геот. 1 Оценка инженерногеологических условий площадки строительства

• Название: 1 Оценка инженерногеологических условий площадки строительства
• Дата: 09.12.2022
• Размер: 1.89 Mb.
• Имя файла: геот.docx
• Тип: Документы; #836761

Введение
В данном курсовом проекте нам необходимо запроектировать основания и фундаменты. Что бы произвести выбор конструктивного и объемно-планировочного решения здания необходимо провести обследование инженерно- геологических условий площадки строительства.

Важной задачей данного курсового проекта является изучение возможности дальнейшей экономии материалов за счет резервов несущей способности оснований.

Необходимо произвести расчет оснований по деформациям с соблюдением условия, что бы расчетные осадки были меньше предельно допустимых значений, указанных в строительных нормах.

Для более экономичного варианта фундамента необходимо выполнить расчет по II группе предельного состояния (расчет по деформации).

1 Оценка инженерно-геологических условий площадки строительства

1.1 Определение наименования грунтов, их состояния, величины условного расчетного сопротивления
Рассмотрим грунты, данные о свойствах которых представлены в задании.

Образец грунта №1, Скв 2  растительный слой.

Образец грунта №2, Скв 2 Для определения грунта вычисляется число пластичности
I_p = W_L – W_p , (1.1)
I_p =18,2-15,5=2,7 ,
что в соответствии с ГОСТ 25100-95 находится в интервале 1 ≤ I_r  7.

Следовательно, исследуемый грунт  супесь.

Разновидность грунта определяется по показателю текучести
I_L = (W - W_p)/(W_L - W_p), (1.2)
I_L = (13,3 – 15,5)/(18,2 – 15,5) = -0,8.
Следовательно, исследуемая супесь - твердый.

Дополнительно вычисляем коэффициент пористости
e = (_s/)·(1+W)-1, (1.3)
e = (27/21)·(1+0,133)-1 = 0,46.
В соответствии с прил. 3 при I_L=-0,8 и e=0,46 условное расчетное сопротивление R₀=300 кПа.

Полное наименование исследуемого грунта супесь твердый, R₀=300 кПа.

Образец грунта №3, скважина 2. Тип грунта определяется по гранулометрическому составу, приведенному в соответствующей строке исходных данных о свойствах грунтов.

В исследуемом грунте вес частиц крупнее 0,1 мм составляет
75 %  50 %.
Таким образом, данный песок  мелкий.

Вид песка определяется по коэффициенту пористости по формуле (1.3)

e = (26,7/18,9)·(1+0,084)-1 = 0,53.
Следовательно, исследуемый песок  плотный.

Разновидность песка определяется по степени влажности, как
S_r = (W · _s)/(e · _w), (1.1.4)
S_r = (0,084·26,7)/(0,53·10) = 0,43,
что находится в пределах 0 < S_r ≤ 0,5 .Следовательно, песок маловлажный.

При e = 0,53 условное расчетное сопротивление для песка плотного R₀=400 кПа.

Полное наименование исследуемого грунта: песок мелкий, маловлажный, R₀ = 400 кПа.
Образец грунта №4, Скв 2. Тип грунта определяется по гранулометрическому составу, приведенному в соответствующей строке исходных данных о свойствах грунтов.

В исследуемом грунте вес частиц крупнее 0,25 мм составляет
55,9 %  50 %.
Таким образом, данный песок  средней крупности.

Вид песка определяется по коэффициенту пористости по формуле (1.3)

e = (27/20,4)·(1+0,22)-1 = 0,6.
Следовательно, исследуемый песок  средней плотности.

Разновидность песка определяется по степени влажности, как
S_r = (W · _s)/(e · _w), (1.1.4)
S_r = (0,22·27)/(0,6·10) = 0,99,
что находится в пределах 0,8 < S_r ≤ 1 .Следовательно, песок насыщений водой.

При e = 0,6 условное расчетное сопротивление для песка плотного R₀=400 кПа.

Полное наименование исследуемого грунта: песок средней крупности, насыщенный водой, R₀ = 400 кПа.

Образец грунта №5, Скв 2. Для определения грунта вычисляется число пластичности по формуле (1.1):
I_p =38,9-22,9=16;
что в соответствии с ГОСТ 25100-95 находится в интервале 7< I_r ≤17. Следовательно, исследуемый грунт  суглинки.

Разновидность грунта определяется по показателю текучести по формуле (1.1.2)
I_L = (28,9 – 22,9)/(38,9 – 22,9) = 0,375.
Следовательно, исследуемая суглинки - тугопластичные.

Дополнительно вычисляем коэффициент пористости по формуле (1.3)
e = (27,3/19,13)·(1+0,289)-1 = 0,84.
В соответствии с прил. 3 при I_L = 0,375 и e = 0,84 условное расчетное сопротивление R₀ = 300 кПа.

Полное наименование исследуемого грунта суглинки тугопластичная, R₀=300 кПа.

Рисунок 1 – Геологический разрез по скважинам

1.2 Оценка геологического строения площадки
Из построенного геологического разреза следует, что грунты строительной площадки имеют слоистое напластование с согласным залеганием слоев, близких к горизонтальным и выдержанных по поверхности.

В толще грунтов залегают грунтовые подземные воды с абсолютной отметкой уровня 126,52 м.

Подземные воды неагрессивны к бетону. Напластование грунтов по оси проектируемого фундамента. С поверхности залегает растительный слой мощностью 2,2 м, абсолютная отметка кровли слоя 130,62 м, подошвы 128,42 м. Далее залегает слой супесь твердый мощностью 0,9 м. абсолютная отметка кровли  128,42 м, подошвы  127,52 м. Ниже залегает песок мелкий мощностью 1 м, абсолютная отметка кровли слоя 127,52 м, подошвы  126,52 м. Далее залегает песок средней крупности мощностью 1,2 м, абсолютная отметка кровли  126,52 м, подошвы 125,32 м. Ниже залегает песок средней крупности и средней плотности мощностью 9,7м, абсолютная отметка кровли  125,32 м, подошвы  115,62 м.

2 Фундамент мелкого заложения на естественном основании

2.1 Определение глубины заложения фундамента
Глубина заложения фундаментов определяется в соответствии с учетом глубин сезонного промерзания грунта, положения УГВ (уровень грунтовых вод), теплового режима и конструктивных особенностей сооружения.

Нормативная глубина сезонного промерзания грунтов d_fn=2 м.

Расчетная глубина сезонного промерзания грунтов определяется как
d_f = k_h·d_fn, (2.1)
d_f =2,4·1,1 = 2,64 м.
где k_h  коэффициент влияния теплового режима сооружения; для наружных и внутренних фундаментов неотапляемых зданий k_h=1,1.

Из конструктивных требований при отсутствии подвала, минимальная глубина заложения столбчатого фундамента под железобетонную колонну d_k определяется как
d_k = h’+0,2 м, (2.2)
d_k = 1+0,2 = 1,2 м.
где h'  глубина заделки колонны в фундамент h'=1 м.

0,2 м  минимальная толщина дна стакана, м.

Проверяем условие недопущения морозного пучения грунтов основания. Для этого вычисляем глубину расположения УГВ, d_=4,1 м, и величину d_f+2,0=2,64+2=4,64 м. В данном случае d_ d_f + 2,0 (4,1 м 4,64 м). В этом случае для мелкого песка глубина заложения фундамента не менее d_f. Окончательно с учетом всех требований глубина заложения фундамента принимается равной d_f = 2,64 м.
2.2 Определение размеров подошвы внецентренно-нагруженного фундамента мелкого заложения под колонну промышленного здания
Определение оптимальных размеров подошвы отдельных внецентренно-нагруженных фундаментов под колоны производится методом последовательных приближений в следующем порядке:

а) определяется требуемая площадь подошвы фундамента как центрально-нагруженного

A = N^p/(R₀-·d₁), (2.1)
A = 3000/(400-20·2,64) = 8,64 м²,
где N^P  расчетное значение вертикальной нагрузки на обрез фундамента, которое определяется при коэффициенте надежности по нагрузке _f, равным _f=1, N^P=3000 кН;

R₀  ориентировочное значение расчетного сопротивления грунта основания в уровне подошвы фундамента, определяемое по эпюре R₀ геологического разреза, R₀=400 кПа;

d₁  глубина заложения подошвы фундамента, d₁=2,64 м.
б) определяются размеры подошвы фундамента в плане, как имеющую квадратную форму
b = A, (2.2)
b = 8,64 = 3 м.
в) уточняется величина расчетного сопротивления грунта основания для квадратного фундамента с шириной подошвы b=3 м
R = (_c1·_c2)/k·[M_·k_z·b·_II+M_q·d₁·’_II+(M₀-1)·d_h·’_II+M_c·c_II], (2.3)
R = (1,1·1)/1·[1,34·1·3·18,95+6,34·2,64·20,4+8,55·0] = 459 кПа,
где k  коэффициент надежности, k=1;

_c1, _c2  коэффициенты условий работы, _c1 = 1,1; _c2 = 1;

M_, M_q, M_c  коэффициенты принимаемые по СНиП в зависимости от угла внутреннего трения грунта основания фундамента , для супеси пластичной при =32º, M_=1,34; M_q=6,34; M_c=8,55;

k_z  коэффициент, принимаемый равным при b<10 м k_z=1;

_II, '_II  осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих соответственно ниже и выше подошвы фундамента

C_II=0 кПа;

d_b  глубина подвала, d_b=0 м;

b  ширина подошвы фундамента, b=3 м.
г) вычисляется эксцентриситет равнодействующей вертикальной нагрузки относительно центра подошвы фундамента как
e_x = M_x/N, (2.2.4)
где M_x  Расчетное значение суммарного изгибающего момента, передаваемого фундаментом на основание в уровне подошвы;

N  расчетное значение вертикальной нагрузки на основание включая вес конструкций, грунта на его ступенях и т.п.
M_x = M^p+Q^p·d₁, (2.2.5)
где M^p, Q^p – соответственно расчетные значения изгибающего момента и поперечного усилия в основном сочетании при _f = 1,0.
M^p = 1·590 = 590 кН·м;
Q^p = 1·180 = 180 кН.
M_x = 590+180·2,64 = 1065 кН·м.
N = N_p+G, (2.2.6)
где N^p = 3000 кН.
G = 1·b²··d₁ (2.2.7)
G = 1·3²·20·2,64 = 475,2 кН.
N = 3000+475,2 = 3475,2 кН.
Тогда:
e_x = 1065,2/3475,2 = 0,306 м.
Поскольку:
e_x=0,306>0,033b=0,0333=0,099 м,
но меньше
l/6 = 3/6 = 0,5 м,
Принимается прямоугольная в плане подошва фундамента, для чего увеличивается ее размер в направлении изгибающего момента. Для этого вычисляется коэффициент увеличения k₀ по формуле
k₀ = (N+N²+24M_x·(0,4·b·d₁+1,2·N/b))/0,8·(b²·d₁+3·N), (2.8)

k₀ = 1,1.
С учетом вычисленного значения k₀ длина подошвы внецентренно-нагруженного фундамента под колонну определяется как
l = k₀·b, (2.9)
l = 1,1·3 = 3,4 м.
Принимаем l=3,4 м. Окончательно принимаем монолитный столбчатый фундамент с размерами подошвы l=3,4 м, b=3 м.
д) проверяют краевые напряжения под подошвой фундамента исходя из трапециевидной эпюры давления:
P^max_min = M_x/A·(1(6·e_x/l), (2.10)
где N  расчетное значение вертикальной нагрузки на основание, включая вес фундамента, грунта на его ступенях:
N = N^p+G, (2.11)
N = 1·3000+3·3,4·20·2,64·1 = 3538,6 кН.
A  площадь подошвы фундамента
А = 3·3,4 = 10,2 м².
M_x  расчетное значение изгибающего момента относительно центра подошвы фундамента по формуле (2.2.5)
M_x = 1·590+180·2,64·1 = 1065,2 кНм.
е_x  эксцентриситет равнодействующей вертикальной нагрузки относительно центра подошвы фундамента по формуле (2.4)
e_x = 1065,2/3538,6 = 0,3 м.
l  размер подошвы фундамента в направлении действия момента = 3,4 м.
P^max = 3538,6/10.2·(1+(6·0,3/3,4) = 530,
P_min = 3538,6/10.2·(1-(6·0,3/3,4) = 163.
При правильном, экономичном подборе размеров подошвы фундамента должны выполняться условия:

1. 
   P_max≤1,2 R; 530 кПа  550 кПа  не выполняется.
   
2. 
   P_min>0, т. е. для минимального давления ограничение не введено, но оно должно быть больше нуля, т.е. не должно быть отрыва части подошвы фундамента от грунта в результате появления растягивающих напряжений, когда P_min со знаком «минус», 163 кПа>0  выполняется.
   
3. 
   P₀

Условие не выполняется, поэтому увеличивается размер подошвы фундамента в направлении действия момента, что соответствует рекомендациям СНиП РК 5.01-01-2002.

Принимается l=5,5 м, b=5 м при прежнем значении R=459 кПа и перерасчет.

Тогда

N = 1·3000+5,5·5·20·2,64·1 = 4452 кН.

А = 5,5·5 = 27,5 м².

e_x = 1065,2/4452= 0,24 м.

P^max = 4452/27,5·(1+(6·0,24/5,5) = 204,
P_min = 4452/27,5·(1-(6·0,24/5,5) = 123.
Проверка выполнение условий

P_max==204 кПа 1,2·459=550 кПа ; P_min =123 кПа >0;
P₀=161 кПа < R=459 кПа.

= = 0,6 что больше рекомендуемой величины 0,25.
Следовательно фундамент запроектирован экономично.
Окончательно принимаем трехступенчатый фундамент с габаритами подошвы l=5,5 м; b=5 м; d₁=2,64 м и высотой ступней, при высоте плитной части – 900 мм: h₁ = 300 мм, h₂ = 300 мм, h₃ = 300 мм.

Рисунок 2 – Монолитный фундамент под колонну




Рисунок 3 – Монолитный фундамент под колонну
2.3 Сметная стоимость возведения фундамента
Объем земляных работ при разработке котлована
V₁ = 2,35/3·H·(S₁+S₂+√S₁·S₂), (2.3.1)
V₁ = 2,35/3·1,8·(107,06+31,8+√107,06·31,8) = 118,05м³.
Расход монолитного бетона
V₂ = 5·5,5·0,3+3,8·3,6·0,3+2,6·2,2·0,3+1,4·1·1,3-(0,65·0,95+0,9·0,6)1,05/2 = 15,28 м³.
Расход бетона на устройство подготовки толщиной 100 мм
V₃ = 5,9·5,4·0,1 = 3,2 м³.
3 Фундамент глубокого заложения

По конструктивным соображениям, условиям производства работ принимается свайный фундамент с забивными железобетонными сваями и ростверком (возможны другие конструктивные решения свай и фундаментов глубокого заложения).
3.1 Определение основных размеров
Предварительно строим геологическую колонку грунтов по оси проектируемого сооружения с указанием их мощности. По эпюре условных расчетных сопротивлений выбираем несущий (опорный) слой грунта с наибольшей величиной R₀. Далее производится определение основных размеров свайных фундаментов.

Требуется определить основные размеры свайного фундамента с забивными железобетонными сваями и ростверком для инженерно-геологических условий площадки строительства. Из эпюры следует, что опорным следует считать слой песка крупного, плотного, насыщенного водой R₀=400 кПа.
3.1.1 Установление глубины заложения подошвы ростверка. Устанавливаем глубину заложения подошвы ростверка из конструктивных требований без учета сезонного промерзания грунтов, инженерно-геологических особенностей площадки строительства, положения УГВ. При этом, в первом приближении высота ростверка назначается на 0,40,5 м больше необходимой глубины заделки колонны в фундамент h, т.е.
d_к = h_f+0,5 м. (3.1)
d_к = 1+0,5 = 1,5 м.
Размеры ростверка по высоте, как правило, принимаются кратными

0,1 м. Принимаем высоту ростверка d₁=d_k=15 м. Полученная величина глубины заложения d₁=1,5м откладывается в масштабе на схеме от планировочной отметки и устанавливается абсолютная отметка низа ростверка, равная 127,92 м.
3.1.2 Заглубление сваи в опорный слой грунта

Задаемся заглублением сваи в опорный (несущий) слой грунта в пределах 12 м и устанавливаем по схеме ориентировочную расчетную длину сваи (h_P), исчисляемую как расстояние от дна предполагаемого котлована до начала заострения. Таким образом, принимая заглубление сваи в слой песка крупного на 1,0 м, получаем
h_p = h₁+h₂+h₃, (3.2)
h_p = 0,4+1+1,2+5,1 = 7,7 м.
По ориентировочной расчетной длине, учитывая метод погружения, форму поперечного сечения, вид армирования, выбираем тип сваи.

Выбираем забивную сваю квадратного сечения с ненапрягаемой стержневой арматурой марки С-8-30, т. е. длиной h_ст=8 м и размером поперечного сечения 0,3х0,3 м.

Так как действуют горизонтальные и моментные нагрузки то, эта величина принимается 30 см. В связи с этим, вновь определяется расчетная длина сваи
h_p = h_ст-0,3 = 7,7 м, (3.1.3)

Рисунок 4 – Расчетная схема сваи
3.1.3. Определение несущей способности сваи

Определяется несущая способность сваи из условия прочности грунта по СНиП, как:
F_d = _c·(_cR·R·A+u_cf·f_i·h_i), (3.1.4)
F_d = 1·(1,2·9900·0,09+1,5·1)·(46·0,4+36·1+54·1,2+43·5,1)

=1577 кН,

где _c  коэффициент условий работы сваи в грунте, _c=1;

_cR, _cf  коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и по боковой поверхности сваи, _cR=1,2, _cf=1;

R  расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи,

R=9900 кПа;

f_i  расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания мощностью h_i по боковой поверхности сваи; расчетное сопротивление слоя супеси твердой на глубине z₁ = 2,6 м, будет f₁=46 кПа; расчетное сопротивление слоя суглинка на глубине z₂ = 3,3, м - f₂=36 кПа; расчетное сопротивление слоя глины тугопластичной на глубине z₃ = 4,4 - f₃=54 кПа; расчетное сопротивление слоя песка средней крупности, средней плотности на глубине z₄ = 7,55 – f₄=43 кПа;

A  площадь поперечного сечения сваи
м².
u  наружный периметр поперечного сечения сваи
u = 5·0,3 = 1,5 м.
h_i  толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, h₁ = 0,4; h₂ = 1; h₃ = 1,2; h₄ = 5,1.

Таким образом:
f_i·h_i = (46·0,4)+(36·1)+(54·1,2)+(43·5,1) = 338,5.
3.1.4. Определение расчетной нагрузки на сваю. Определяется расчетная нагрузка на сваю из условия прочности грунта
P = F_d/_k, (3.1.5)
P = 1577/1,4 = 1126 кН,
где _k  коэффициент надежности по грунту, принимаемый равным _k=1,4.
3.1.5. Определение количества свай в фундаменте. Определяем ориентировочно количество свай в фундаменте
n = (N^p/P)·1,2, (3.1.6)
n = (3300/1126)·1,2 = 3,5 ,
где 1,2  коэффициент, увеличивающий число свай в грунте на 20% вследствие действия изгибающего момента и поперечной силы;

N^P  расчетное значение вертикальной нагрузки, при коэффициенте надежности по нагрузке, _f=1,1;

N^p = 3000·1,1 = 3300 кН.

Принимаем n=4.
3.1.6 Размещение свай и определение размеров ростверка в плане. Производится размещение свай и определяются размеры в плане. Расстояние от края ростверка до внешней грани сваи назначается 15 см. Размеры ростверка в плане должны быть кратными 0,1 мм.
L_p = 0,9+(0,15+0,15)+(0,15+0,15) = 1,5м,
В_p = 0,9+(0,15+0,15)+(0,15+0,15) = 1,5м.
3.1.7 Определение нагрузки на угловые сваи. Проверяется нагрузка на угловые сваи фундамента, как наиболее нагруженные по формуле
N_{св min}^max = (N^p + G)/n + (M·x)/x_i² кН, (3.17)
где x  расстояние от главной оси до оси угловой сваи, x=0,45 м;

G  расчетная нагрузка от собственного веса ростверка и грунта на его ступенях, ориентировочно определяется при _f=1,1 как
G = _f·A_p··d₁, (3.8)
G = 1,1·1,5·1,5·20·1,5 = 74,25 кН;
M  расчетное значение изгибающего момента относительно главной подошвы ростверка, при _f=1,1 определяемое как
M = M^p+Q^p·d₁ (3.9)
M = 590·1,1+180·1,1·1,5= 946 кНм;
 сумма квадратов расстояний от главной оси до оси каждой сваи фундамента
= 0,45²·4 = 0,81 м²,
N_св^max = (3300+74,25)/4+(946·0,45)/0,81= 1369,2 кН,
N_{св min} = (2200+74,25)/4-(1314,5·0,45)/0,81= 318 кН.
Проверяется выполнение условий:

1. 
   N_св^max≤1,2 R; 1369,2<1,21126=1351,2 кН  условие не выполняется;
   
2. 
   N_св^min>0; 3180>0  условие выполняется.
   

Увеличиваем количество свай, принимаем n=6.
x=0,9 м,
G = 1,1·2,4·1,5·20·1,5 = 118,8 кН,
M = 590·1,1+1380·1,1·1,5= 946 кНм,
= 0,9²·4 = 3,24 м²,
N_св^max = (3300+118,8)/6+(946·0,9)/3,24= 832,6 кН,
N_{св min} = (3300+118,8)/6-(946·0,9)/3,24= 307 кН.
Проверяется выполнение условий:

1. 
   N_св^max≤1,2 R; 832 < 1,21126 = 1351,2 кН  условие выполняется;
   
2. 
   N_св^max>0; 307 > 0  условие выполняется.
   

Окончательно принимаем 6 свай в одном фундаменте.
3.1.8 Проверка напряжений в грунте в плоскости нижних концов свай

Проверяются напряжения в грунте в плоскости нижних концов свай. При этом, свайный фундамент условно принимается за массивный жесткий фундамент глубокого заложения, контур которого ограничен сверху поверхностью планировки, снизу  плоскостью, проходящей через нижние концы свай, с боков вертикальными плоскостями, отстоящий от наружных граней свай на расстояние . Для слоистой толщи определяется осредненное значение угла внутреннего трения грунта
_II = (_IIi·h_i)/h_p, (3.10)
_II = (23º·0,4+31º·1+32º·1,2+17º·5,1)/ 7,7= 20,
где _i, h_i  соответственно расчетное значение угла внутреннего трения и толщина каждого слоя грунта в пределах расчетной длины сваи, град., м;

толщина слоя супеси твердой h₁=0,4 м, ₁=23º;

толщина слоя песка мелкого плотного h₂=1м, ₂=31º;

толщина слоя песка среднего средней плотности h₃=1,2 м, ₃=32º;

толщина слоя суглинка тугопластичного h₃=5,1 м, ₃=17 º.
φ_II/4 = 20/4 = 5º tg5º= 0,0875.
Исходя из этого, размеры подошвы условного фундамента в плане определяются как
l_усл = 0,9+0,9+0,15+0,15+2·7,7·0,0875= 4 м,

b_усл = 0,9+0,15+0,15+2·7,7·0,0787= 3м.
Площадь подошвы условного фундамента
А_усл = l_усл· b_усл,, (3.11)
А_усл = 4·3= 12 м².
Определяется давление под подошвой условного фундамента
Р = (N^p+G)/A_усл, (3.12)
Р = (3300+2208)/12= 459 кПа.
где N^P=3300 кН при _f=1;

G  расчетная нагрузка от собственного веса свай, ростверка, грунта в пределах условного фундамента:
G = A_усл·(h_p+d_i)·_i, (3.13)
G = 12·(7,7+1,5)·20·1 = 2208 кН.
Определяется расчетное сопротивление грунта под подошвой условного фундамента
R = (_c1·_c2)/k·[M_·k_z·b·_II+M_q·(h_p+d₁)· ’_II+M_c·c_II], (3.14)
R = (1,4·1,0)/1·[0,39·1,0·3·10,9+2,57·(7,7+1,5)·18 +5,15·15] = 722 кПа.
где _с1=1,4; _с2=1,0; k=1; k_z=1;

M_, M_q, M_c  коэффициенты, принимаемые в зависимости от угла внутреннего трения грунта основания условного фундамента, поскольку таковым является суглинок с =17º, M_=0,39; M_q=2,57; M_c=5,15;

b_усл=3 м;

_II  расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже условного фундамента, _II=10,9 кН/м³ с учетом взвешивающего действия воды.

'_II  среднее значение удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы условного фундамента, '_II = 18 кН/м³.

x_i, h_i  соответственно удельный вес и толщина каждого слоя грунта по высоте (h_P+d₁) условного фундамента;

с_II  расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой условного фундамента, для суглинка тугопластичного с_II = 15.
Проверяется выполнение условия P < R
459 кПа<722 кПа.
Условие выполняется.


Рисунок 6 – Схема определения размеров условного фундамента

3.2. Расчет железобетонного ростверка
Расчет ростверка свайного фундамента производится на продавливание колонной по формуле
N≤2R_bt·H₀[α(h_c+c₂)+α₂·(b_c+c₁)₁], (3.1)
где N  расчетная продавливающая сила, равная сумме реакций всех свай, расположенных за пределами нижнего основания пирамиды продавливания
N = P_ф·n; (3.2)
Где h₀  рабочая высота ростверка, принимаемая от дна стакана до верха нижней рабочей арматурной сетки, h₀=0,45 м;

b_c, h_c  ширина и длина сечения колонны 0,4х0,8 м;

C₁, C₂  расстояние от соответствующих граней колонн до внутренних граней каждого ряда свай, C₁= 0,425 м; C₂=0,18 м;

₁, ₂  безразмерные коэффициенты, равные
_i = H₀/C₁, (3.3)
₁ = 0,45/0,425 = 1,06,
₂ = 0,45/0,18 = 2,5.
R_bt  расчетное сопротивление бетона осевому растяжению, для принятого в проекте класс бетона В25, R_bt=1155 кПа;

P_ф  реакция одной сваи фундамента
P_ф = (N^р+G₁)/n, (3.4)
P_ф = (3300+118,8)/6 = 570 кH,
N = 570·4 = 2280 кН.
В правой части условия имеем
2·1155·0,45[1,06(0,4+0,18)+2,5(0,8+0,425)] = 3823 кН.
2280 ≤ 3823 кПа  условие выполняется, следовательно, продавливание ростверка колонной не произойдет.


Рисунок 7 – Свайный фундамент со стаканным ростверком
3.3. Сметная стоимость устройства фундамента
Объем земляных работ при разработке котлована по формуле (2.1)
V₁ = 1/3·H·(S₁+S₂+√S₁·S₂),
V₁ = 1/3·1,5·(5,32+16,68+√5,32·16,68) = 15,7м³.
Расход монолитного бетона при устройстве ростверка
V₂ = 2,4·1,5·0,7+1,1·1,1·0,8 = 3,488 м³.
Объем сборного железобетона сваи
V₃ = 0,3·0,3·8·6 = 4,32 м³.
Расход бетона на устройство подготовки толщиной 100 мм
V₄ = (2,4+0,4)(1,5+0,4)·0,1 = 0,532 м³.

4. Технико-экономическое сравнение вариантов
Технико-экономическое сравнение вариантов фундаментов сводится в таблицу.
Таблица 1 – Технико-экономическое сравнение

Виды работ	Ед. изм	Стоимость,	Вариант I			Вариант II
			Фундамент на естественном основании			Свайный фундамент
			Объем	Стоимость		Объем		Стоимость
1.Разработка грунта под фундамент	м3	16,49	0,11805	1,946		0,0157		0,258
2.Устройство бетонной подготовки 100мм	м3	8563	0,032	274,016		0,0532		455,5
3.Устройство ж.б. фундаментов под колонны объемом до 25 м3	м3	10374	0,1528	1585,15		-		-
4.Устройство монолитных фундаментов и ростверков до 5м3	м3	10998	-	-		0,0348		382,7
5.Погружение железобетонных свай	м3 ж.б. сваи	44,74	-	-		4,32		193,27
Общая стоимость фундаментов					1861,1				1031,7

Как видно из таблицы экономичнее свайный фундамент, поэтому расчет по деформациям производится для свайного фундамента
5. Расчет оснований по деформациям

Расчет оснований по деформациям сводится к определению расчетных величин стабилизированных осадок и сравнению их с предельными. При этом должно соблюдаться следующее условие:
S≤S_u, (5)
где S  возможная величина осадки здания, полученная расчетом;

S_u  предельно допустимая осадка, зависящая от жесткости здания, эксплуатационных требований.
5.1. Расчет осадки методом послойного элементарного суммирования
Строим графическую схему, на которой изображаются контуры проектируемого фундамента, напластования грунтов, эпюры природного и садочного давлений, нижняя граница сжимаемой толщи.
5.1.1. Построение эпюры природного давления грунта

Природным называется давление от веса вышележащих слоев грунта, определяемая по формуле
, (5.1)
где _i  удельный вес грунта;

h_i  мощность слоя грунта.
Ниже УГВ необходимо учитывать взвешивающее действие воды на скелет грунта и определять удельный вес грунта, взвешенного в воде по формуле
, (5.2)
где _s  удельный вес скелета грунта;

_  удельный вес воды;

e  коэффициент пористости грунта.
Ординаты эпюры _zgi вычисляются для всех характерных точек отметки подошвы фундамента, отметки границ слоев грунта, отметки уровня грунтовых вод. Кроме этого вычисляются ординаты вспомогательной эпюры 0,2_zg0.

На поверхности земли
_zg0=0; 0,2_zg0=0.
На контакте I и II слоя (мощность 1,1 м)
_zg1=h₁·γ₁, (5.3)
_zg1= 1,1·17 = 18,7кПа,
0,2_zg1 = 0,2·18,7 = 3,74 кПа.
На контакте II и III слоя (мощность 0,4м)
_zg2=_zg1+h₂·γ₂ , (5.4)
_zg2= 18,7+21·0,4 =27,1 кПа,
0,2_zg2 = 0,2·27,1= 5,42 кПа.
На контакте III и IV слоев (мощность 1 м)
_zg3=_zg2+h₃·γ₃, (5.5)
_zg3 = 27,1+18,9·1 = 46 кПа,
0,2_zg3 = 0,2·46 = 9,2 кПа.
На уровне подошвы условного фундамента (мощность 0 м)
_zg5=_zg4+h₅·γ₅, (5.7)
_zg5= 46+0·20,4 = 46 кПа,
0,2_zg3 = 0,2·46 = 9,2 кПа.

На контакте IV и V слоев (мощность 1,2 м)
_zg4=_zg3+h₄·γ₄, (5.6)
_zg4= 46+1,2·20,4 = 70,48 кПа,
0,2_zg4 = 0,2·70,48 = 14,1 кПа.
На подошве V слоя (мощность 5,1 м)

s_zg6=s_zg5+h₆·γ₆, (5.8)
s_zg6 = 70,48+5,1·19,13 = 168,04 кПа,
0,2s_zg3 = 0,2·168,04 = 33,6 кПа.
Полученные значения ординат эпюры природного давления и вспомогательной эпюры наносим на графическую схему.

Рисунок 8 - Эпюры природного и осадочного давления
5.1.2. Построение эпюры осадочных давлений. Осадочным называется давление, передаваемое фундаментом на грунт основания и вызывающее его уплотнение. Величина осадочного давления непосредственно под подошвой фундамента определяется как
σ_zp = р - σ_zg кПа, (5.9)
где P  среднее давление под подошвой фундамента, P =459 кПа;

_zg  природное давление в уровне подошвы фундамента на естественном основании, _zg=168,04 кПа.
При построении эпюры осадочных давлений толща грунта ниже подошвы фундамента разбивается на элементарные слои толщиной 0,4b, где b  ширина подошвы фундамента
0,4b = 0,4·3= 1,2 м.
Каждый слой грунта ниже условного фундамента разбиваем на слои толщиной 1,2 м.

Ординаты эпюр осадочного давления на глубине z_i ниже подошвы фундамента определяем как
, (5.10)
где   коэффициент рассеивания, определяемый по таблице.
Вычисление ординат эпюры осадочных давлений производим по табличной форме.
Таблица 2 – Ординаты эпюр осадочных давлений

z, м	ξ = 2z1/b	
1	2	3	4
0	0	1	291
1,2	0,8	0,848	246,7
2,4	1,6	0,532	154,8
3,6	2,4	0,325	94,6
4,8	3,2	0,21	61,1
6	4	0,145	42,2

Толщина грунта, практически влияющая на осадку фундамента называется сжимаемой. Сжимаемая толща ограничена сверху горизонтальной плоскостью, проходящей через подошву фундамента, а снизу  горизонтальной плоскостью, в которой осадочного давление в пять раз меньше природного, т е. . Величиной сжатия грунта ниже уровня обычно пренебрегают, вследствие незначительности.

Мощность сжимаемой толщи легко определяется с помощью графического построения, которое заключается в наложении эпюры природных давлений _zg, вычерченной справа от оси с пятикратным уменьшением масштаба, на эпюру осадочных давлений _zp. Точка пересечения этих эпюр будет соответствовать нижней границе сжимаемой толщи (НГСТ). НГСТ располагается на глубине 2,8 м от подошвы условного фундамента.

Определение деформационных характеристик грунтов, входящих в сжимаемую толщу. Деформационные характеристики каждого слоя грунта в составе сжимаемой толщи определяются по данным, приведенным в задании на курсовой проект, путем построения соответственно компрессионной кривой или графика зависимости осадки штампа от давления на него.

По имеющимся данным строим кривую пробной нагрузки е=f(P) и определяем соответственно природное давление полное P₂ (сумма природного и осадочного давлений) в его средней части. Значения P₁ и P₂ наносится на ось давлений диаграммы и по графику определяется соответствующее значение коэффициентов пористости

Определяем модуль общей деформации грунта. Тогда коэффициент сжимаемости
m₀ = (e₁-e₂)/(P₂-P₁); (5.11)
m₀= (0,583-0,58)/(397,96-287,88) = 0,000027 кПа^1.
Коэффициент относительной сжимаемости
m_v = m₀/(1+e₀), (5.12)
m_v = 0,000027/(1+0,6) = 0,000017 кПа.
Модуль деформации грунта
E₀ = β/m_v, (5.13)
E₀= 0,8/0,000017=47337,3 кПа.

Рисунок 9 – Компрессионные свойства грунтов
По имеющимся данным строим кривую пробной нагрузки S=f(P) и определяем соответственно природное давление полное P₂ (сумма природного и осадочного давлений) в его средней части. Тогда. Значения P₁ и P₂ наносится на ось давлений диаграммы и по графику определяется соответствующее значение осадок S₁ и S₂.

5.2. Расчет осадки фундамента
Полная осадка фундамента определяется как сумма осадок элементарных слоев в пределах сжимаемой толщи, т. е.
, (5.14)
где S_i  осадка каждого элементарного слоя грунта определяется как
, (5.15)
где  среднее давление в середине рассматриваемого элементарного слоя;

h_i  толщина элементарного слоя;

  безразмерный коэффициент, =0,8;

E₀  модуль деформации грунта.
Тогда
S₁ = ((291+246,7)/2)·(0,8·1,2/47337) = 0,0026 м,
S₂ = ((246,7+154,8)/2)·(0,8·1,2/47337) = 0,0019 м,
S₃ = ((154,8+94,6)/2)·(0,8·0,4/473372) = 0,00046 м.
S₃ = ((94,6+61,1)/2)·(0,8·0,4/473372) = 0,00046 м.

Полная осадка фундамента
∑S_i = 0,0026+0,0019+0,00046= 0,00493м = 0,5 см <8 см,
0,5 см < 8 см  условие выполняется.
5.3 Расчет осадки методом эквивалентного слоя
Расчет осадки методом эквивалентного слоя грунта производится в следующем порядке.

Ориентируясь на преобладающий ниже подошвы фундамента (или условного фундамента) грунт, задаются значением коэффициента относительной поперечной деформаций v, если преобладают глинистые грунты v=0,3, песчаные v=0,2.

Преобладающим грунтом в рассматриваемом примере является суглинок тугопластичный, следовательно, v=0,30. По таблице [3] для условного фундамента с прямоугольной подошвой размером 4,5x2,2 м определяется коэффициент эквивалентного слоя А_wconst= 1,108 и вычисляется высота эквивалентной толщи грунта, как
һ_э=А_{w const}∙b_усл, (5.16)
һ_э=1,108∙3=3,324 м.
Вычисляется мощность толщи грунта, практически влияющей на осадку фундамента
H=2һ_э, (5.17)
H =2∙3,324=6,65 м.
Полученная величина Н откладывается вниз по оси условного фундамента от его подошвы. Строится треугольная эпюра осадочных давлений, основание которой равно величине σ_zp=291 кПа, определенной ранее на уровне подошвы условного фундамента, а высота Н=6,65 м.

Грунты, вошедшие в сжимаемую толщу (Н), считаются однородными с осредненными характеристиками.

В данном случае в пределах треугольной эпюры находится слой песка средней крупности h₁= 24,6 м, m_vm= 0,000017 m_vm

Вычисляется средняя осадка фундамента
S=h_э ∙m_vm ∙σ_zp, (5.18)
S=3,324·1,7·10^-5·291=1,6 см,
1,6 см < 8 см  условие выполняется.
6. Выбор сваебойного оборудования

Тип молота выбирается исходя из минимальной энергии удара, необходимой для забивки свай, которая определяется как:
Э = 1,75аР, (6.1)
где а – эмпирический коэффициент, а = 25 Дж/кН;

Р – расчетная нагрузка на сваю, Р = 459 кН.
Тогда:
Э = 1,75·25·459 = 20081 Дж = 20,08 кДж.
Приняты по таблице СССМ-570 – паровоздушный молот одиночного действия, с расчетной паспортной энергией удара Э_р = 27 кДж должен удовлетворять условию:
g·(Q_n+q)/Э_р ≤ К, (6.2)
где Q_n – полная масса молота, Q_n = 2,7 т;

q – масса сваи и наголовника, q _с = 0,22·6 = 1,32 т,

g – ускорение свободного падения, g = 10 м/сек².
Значение коэффициента К, зависящего от материала сваи, типа молота принимаем равным

Таким образом:
10(2,7+1,32)/20,08 = 2 ≤ 5
Условие выполняется, окончательно для забивки свай принимается паровоздушный молот СССМ-570 одиночного действия, с расчетной паспортной энергией удара Э_р = 27 кДж.

Заключение
В данном курсовом проекте мы провели оценку инженерно-геологических условий и свойств грунтов. Рассчитали варианты (при этом рассмотрели два варианта – фундамент мелкого заложения и фундамент свайный) для наиболее нагруженного фундамента под колонну промышленного здания.

По каждому варианту выбрали и обосновали глубину заложения фундамента, тип фундамента, тип основания, определили размеры фундамента и рассчитали по прочности материала.

Определили стоимость каждого варианта, сравнили рассмотренные варианты по технико-экономическим показателям и выбрали второй вариант- свайный фундамент.

Для данного фундамента выполнили расчет по II группе предельного состояния.

Список использованных источников
1 Берлинов М. В., Ягупов Б. А. Примеры расчета оснований и фундаментов. – М. : Лань, 2011. – 269 с.

2 Веселов В. А. Проектирование оснований и фундаментов. Основы теории и примеры расчета. : учебное пособие : – М. : Стройиздат, 2009. – 304 с.

3 Горшкова Л. В. Расчет и конструирование основания и фундаментов промышленных зданий: учебное пособие /. – Павлодар : Кереку, 2016. – 121 с.

4 Далматов Б. И., Бронин В. Н., Голли А. В. и др. Проектирование фундаментов зданий и подземных сооружений / под ред. Б. И. Далматова. – 3-е изд. – М. : АСВ, 2006. – 428 с.

5 СНиП 2.01.07-85· Нагрузки и воздействия. Нормы проектирования. – М. : Стройиздат, 1987. – 60 с.

6 СНиП РК 5.01-01-2002 Основания зданий и сооружений. Строительные нормы и правила. – Астана : Комитет по делам строительства Министерство индустрии и торговли Республики Казахстан, 2002. – 82 с.

7 СНиП РК 5.01-03-2002 Свайные фундаменты. Строительные нормы и правила РК. – Астана : Комитет по делам строительства Министерство индустрии и торговли Республики Казахстан, 2002. – 84 с.

8 Ухов С. Б., Семёнов В. В., Знаменский В. В. и др. Механика грунтов основания и фундаменты. – М. : Высшая школа, 2002. – 566 с.