геотехника. Методические указания к курсовому проекту по дисциплине Геотехника II раздел Основания и фундаменты для студентов специальности 050729 Строительство

• Название: Методические указания к курсовому проекту по дисциплине Геотехника II раздел Основания и фундаменты для студентов специальности 050729 Строительство
• Дата: 09.04.2018
• Размер: 0.52 Mb.
• Имя файла: геотехника.doc
• Тип: Методические указания; #40731
• страница: 1 из 3

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

КАЗАХСКАЯ ГОЛОВНАЯ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ

Факультет Общего Строительства


МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к курсовому проекту по дисциплине Геотехника II

раздел «Основания и фундаменты»

для студентов специальности 050729 «Строительство»

г.Алматы, 2008г.


СОДЕРЖАНИЕ
1.1 Цель работы ……………………………………………………..………..….3

2.1 Оценка инженерно-геологических условий строительства …………..…..4

2.2 Анализ конструктивной схемы здания и выбор типа фундамента…….…8

2.3 Определение предварительных размеров фундамента ……………….…..9

2.4 Проверка прочности подстилающего слоя слабого грунта ……………...11

2.5 Определение осадки фундамента ……………………………………….…12

3. Проектирование свайного фундамента …………………………..…….…..14

3.1 Выбор глубины заложения ростверка ……………………………………14

3.2 Определение несущей способности одиночных свай ……………………14

3.3 Конструирование свайного фундамента …………………………………..16

3.4 Расчет осадки свайного фундамента ………………………………………18

4. Расчет фундамента с применением ПЭВМ …………………………………20

Приложение А ……………………………………………………………………27

Список литературы ………………………………………………………..…….31

1. Цель работы
Целью выполнения расчетно-графической работы является за­крепление и углубленное изучение теоретического курса, ознакомле­ние будущих специалистов с основами инженерной геологии, механи­ки грунтов, положениями современных методов расчета, действую­щими нормами проектирования оснований и фундаментов зданий и сооружений для конкретных инженерно-геологических условий пло­щадки строительства.

В процессе выполнения работы студенты решают практические задачи оценки инженерно-геологических условий и физико-механических характеристик грунтов площадки строительства, проек­тирования оснований и фундаментов естественного заложения под здание.

1.1 Оценка инженерно-геологических условий строительства
Рекомендуется следующая последовательность данной оценки для песчаных и глинистых фунтов на основе зависимостей [1], [2].
1.1.1 Определение вида грунтов по гранулометрическому соста­ву и числу пластичности
1_P=W_L-W_P=0 (2.1)
где W_LuW_P- соответственно влажность грунта на границе теку­чести и раскатывания.
Так как 1_Р =0 и содер­жание частиц размером менее 2 мм по массе более 50%, то грунт яв­ляется песчаным.
1.1.2 Определение разновидности песчаных грунтов по гранулометрическому составу. Данная разновидность песчаного грунта устанавливается на основе анализа процентного содержания частиц по массе различного диаметра с использованием [1, с. 13].
2.1.4 Определение коэффициента пористости грунтов

(2.2)

где y_s - удельный вес твердых частиц грунта, кН/м³;

у - удельный вес грунта, кН/м³;

W- природная влажность грунта в долях единицы.

По коэффициенту пористости для песчаных грунтов в соответ­ствии с таблицей [1, с. 22] устанавливается плотность их сложения.
2.1.5 Определение степени влажности грунтов

(2.3)

где Yw-удельный вес воды, принимаемый равным 10 кН/м³

Значение степени влажности грунтов определяется для всех грунтов.
Для песчаных грунтов дополнительно устанавливается их со­стояние по степени влажности [1, с. 18].
2.1.8 Определение механических характеристик грунтов:
1) расчетное сопротивление грунта R_о по таблицам [3, с. 79];

2)характеристики прочности и деформируемости грунтов.

К их числу относятся: сцепление - С. и угол внутреннего трения - φ;модуль деформации - Е.

В рамках учебного проектирования значения т_о(коэффициент сжимаемости) указываются в задании, а C и φопределяются по СНиП РК [3, с. 70 ].

Модуль деформации определяется по зависимости

Е = ,(2.7)

где: т_v=т_o/(1+e);

β=1-2*ν²/(1-ν).

Величину коэффициента поперечной деформации vдопускается принимать равным: 0.3-0.35 - для песков и супесей; 0.35-0.37 - для суглинков; 0.2-0.3 - при I_L < 0; 0.3 - 0.38 - при 0 I_L 0.25; 0.38 - 0.45 при 0.25 <I_L1.0 - для глин.

2.1.9 Выбор расчетных характеристик грунтов. Расчётные ха­рактеристики грунтов определяются по формуле [3, с. 46]
X=X_n/_g,(2.8)
где X_n- нормативное значение характеристики грунта;

_g - коэффициент надёжности по грунту.
2.1.10 Оценка условий залегания грунтов основания. Обычно выделяют следующие типовые схемы:

- схема 1, когда все слои грунта являются надежными;

- схема 2, когда с поверхности залегают один или несколько слоев слабого грунта, подстилаемых надежными грунтами;

- схема 3, когда между слоями надежных грунтов залегают про­слои слабых грунтов.

Схема 1 наиболее благоприятна для строительства.

Схемы 2 и 3 обусловливают многовариантность решений оснований и фундамен­тов. Проектное решение здесь принимается по результатам технико-экономического анализа вариантов фундаментов.
2.2 Анализ конструктивной схемы здания и выбор типа фундамента
В задании на проектирование приведены нормативные значения момента и продольной силы, действующие на уровне обреза фундамента. Нагрузки предназначены для расчетов по второму предельному состоянию- N_o11 (продольное усилие) и М_o11(изгибающий момент). Необходимо оце­нить их величину и возможные эксцентриситеты.

Конструктивные особенности здания оцениваются по чувстви­тельности его к неравномерным осадкам. На основе анализа конструк­тивной схемы здания по СНиП РК [3, с. 80] определяются предельно допускаемые совместные деформации здания и основания. С исполь­зованием рекомендаций [4, с. 24] дается оценка его жесткости.

При проектировании оснований и фундаментов возможны раз­личные варианты их устройства. Вариантность решений фундаментов естественного заложения может быть обусловлена изменением их конструктивных решений

8

(сборные, монолитные и др.), изменением глубины их заложения, способом

устройства, используемыми строи­тельными материалами и изделиями. Необходимо проанализировать возможные решения и, руководствуясь рекомендациями [4, с. 48], вы­брать конкретный тип фундамента, наиболее рациональный для заданного геологического строения [5, с. 26].
2.3 Определение предварительных размеров фундамента
2.3.1 Выбор глубины заложения фундамента. При выборе глуби­ны заложения фундамента в рамках РГР необходимо последовательно учесть влияние следующих факторов [3, с. 48]:

1) конструктивные особенности здания;

2) инженерно-геологические условия площадки строительства;

3) глубина сезонного промерзания грунтов. Необходимые для расчета значения сумм абсолютных среднемесячных отрицательных температур за зиму приведены в задании. Окончательная глубина за­ложения фундамента назначается с учетом рассмотренных факторов.
2.3.2 Определение предварительных размеров подошвы фунда­мента. Для определения размеров подошвы фундамента рекомендует­ся использовать графо-аналитический способ.

Первоначально устанавливается зависимость расчётного сопро­тивления грунта Rот ширины подошвы фундамента b. Для установ­ления зависимости R= f(b) задаются несколькими значениями шири­ны подошвы фундамента b и определяют соответствующие им значе­ния Rпо СНиП РК [3, с. 50]. Учитывая линейный характер зависимо­сти R= f(b),количество точек (т.е. значений b) принимается не менее двух. Результаты вычислений наносятся на график в виде функции 1.2R=f,{b)- внецентренно нагруженный фундамент (рис. 2.1).

Далее устанавливается зависимость краевых давлений по по­дошве фундамента от его ширины:

- ленточный фундамент
(2.9)

- столбчатый фундамент

, (2.10)
где N_о11 - расчетная вертикальная нагрузка, действующая на уровне верха фундамента для второго предельного состояния, кН;

ή - коэффициент соотношения сторон фундамента;

b - ширина подошвы фундамента, м;

γ_тt - среднее значение удельного веса материала фунда­мента и грунта на его обрезах, принимаемое равным 20 кН/м³;

d - глубина заложения фундамента, м;

М_o11 - момент всех сил относительно центра подошвы фун­дамента, для второго предельного состояния, кН*м.
Для установления зависимости Р_max=ƒ₂(b)задаются нескольки­ми значениями ширины подошвы фундамента b и по зависимостям (2.9) или (2.10) определяют соответствующие им значения Р_max. Коли­чество точек принимается не менее трёх. Результаты вычислений на­носятся на график в виде функции Р_max=ƒ₂(b)(рис. 2.1).


Рис. 2.1 - Графический способ определения размеров подошвы внецентренно нагруженного фундамента
Требуемые размеры подошвы фундамента устанавливаются по точке пересечения графиков 1,2R=ƒ₁(b)и Р_max=ƒ₂(b). Эта точка отвечает соблюдению

условия Р_max 1,2R.Зная величину b икоэффициент соотношения сторон ή, определяется длина подошвы столбчатого фундамента l=ή*b.
2.3.3 Конструирование фундамента.
Конструирование фунда­мента выполняется в следующей последовательности:
1) подбор унифицированных конструкций фундамента по спра­вочным данным [6, с. 131...149], [7, с. 93... 104], [8, с. 156...185];
2) определение веса фундамента G_f11 и грунта на его уступах G_g11 по конструктивному решению фундамента, обоснованному в п. I;

3) определение уточненного расчётного сопротивления грунта по СНиП РК [3, с. 50] для принятых по п.1 размеров фундамента;
4) определение среднего давления по подошве фундамента.
-ленточного , (2.11)

- прямоугольного , (2.12)
где Aи bопределяется по п. 1, а G_f11 и G_g11 определяются по п.2;
5) определение краевых давлений по подошве фундамента.
-ленточного , (2.13)

-прямоугольного , (2.14)
6) проверка условий [3, с. 52];
P₁₁ R, (2.15)

P_max1,2R, (2.16)

P_min0, (2.17)

где Р₁₁- среднее давление под подошвой фундамента, кПа;

P_max,P_min -максимальное и минимальное краевые давления под подошвой фундамента по п.5, кПа;

R- расчётное сопротивление грунта по п.З, кПа.

Недонапряжение по подошве фундамента не должен превышать 10%, а перегрузка - 5%.

Если условия (2.15)...(2.17) соблюдаются, то принятые размеры подошвы фундамента сохраняются. В противном случае размеры фундамента увеличиваются и осуществляется переход к п. 1... 6.
2.4 Проверка прочности подстилающего слоя слабого грунта

Если в пределах сжимаемой толщи основания на глубине z от подошвы фундамента имеется слой грунта меньшей прочности, чем прочность вышележащих слоев, то проверяется условие [3, с. 52]

(2.18)

где-вертикальные напряжения на глубине z от подошвы фундамента, соответственно от нагрузки на фундамент и от собственного веса грунта, кПа;

R_z-расчётное сопротивление слоя слабого грунта, вычис­ленное для условного фундамента шириной Ь_г, м, равной
, (2.19)

где ; a=(l-b)/2.


2.5 Определение осадки фундамента
Определение осадки фундамента выполняется методом послой­ного суммирования по следующему алгоритму:

1) определяется среднее давление по подошве фундамента

, (2.20)

2) определяется дополнительное давление по подошве фундамента

, (2.21)

где γ₁₁ - средневзвешенный удельный вес грунта в пределах глубины заложения фундамента, кН/м³;

3) сжимаемая толща грунтов основания под фундаментом де­лится на элементарные слои толщиной

h₁=0,2÷0,4b, (2.22)
4) строится эпюра изменения дополнительных напряжений по глубине основания (рис. 2.2)

σ_zP=P_o*α, (2.23)
где а- коэффициент, определяемый по СНиП РК [3, с.73],

5) определяются средние значения дополнительных напряжений в пределах каждого выделенного слоя грунта σ_zPi;

6) строится эпюра распределения вертикальных напряжений по глубине основания от собственного веса грунта (рисунок 2.2)

σ_zg=γ^/d+, (2.24)

где γ^/- удельный вес грунта выше подошвы фундамента, кН/м³;

γ_i,hj- соответственно удельный вес, кН/м³ и толщина i-го слоя грунта, м;

7. 
   устанавливается нижняя граница сжимаемой толщи грунта (ГСТ) исходя из соблюдения условия (рис. 2.2)
   

, (2.25)

или , (2.26)

если сжимаемая толща находится в слое грунта с модулем деформа­ции менее 5 мПа;

8) определяется осадка фундамента S м, равная сумме осадок всех слоев грунта в пределах границы сжимаемой толщи

, (2.27)

где β - безразмерный коэффициент, равный 0,8

E_i,,hj- модуль деформации, кПа и толщина слоя грунта, м;

п - число слоев сжимаемой толщи основания;
9) проверяется условие

S S_uf, (2.28)

где S_uf -предельно допустимая осадка для данного типа сооружения, определяемая по СНиП РК [3, с. 80].

Если условие (2.28) не выполняется, то увеличивают размеры подошвы фундамента, либо глубину его заложения.



Рис. 2.2 Расчетная схема к определению осадки фундамента
3. Проектирование свайного фундамента

3.1 Выбор глубины заложения ростверка
Глубина заложения подошвы ростверка dопределяется теми же факторами, что и для фундаментов естественного заложения.

В зданиях с подвалом требуется, чтобы положение верха ростверка было ниже отметки пола подвала, кроме однорядного расположения свай под стены.

Минимальная высота ростверка, исходя из конструктивных условий заделки колонны, определяется по следующей зависимости

, (3.1)
где h₀ - глубина заделки колонны в ростверк, определяемая из конструктивных условий (не менее размера поперечного сечения колонны или 25...30 диаметров продольной арматуры колонны).
При строительстве сооружений на пучинистых грунтах значение dдолжно быть не менее расчетной глубины промерзания грунтов. В противном случае предусматриваются меры, предотвращающие влияние сил морозного пучения на ростверк.