основания и фундаменты

Оглавление
1 Исходные данные для проектирования и их анализ 5
1.1 Исходные данные для проектирования 5
1.2 Анализ инженерно-геологических условий 6
1.3 Сочетания нагрузок 6
2 Проектирование массивных фундаментов мелкого заложения 6
2.1 Общие сведения 6
2.2 Назначение основных размеров фундамента и его конструирование 6
2.2.1 Выбор глубины заложения фундамента 6
2.2.2 Предварительное определение основных размеров фундамента 6
2.2.3 Конструирование фундамента мелкого заложения 6
2.2.4 Приведение нагрузок к подошве фундамента 6
2.2.5 Проверка положения равнодействующей внешних нагрузок 6
2.3 Расчеты оснований и фундаментов по первой группе предельных состояний 6
2.3.1 Общие положения 6
2.3.2 Проверка несущей способности основания под подошвой фундамента 6
2.3.3 Проверка несущей способности слабого подстилающего слоя основания 6
2.3.4 Проверка устойчивости положения фундамента 6
2.4 Расчеты оснований и фундаментов по второй группе предельных состояний 6
2.4.1 Общие положения 6
2.4.2 Определение осадки основания фундамента 6
2.4.3 Проверка горизонтального смещения верха опор 6
3 Проектирование свайных фундаментов 6
3.1 Назначение основных параметров фундамента 6
3.1.1 Выбор основных отметок и размеров фундамента 6
3.1.2 Определение несущей способности сваи 6
3.1.3 Предварительное определение необходимого числа свай и конструирование фундамента 6
3.1.4 Приведение нагрузок к подошве ростверка 6
3.2 Расчет усилий в сваях 6
3.2.1 Общие сведения о расчетной схеме 6
3.2.2 Порядок определения усилий в сваях 6
3.3 Расчеты свайного фундамента по первой группе предельных состояний 6
3.3.1 Проверки несущей способности свай на вдавливание в грунт и выдергивание из грунта 6
3.3.2 Проверка прочности ствола сваи 6
3.3.3 Проверка устойчивости грунта, окружающего сваю 6
3.3.4 Проверка прочности опорного и подстилающего слоев основания 6
3.4 Расчеты свайного фундамента по второй группе предельных состояний 6
3.4.1 Проверка по отклонению верха опоры 6
3.4.2 Расчет осадки основания свайного фундамента 6
Список использованной литературы 6

Деформируемость свай в грунте зависит от упругих свойств грунта, жесткости ствола сваи EI, длины погруженной части сваи l и характеризуется приведенной глубиной погружения:, (3.8)где– коэффициент деформации, м, определяемый по формуле:, (3.9)где bу– условная ширина сваи, м, принимаемая по зависимости:, (3.10)где Е=30106 кПа – модуль упругости бетона,I=– момент инерции поперечного сечения сваи, м4.м,м,.Фактическая длина сваи в расчётах заменяется расчётной длиной на сжатие, которая вычисляется по формуле:, (3.11)где– расстояние от подошвы ростверка до поверхности грунта с учетом размыва, м, А – площадь поперечного сечения сваи, м2. м.3.2.2 Порядок определения усилий в сваяхВ уровне подошвы ростверка в расчетной плоскости выбираются оси: вертикальная z, направленная вниз, и горизонтальнаях, положительное направление которой принимается слева направо, совпадающее с направлением силы Fh,а начало отсчета совмещается с центром тяжести подошвы ростверка. Положение проекции на расчетной плоскости любой i-й сваи определяется координатой хiи углом наклона аi к вертикали (положительное направление отсчета угла – против хода часовой стрелки). При указанном выборе направления координатных осей положительным считается момент внешних сил, действующих в расчетной плоскости по ходу часовой стрелки.Порядок расчета усилий в сваях сводится кследующему:1) Определяются перемещения в уровне расчетной поверхности основания при высоком ростверке от единичных усилий, приложенных к свае в этом уровне:; ; , (3.12)где – горизонтальное перемещение и угол поворота сечения сваи от действия горизонтальной силы Н=1;Рисунок 3.4 – Схемы перемещения свай от единичных усилий, приложенных в уровне поверхности грунта–горизонтальное перемещение и угол поворота сечения сваи от действия момента М=1,А0, В0 ,С0– безразмерные коэффициенты, принимаемые в зависимости от ., , .,,.Рисунок 3.5 – Схемы перемещения свай от единичных усилий, приложенных в уровне подошвы ростверка2) Вычисляются–горизонтальное смещение и угол поворота сечения сваи со свободным верхним концом в уровне подошвы ростверка от горизонтальной Н= 1, приложенной в том же уровне, и – то же, от момента М=1,по формулам:; (3.13); ,гдеl0– свободная длина сваи – длина от уровня расчетной поверхности основания до подошвы ростверка, в фундаменте с низким ростверком l0=0, следовательно:,,.Рисунок 3.6–Единичные перемещения ростверка и соответствующие им усилия.3) Определяются характеристики жесткости свай:; ; ; , (3.14)где1– сила, действующая вдоль оси сваи на ростверк при смещении ростверка в этом направлении на единицу,2– сила, действующая на ростверк в направлении, перпендикулярном к оси сваи при смещении ростверка на единицу в этом направлении,3– момент, действующий от сваи на ростверк при его смещении на единицу в направлении, перпендикулярном к оси сваи, а так же сила, действующая на ростверк в направлении, перпендикулярном к оси сваи, при повороте ростверка на единицу,4– момент, действующий на ростверк от сваи при повороте ростверка на единицу.,,,.4) Вычисляются коэффициенты канонических уравнений в расчетной плоскости:; (3.15);;,. (3.16)Суммирование в этих формулах распространения на все п свай.,,, 5)Подсчитываются горизонтальные и вертикальные перемещения ростверка, а так же угол его поворота в расчетной плоскости:; ; ; (3.17) м, м,.6) Определяются продольныеNiпоперечныеНiсилы и момент Мi, действующие в месте сопряжения с ростверком на каждую сваю:;;(3.18),кН,кН,кН,кН,кН,, кН, кН, кН, кН,, кНм, кНм, кНм, кНм.7) Результаты расчета контролируются по выполнению равенств:;; (3.19),где суммирование распространяется на все сваи.кН,кН,кН.3.3Расчеты свайного фундамента по первой группе предельных состояний3.3.1Проверки несущей способности свай на вдавливание в грунт и выдергивание из грунтаНесущаяспособность грунтов в основании сваи рассчитывается исходя из условия:, (3.20) кН,При расчете свай как на вдавливание, так и на выдергивание продольное усилие Ni, возникающее в свае от расчетной нагрузки, определяется с учетом собственного веса сваи, принимаемого с коэффициентом надежности по нагрузкеf=1,1(вес сваи определяется по массе, умножением ее на ускорение свободного падения)., (3.21) кН, кН,.174,85<486,53.Проверка выполняется. 3.3.2 Проверка прочности ствола сваиПрочность ствола сваи проверяется на сжатие с изгибом и на растяжение. Первая проверка производится в сечении, где действует наибольший (по абсолютной величине) момент Мi. Для того чтобы определить такое сечение, строится эпюра изгибающих моментов по длине сваи. В случае высокого ростверка построение эпюры выполняется:1) На участке свободной длины сваи (от подошвы ростверка до расчетной поверхности грунта) по формуле:Mzi = Mi + Hi(l0 + z), -l0 z 0, (3.22)кНм, кН,2) Ниже расчетной поверхности основания по формуле (z > 0):Mzi = ε2EIu0iA3 – εEIψ0iB3+ (Mi + Hil0)C3 + D3Hi/ε, (3.23)где;(3.24).z – расстояние по вертикали, отсчитываемое от расчетной поверхности основания (положительное направление отсчета вниз);– коэффициенты, зависящие от приведенной величины координаты z;.Условия прочности i-й сваи на сжатие с изгибом удовлетворяются, если точка с координатами N =Ni, М = mахМi располагается ниже соответствующей кривой прочности сваи (рисунок 3.2).,,Расчет Mziсводится в таблицу 3.3Таблица 3.3 – Расчет изгибающих моментовzMzi0,950,662-0,0513-0,0180,9960,66110,411,951,36-0,422-0,2900,8801,3236,52,952,06-1,2953-1,31360,20681,6463-4,243,952,75-2,983-4,438-2,8000,377-39,37Рисунок 3.7 – Кривая прочности сваиДля растянутых свай должно удовлетворяться условие прочности ствола сваи на растяжение:|Nmin|≤Pp, (3.25)где Pp-расчетная прочность сваи на растяжение.150<240.Проверка выполняется.3.3.3 Проверка устойчивости грунта, окружающего сваюПри поперечных перемещениях свай может произойти потеря устойчивости грунта в виде его пластического выпора, что приведет к ухудшению работы свай. Соответствующий расчет сводится к проверке неравенства:zi≤12(4/cos)(ztg+c), (3.26)где 1,2 – коэффициенты принимаемые 1=2=1,, c – расчетные значения удельного сцепления, кПа, и угла внутреннего трения грунта,– расчетный удельный вес грунта, определяемый в водонасыщенных грунтах с учетом взвешивания в воде,– коэффициент, принимаемый для забивных свай равным 0,6.Расчетное давление на грунт zi,кПа, боковой поверхности сваи, определяемое на глубине z = 0,85/αε ,рассчитывается по формуле:zi = (0,85K/)(0,996u0i – 0,8490i/ ++ 0,362(Mi + Hil0)/(2EI) + 0,103Hi/(3EI)), (3.27)м,12(4/cos)(ztg+c) = 1·1(4/cos40°)(11,1·1,220·tg40о + 0,6·1) = 62,5кПа,zi = 1,220·18000·(0,996·0,00227– 0,849·0,00105/0,69652++0,362·(-4,31+2,35·4,962)/(0,696522·30·106·0,001251) + +0,103·4,962/(0,696523·30·106·0,001251))=25,85кПа.|zi|< 62,5Проверка выполняется.3.3.4 Проверка прочности опорного и подстилающего слоев основанияЭти проверки выполняются по схеме условно массивного фундамента. Условный фундамент принимается в форме прямоугольного параллелепипеда. Определение его размеров для фундамента с низким ростверком показано на рисунке 3.8, а, а для фундамента с высоким ростверком – на рисунке 3.8, б.На этих рисунках а – угол наклона крайних свай, а φm– средневзвешенное значение угла внутреннего трения для пройденных сваей грунтов:(3.28)где φi – угол внутреннего трения i-го слоя грунта, расположенного в пределах глубины заложения свай, с учетом размыва дна,hi– толщина i- го слоя грунта в пределах глубины d.Рисунок 3.8 –К расчету свайного фундамента с низким –а и высоким –б ростверками как условно массивного фундаментаТак как , то в качестве расчетной принимается схема для высокого ростверка.Несущая способность основания условного фундамента проверяется, как и фундамента мелкого заложения, по среднему р и максимальному рmax давлению по его подошве:p=Nc/(acbc) R/n (3.29)pmax = Nc/(acbc) + 6ac{3[M0 + Fh0(h + l1)] ++ 2Fh0d}/{bc[Kd4/(3Cb) + 3ac3]} (3.30)гдеNc – нормальная составляющая давления условного фундамента на грунт основания, кН, определяется с учетом веса грунтового массива 1–2–3–4 вместе с заключенными в нем сваями,l1 – расстояние от подошвы ростверка до поверхности грунта с учетом размыва,d– глубина заложения условного фундамента по отношению к расчетной поверхности грунта, м,ac,bc– размеры в плане условного фундамента в направлении, параллельном плоскости действия нагрузки и перпендикулярном ей, м,Cb– коэффициент постели в уровне подошвы условного фундамента, кН/м3, определяемыйпри d ≤ 10 м по формуле Сb = 10К/3=(10*18000)/3=60000, R – расчетное сопротивление грунта несущего слоя основания условного фундамента, определяемое по формуле (2.6) с учетом его размеров.ac= 9,5 м; bc=4,9м; d=3,95м,, (3.31), (3.32), (3.33), (3.34) кН/м3, м3,кН, кН,кПа, кПа, кПа,,pmax= 411,85+ 6·9,5·(3·(5652,54 +534,2·3,55) ++ 2·534,2·3,95)/(4,9((18000·3,954)/(3·60000) + 3·9,53)) =536,31 кПа.Проверка выполняется.Так как опорный слой основания подстилается более слабым слоем, то его прочность проверяется по формуле (2.13).p кПа,375,79кПа < 385,5 кПа.Проверка выполняется.3.4Расчеты свайного фундамента по второй группе предельныхсостояний3.4.1Проверка по отклонениюверха опорыГоризонтальное перемещение верха опоры вычисляется по формуле:u0=uоп+u+(hоп+hр), (3.35)где uоп= 0 – горизонтальное перемещение верха опоры за счет собственных деформаций,u, – горизонтальное перемещение и угол поворота ростверка, определенные по формулам (3.17) для третьего сочетания нагрузок,hоп– высота опоры,hp– высота ростверка.Расчет сводится к проверке неравенства:, (3.36),,.Проверка выполняется.3.4.2 Расчет осадки основания свайного фундаментаОсадка свайного фундамента рассчитывается по схеме условного массивного фундамента методом послойного суммирования аналогично расчету осадки основания фундамента мелкого заложения (см. п. 2.3.1).Схема к определению осадки приведена на рисунке 3.4.1) Среднее давление (кПа) по подошве условного фундамента на четвертое сочетание нагрузок равно:, (3.37) кПа.2) Определяется природное напряжение в уровне подошвы условного фундамента от собственного веса грунта по формуле (2.21). кПа.3) Определяется избыточное над природным среднее давление по подошве условного фундамента по формуле (2.23): кПа.Дальнейшие вычисления как впункте 2.3.1.Вычисление осадки сводится в таблицу 3.4Таблица 3.4 – Расчет осадкиНомер слояТолщина слоя hi, мРасстояние от подошвы ф-та до границы слоя ziБытовые давление на границе слоя σzg, кПа.zi/bКоэф-т рассеивания напряжений αiДополнительные напряжения на границе слоя σzp,i, кПаСреднее давление в i-ом слое, кПаМодуль деформации грунта в i-м слое Еi, кПаОсадка i-го слоя si, м1234567891011,05043,850,210,9757359,1363,55450,0067223,0555,510,620,7182228,2293,65210,0174325,05192,511,00,480176,6202,4210,0135427,05287,511,440,31575,9126,3210,0058<м.УсловиеS<выполняется.Вывод: расчетная осадка не превысила предельно допустимую.Список использованной литературы1. Основания и фундаменты транспортных сооружений / Под ред. Г.П. Соловьева. – М.: Транспорт, 1996. 380 с.2. СНиП 2.02.03 – 85. Свайные фундаменты. – М.: Стройиздат, 1986. 46 с.3. Механика грунтов: Учеб. пособие для студентов строительных специальностей / Ю.И. Соловьев, П.С. Ваганов, А.М. Караулов, Ю.П. Смолин. – Новосибирск: Изд-во СГУПСа, 1997. 191 с.4. Пусков В.И. Основания и фундаменты транспортных сооружений. – Новосибирск: Изд-во СГУПСа, 2001. 321 с.