Расчет свайного фундамента по деформациям

СТЕНА А.

Вычисление ординат эпюры природного давления σ_zg,_i :

При планировке срезкой эпюра природного давленияна планировочной отметке DL принимается равной нулю.

На границе 1 и 2 слоев

σ_zg,₁=γ1*h1=21.96 кПа.

На границе 2 и 3 слоев

σ_zg,₂=σ_zg,₁+γ_2SB*h2=34,64 кПа.

На отметке подошвы ростверка

σ_zg,_р=38,56 кПа.

На границе 3 и 4 слоев

σ_zg,₃=σ_zg,₂+γ_3SB*h3=63,52 кПа.

На отметке подошвы условного фундамента

σ_zg,₀=78,79 кПа.

На границе 4 и 5 слоев

σ_zg,₄=σ_zg,₃+γ_4SB*h4=98,64 кПа.

σ_zg,₅=σ_zg,_4w+γ₅*h5=320,75 кПа.

Вычитание ординат вспомогательной эпюры 0,2*σ_zg,_i:

Таблица 5.7

σzg,i, кПа	21.96	34,64	38,56	63,52	78,79	98,64	180,14	320,75
0,2*σzg,i, кПа	-	-	-	-	15,76	19,73	36,03	64,15

Вычисление ординат эпюры дополнительного давления σ_zp,_i :

Соотношение сторон фундамента η=l/b=1,00.

σ_zp,₀=PII - σ_zg,₀=254.73 кПа. σ_zp,i= σ_zp,₀* α_i, кПа.

Таблица 5.8

ξ=2*Zi/b	Zi= ξ* b/2	αi	σzp,i, кПа	hi, м	0,2*σzg,i, кПа
0,0	0,00	1,000	254,73		15,76…19,73
0,4	0,50	0,960	244,54	0,50
0,80	1,00	0,800	203,78	0,50
1,20	1,50	0,606	154,37	0,50
1,44	1,77	0,512	130,42	0,27
1,60	2,00	0,449	114,37	0,23	36,03…
2,00	2,50	0,336	85,58	0,50
2,40	3,00	0,257	65,46	0,50
2,80	3,50	0,201	51,20	0,50	44,60
3,20	4,00	0,160	40,76	0,50
3,60	4,46	0,131	33,36	0,50
4,00	4,96	0,108	27,51	0,50
4,40	5,46	0,091	23,18	0,50
4,80	5,95	0,077	19,61	0,50
5,20	6,45	0,067	17,07	0,50	64,15

4 слой

σzg=121,83 кПа. S1=0,65мм.

σzполн=314,41 кПа. S2=1,70мм.

Δσz=314,41-121,83=192,58 кПа. ΔS=1,70-0,65=1,05 мм.

Модуль деформациипри коэффициенте Пуассона для песка ν=0,25:

Е_IV=ω*(1-ν²)*d* Δσz/ΔS=0,79*(1-0,25²)*27,7*192,58/0,105=37627 кПа=

=37,63 МПа.

5 слой

Σzg=201,57 кПа. S1=1,65мм.

σzполн=289,10 кПа. S2=2,45 мм.

Δσz=289,10-201,57=87,53 кПа. ΔS=2,45-1,65=0,80 мм.

Модуль деформации при коэффициенте Пуассона ν=0,22:

Е_V=ω*(1-ν²)*d* Δσz/ΔS=0,79*(1-0,22²)*27,7*87,53/0,080=22784 кПа=

=22,78 МПа.

Вычисление осадки в пределах сжимаемой толщиНс=3,74 м.

4 слой (3 элементарных слоя и 1 неполный слой):

S4=0,0078 м=0,78 см.

S4=0,78 см.

Суммарная осадка S=S3+S4=0,78+0,55=1,33см, что меньше максимальной величины осадки Su=8,00 см для гражданского здания с полным железобетонным каркасом.

Условие расчета по второму предельному состоянию для фундамента наружной колонны (ось А) S<Suвыполнено.

СТЕНА Б.

Вычисление ординат эпюры природного давления σ_zg,_i :

При планировке срезкой эпюра природного давленияна планировочной отметке DL принимается равной нулю.

На границе 1 и 2 слоев

σ_zg,₁=γ1*h1=18*1.22=21.96 кПа.

На границе 2 и 3 слоев

σ_zg,₂=σ_zg,₁+γ_2SB*h2=34,64 кПа.

На отметке подошвы ростверка

σ_zg,_р=38,56 кПа.

На границе 3 и 4 слоев

σ_zg,₃=σ_zg,₂+γ_3SB*h3=63,52 кПа.

На отметке подошвы условного фундамента

σ_zg,₀=78,79 кПа.

На границе 4 и 5 слоев

σ_zg,₄=σ_zg,₃+γ_4SB*h4=98,64 кПа.

σ_zg,_4w=σ_zg,₄+γ_w*hw=180,14 кПа.

σ_zg,₅=σ_zg,_4w+γ₅*h5=320,75 кПа.

Вычитание ординат вспомогательной эпюры 0,2*σ_zg,_i:

Таблица 5.9

σzg,i, кПа	21.96	34,64	38,56	63,52	78,79	98,64	180,14	320,75
0,2*σzg,i, кПа	-	-	-	-	15,76	19,73	36,03	64,15

Вычисление ординат эпюры дополнительного давления σ_zp,_i :

Соотношение сторон фундамента η=l/b=1,00.

σ_zp,₀=PII - σ_zg,₀=240,98кПа. σ_zp,i= σ_zp,₀* α_i, кПа.

Таблица 5.10

ξ=2*Zi/b	Zi= ξ* b/2	αi	σzp,i, кПа	hi, м	0,2*σzg,i, кПа
0,0	0,00	1,000	240,98		15,76…19,73
0,4	0,50	0,960	231,34	0,50
0,80	1,00	0,800	192,78	0,50
1,20	1,50	0,606	146,03	0,50
1,44	1,77	0,512	123,38	0,27
1,60	2,00	0,449	108,20	0,23	36,03…
2,00	2,50	0,336	80,97	0,50
2,40	3,00	0,257	61,93	0,50
2,80	3,50	0,201	48,44	0,50	44,20
3,20	4,00	0,160	38,56	0,50
3,60	4,46	0,131	31,57	0,50
4,00	4,96	0,108	26,03	0,50
4,40	5,46	0,091	21,93	0,50
4,80	5,95	0,077	18,56	0,50
5,20	6,45	0,067	16,15	0,50	64,15

Вычисление осадки в пределах сжимаемой толщиНс=3,64 м.

4 слой (3 элементарных слоя и 1 неполный слой):

S4=0,0076 м=0,76 см.

S4=0,76 см.

5 слой (3 элементарных слоя и 2 неполных слоя):

S5=0,0053 м=0,53 см.

S5=0,53 см.

Суммарная осадка S=S3+S4=0,76+0,53=1,29см, что меньше максимальной величины осадки Su=8,00 см для гражданского здания с полным железобетонным каркасом.

Условие расчета по второму предельному состоянию для фундамента внутренней колонны (ось Б) S<Suвыполнено.

Разность осадок фундаментов под наружную и внутреннюю колонну здания

ΔS=1,33-1,29=0,04см.Расстояние между центрами фундаментов L=4,50 м.

ΔS/L=0,04/450=0,00009, что меньше нормируемой относительной разности осадок (ΔS/L)u= 0,002.

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ СРАВНЕНИЕ ВАРИАНТОВ

Результаты сравнения сведены в таблицу 8.1.

Таблица 8.1

Показатели	Фундаменты мелкого заложения	Свайные фундаменты
Объем земляных работ по устройству котлована, м3:
выемка грунта	6783,00	6202,00
обратная засыпка	2241,00	2042,00
Объем железобетонных конструкций, м3:
сборный железобетон марки М300	1,68х19+2,11х38=112,10 (2Ф12.9-2, 2Ф21.9-3)	(1,91+1,43)*38=126,92 (сваи)
монолитный железобетон марки	4,00х19=76,00 (плита под сдвоенные колонны)	(1,28+0,86)*76=162,64 (ростверк, подколонник)
Объем бетонных конструкций, м3	196,00	196,00

ВЫВОД ПО РЕЗУЛЬТАТАМ СРАВНЕНИЯ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ:

1. Фундамент мелкого заложения характеризуется большим объемом земляных работ, чем свайный фундамент.

2. Фундамент мелкого заложения конструктивно состоит из меньшего объема железобетонных конструкций, чем свайный фундамент.

3. Инженерно-геологические и климатические условия строительства сооружения не накладываю ограничений на выбор конструкции фундаментов.

4. Фундамент мелкого заложения и свайный фундамент равноценны по показателям, но при условии отсутствия в районе застройки заводов по производству железобетонный конструкций более экономичным вариантом является фундамент мелкого заложения.

УКАЗАНИЯ ПО ПРОИЗВОДСТВУ РАБОТ И ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ

Основные положения

Возведение фундамента на свайном основании включает следующий комплекс работ:

1. Техническая подготовка, в том числе геодезические разбивочные работы.

2. Организация подъезда техники к месту возведения опоры.

3. Земляные работы по разработке траншеи с устройством крепления стен и организацией водоотлива.

4. Погружение свай, их испытание и срубка голов свай.

5. Устройство ростверка с установкой опалубки, арматуры, укладкой бетона с уходом за ним и разборкой опалубки.

6. Разборка крепления и обратная засыпка пазух в котлован с уплотнением грунта.

Все работы (кроме п.1) выполняются комплексами машин, что обеспечивает сокращение сроков строительства.

Разработка траншей

Разработка грунта в траншеях производится механическим способом, с помощью экскаватора Э-10011Д с обратной лопатой и емкостью ковша 1 м3.

Вначале снимается растительный слой мощностью с перемещением в отвал с тем, чтобы этот грунт использовать в последующем для укрепительных работ. Грунт в котлованах не добирается до проектной отметки на 20-25 см.

Также необходимо обеспечить вокруг котлована рабочую зону для складирования свай и других материалов и для движения крана, то грунт при разработке котлована следует вывозить за пределы стройплощадки, при этом часть грунта, необходимая для засыпки котлована, складируется на незначительном расстоянии от него.

Погружение свай

Расчетная нагрузка, допускаемая на сваю Pcb=825,30 кН.

Минимальная энергия удара молота Э=1,75*а*Pcb, где

а – коэффициент, равный 25 Дж/кН.

Э=1,75*25*825,30=36,11 кДж.

По таблице 9 [2] технических характеристик трубчатых дизель - молотов подбираю молот такой марки, энергия удара которого Эт>Э.

Молот марки С-1047, энергия удара которого Эт=37,0 кДж.

Проверка пригодности молота по условию:

(Gм+Gc)/Эр≤Km, где

Gм – полный вес молота, Gм=55,00 кН;

Gс – вес сваи с наголовником и подбабком (вес наголовника 1 кН, подбабок не используется, вес железобетонной сваи 11,76 кН), Gс=12,76 кН;

Эр – расчетная энергия удара трубчатых дизель – молотов, Эр=0,9*H*G,

Эр=0,9*2,8*25,00=63,00 кДж.

(55,00+12,76)/63,00=1,08, что меньше Km=6,00 (коэффициент применимости молота). Условие выполнено и молот пригоден.

Расчетный (проектный) отказ Sp:

Sp=(η*А*Эр*(Gм+ε²*Gc))/(Fd*(Fd+ η*А)*(Gм+Gс)), где

η – коэффициент, принимаемый для железобетонных свай, забиваемых с наголовником, равным 1500 кН/м²;

А – площадь поперечного сечения сваи, А=0,1225 м²;

ε – коэффициент восстановления удара при забивке железобетонных свай с применением наголовника и деревянного вкладыша в нем ε²=0,20;

Fd – несущая способность сваи по грунту, Fd=1155,42 кН.

Sp=(1500*0,1225*63,00*(55,00+0,20*12,76))/(1155,42*(1155,42+ 1500*0,1225)*(55,00+12,76))=0,0064>0,002.

Молот С-1047 выбран правильно.

Проектирование котлована

Размеры дна котлована в плане 114,0 на 17,0 м. Откосы вертикальные.

Для фундаментов мелкого заложения глубина котлована 3,5 м от планировочной отметки земли.

Для свайных фундаментов глубина котлована 3,2 м от планировочной отметки земли.

Разработка котлована выполняется в насыпном не слежавшемся грунте и песках мелких водонасыщенных, поэтому предусматривается крепление стенок вертикальных откосов.

Подземные воды имеют уровень выше дна котлована, поэтому крепление стенок – шпунтовое.

Шпунтовые стенки деревянные брусчатые глубиной 8,0 м.

Принята консольная схема шпунтового ограждения, так как глубина котлована до 5,0 м.

Защита котлована от подтопления подземными водами осуществляется посредством глубинного водопонижения.

Водопонижение осуществляется откачкой вод через иглофильтры, установленные с шагом 1,0 м. Глубина иглофильтров 8,0 м от планировочной отметки земли. Иглофильтры устанавливаются по периметру котлована и соединяются коллектором с насосными установками.

Устройство ростверка

Для устройства ростверка, необходимо спланировать и уплотнить грунт основания с устройством щебеночного основания слоем , срубить головы свай, обнажая арматуру на длину , где - диаметр арматуры. Далее устанавливают арматурную сетку, крепят опалубку в соответствии с проектным положением, обеспечивая прочность и устойчивость элементов опалубки. При высоте ростверка применяют простейшую щитовую сборно-разборную опалубку, изготовленную из брусков и досок. Щиты закрепляют в проектном положении с помощью распорок и стяжек, распорки по мере бетонирования убирают, а стенки остаются в теле бетонного ростверка.

Укладку бетона производят с помощью специальных бетонных бадей. Бетонную смесь выгружают из самосвалов в бадьи. Затем, бадьи поднимают краном и, после наведения на точку, открывают затвор в днище бадьи и укладывают бетонную смесь в опалубку. Бетонную смесь разравнивают и уплотняют с помощью навесных и глубинных электровибраторов.

После выдержки бетона до набора заданной прочности производят разборку опалубки. В процессе выдержки организуют уход за бетоном, который заключается в недопущении пересушки поверхности твердеющего бетона за счет полива и укрытия из мешковины и опилок.

После набора проектной прочности бетоном производят обратную послойную засыпку котлована с уплотнением грунта до плотности требуемой плотности. При наличии агрессивных по отношению к бетоны подземных вод до бетонирования на боковую поверхность опалубки ростверка наносят гидроизоляцию, конструкция которой отражена в проекте.

Техника безопасности

Основным нормативным документом при разработке мероприятий по обеспечению безопасности труда при возведении фундаментов сооружений являются правила по охране труда.

Основные требования заключаются:

· в соблюдении правил складирования строительных материалов;

· в обеспечении устойчивости откосов земляных сооружений с ограничением их крутизны в зависимости от вида грунта и высоты (глубины) сооружения;

· в соблюдении установки строительных машин вблизи кромок настила временных сооружений и откосов котлованов согласно проекту производства работ;

· в соблюдении правил и норм по определению размеров опасных зон и их ограждений (при необходимости) при работе со стреловыми машинами и механизированным инструментом;

· в обеспечении системы ухода и ремонта машин и оборудования, недопущения работы на неисправных машинах и с неисправным инструментом.

Особые требования предъявляются к безусловному выполнению правил работы па площадках вблизи линий электропередачи и при наличии подземных электрокабелей. При выполнении работ в таких случаях электропередачи должны быть отключены или работы должны выполняться под наблюдением соответствующих служб.

Конкретные требования к выполнению ряда операций по подготовке элементов к подъему стреловой машиной указываются в инструкциях для монтажников, бетонщиков, плотников и других рабочих.

С целью недопущения посторонних на строительную площадку и, в частности, в опасную зону должно быть выполнено соответствующее ограждение места работ типа ограды и установка специальных знаков, предупреждающих о границах опасных зон.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. ГОСТ 25100-95 "Грунты. Классификация"

2. СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений»

3. Каталог конструктивных элементов фундаментов гражданских и административных зданий. Методические указания к выполнению курсового проекта МГСУ. М., 2003 г.

4. Ухов С.Б., Семёнов В.В., Знаменский В.В., Тер-Мартиросян З.Г., Чернышев

С.Н. Механика грунтов, основания и фундаменты. М., Издательство Ассоциации строительных вузов 2005 г.

5. СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты.