопроницаемого слоя тоже два значения zg (над границей слоев с учетом давления выше лежащего водонепроницаемого слоя, под ней скачок эпюры вправо (минус) на величину yw*hi, где hi - мощность выше лежащего водонепроницаемого слоя).

      Примечание: Против каждого слоя (подслоя) грунта справа от колонки скважины проставляются значения удельного веса yi (для грунтов, расположенных выше УГВ или водонепроницаемые или значения удельного веса грунта во взвешенном состоянии уcвi(для грунтов водопроницаемых).

      zg0=уsw1*h1+ysw2*h2=9,93*1,7+9,81*2,3=16,88+22,56=39,44 (кПа),

      zg1 = 39,44 + 9,81*9,7=39,44+95,157=134,6 (кПа),

      zg1 = 134,597 + 10*13,7=271,6 (кПа).

      Затем справа от оси фундамента строится эпюра 0, 2*zgi в том же масштабе.

      zg0*0,2=39,44*0,2=7,888 (кПа),

      zg1*0,2=134,6*0,2=26,92 (кПа),

      zg1*0,2=271,6*0,2=54,32 (кПа).

      Для построения эпюры дополнительного (к природному) вертикального давления zpi (кПа) толща грунтов ниже подошвы фундамента (условная нулевая отметка - 0, 0м) разбивается на элементарные слои толщиной hi = 0,4b (но не более 2,0м), границы которых должны обязательно совпадать с границами слоев грунтов геологического разреза и границей УГВ (только для вариантов на суходоле). Эпюра zpi строится справа от оси фундамента, начиная с отметки 0, 0м - zр0 (подошва фундамента), а затем с учетом коэффициента i вычисляются все значения zpi=i*zpo. zpo = P- zgo, где Р = N11 /A - среднее давление на грунт от нормальных постоянных нагрузок (кПа), N11= (Ро + Рп +Рф + Рг + Рв), кН.

      zp1=1*zpo=0,9250*132=122,094 (кПа),zp2=2*zpo=0,7348*132=96,9949 (кПа),

      zp3=3*zpo=0,5513*132=72,7666 (кПа),zp4=4*zpo=0,4104*132=54,1766 (кПа),

      zp5=5*zpo=0,3131*132=41,3317 (кПа),zp6=6*zpo=0,2710*132=35,7733 (кПа).

      Таблица 3.5.1

      Расчёт для построения, эпюры от собственного веса грунта и эпюры дополнительного вертикального давления.

      Читайте также: