Проектирование инженерного сооружения в сложных геологических условий

1. Исходные данные

Расчетные характеристики грунтов

№	Наименование грунтов	мощность		ρ	W						e			c		φ		E
		м			-	-	-	-	-		-	-	-	кПа		мПа		-	-
1	растительный слой	1	-	1,6	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
2	Лессовидный суглинок и лесс палевый, книзу непросадочный	22,0	2,68	1,63	0,13	0,28	0,16	0,12	-0,25	1,44	0,86	0,3	1,16	33	10	25	16	15	5
3	Песок крупный	4,5	2,65	1,98	0,19	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-

.

Расчетные данные для  водонапорной башни

Высота Н(м)	Диаметр d(м)	Вес башни N(Кн)	Ветровая нагрузка
			Т(кН)	Плечо L(м)
51	12	65000	24	21

 

1.1 Определяем нагрузку на фундамент от водонапорной башни

, где

 

вес воды в башне,(кН)

=

 кН

Назначаем глубину заложения фундамента d= 3 м.

 

 

 

 

 

 

 

 

Вариант1. Расчет и проектирование фундаментов опоры водонапорной башни на обводненном лессовом грунте.

 Вычисляем возможную величину  просадки при полном замачивании  лессовых грунтов водой

 

 относительная просадочность  слоя грунта;

мощность слоя грунта;

 – коэффициент, принимаемый  условно для среднего давления  грунта под подошвой фундамента  . Определяется по формуле:

 

 

 

 

 

 

 

Для проектируемого сооружения (водонапорная башня) согласно ДБН В2.1-10-2009 предельно  допустимая осадка составляет 20 см.

 

Условие не выполняется. Требуется выполнить комплекс противопросадочных мероприятий, которые снизят величину просадки толщи  и обеспечат выполнение данного условия.

1. Определяем физико-механические характеристики обводненного лессового грунта

  
2.Плотность грунта ρ=1,63  
3.Влажность грунта W=0,13

4.Плотность сухого грунта 

ρ_d=ρ/(1+ W)=1.63/1+0.13=1.44

5.Пористоть

 e = ρ_s- ρ_d / ρ_d =2.68-1.44/1.44=0.86

6.Влажность водонасыщенного грунта

W_sat = e ρ_w / ρ_s=0.861/2.68=0.3

7.Определяем плотность водонасыщеного грунта

 

8.Определяем удельный вес минеральной  части грунта и удельный вес  самого грунта

 

 

9.Определяем удельный вес сухого  и водонасыщенного грунта

 

 

10. Определяем значения удельного сцепления(С), угла внутреннего трения (φ) и модуля общей деформации грунта (Е)

 

 

 

10.Определяем  значения удельного сцепления(С), угла внутреннего трения (φ) и  модуля общей деформации грунта (Е) при полном водонасыщении  грунта

 

 

 МПа

2.Конструирование  фундамента

2.1. Подбор размеров сторон фундамента

Вычисляем расчетное сопротивление  грунта основания при полном водонасыщении

 

Согласно ДБН 2-1.10-2009

При

 

 

 

 

 

 

 

Требуемая площадь подошвы фундамента

 

 

Вычисляем расчетное сопротивление  грунта обводненного основания с  учетом примерных размеров подошвы  фундамента

 

 

 

 

 

Вычисляем сходимость размеров подошвы  фундамента первого и второго  приближения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Окончательно принимаем размеры фундамента =22,9 м, А=524,41м², R=293,2 кПа

2.2.Проверка контактных напряжений на подошве фундамента

 

 

₀293,88 кПа

2.3 Конструирование фундамента

2.3.1  Тип фундаменты назначают из условия жесткости: 

 фундамент с повышенной стаканной частью с подколонником;

 фундамент без повышенной стаканной части, без подколонника

  фундамент без подколонника

2.3.2 Для выбранного типа фундамента определяется предварительная высота конструкции фундамента:

_;                   

R_bt –расчетное сопротивление материала фундамента растяжению; = для бетона класса В15 ,принимается по таблице 13 СНиП 2.02.03-84

_{-среднее напряжение под подошвой фундамента};

=122651/524,41+20*3=293,88 кПа;

          

2.3.3 Проверка жесткости конструкции по условию:

 жесткий

 гибкий

 фундамент гибкий

Проверка конструкции гибкого  фундамента проверяется по условию  прочности на продавливание.

2.3.4 Определение требуемой высоты  конструкции фундамента из условия  обеспечения прочности конструкции  на продавливание:

   ,где

 м

 

b_пр²=16,6²=275,56

(А-А_пр)σ_ср=(524,41-275,56)*293,88=73132 кН

= 2 м

2.4 Армирование фундамента

2.4.1 Усилие в конструкции фундамента вычисляется по трапециевидным сечениям.

 

 

2.4.2 Определяем требуемую площадь  арматуры

 

 

Задаем шаг стержней рабочей арматуры  

Вычисляем количество стержней ,которое  вмещается с заданным шагом

 

Определяем  площадь одного стержня:

 

Подбираем диаметр арматуры:

 .

Согласно сортаменту принимаем  Ø арматуры=20мм. Расчетная площадь  сечения As=3,142 cм².

2.5 Расчет  осадки фундамента

С использованием расчетной схемы  линейно-деформированного полупространства с условным ограничением нижней границы  сжимаемой толщи (для определения  совместной деформации оснований и  сооружений), определяем методом послойного суммирования :

                                           

β = 0,8

σ_zpi – среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в слое грунта

E_i – модуль деформации i-го основания

h_i – толщина i-го слоя грунта

i – число элементарных слоев на которые разбито основание

Вычисляем среднее давление под  подошвой фундамента   

Природное давление грунта на уровне подошвы фундамента кПа

Для установления границ сжимаемой  толщи вычисляем и строим эпюру  напряжения свеса грунта по глубине,                             

Вычисляем дополнительные напряжения на границе каждого элементарного  слоя

                                                          

Толщина под подошвой фундамента разделяется  на элементарные слои

                                                                             ; hэ=0.222.9 = 4.6 м

Вычисляем коэффициент глубины       =24.6/22.9=0.4

По СНиП определяем коэффициент  рассеивания напряжения на границе  каждого элементарного слоя а  – в зависимости от соотношения  сторон фундамента

                                                           =1 ; ƒ(ξ,η)

Вычисляем дополнительные напряжения на границе каждого элементарного  слоя

                                                          

По значению дополнительного напряжения строится эпюра распределения дополнительных напряжений в массиве грунта.

Граница сжимаемой толщи определяется условием, где дополнительное напряжение составляет 20% т напряжений собственного веса грунта

Требования к деформации оснований  : 

ξ	α	hслоя,м	σzp,кПа	σzg,кПа	σzp-σzg,кПа	E,кПа	S,м	Sобщая,м	γ
0	1	0,0	241,38	52,50	188,88	5000	0,00	0,07	18.34
0,4	0,96	4,6	231,72	136,86	94,86	5000	0,07		18.34
0,8	0,8	4,6	193,10	221,23	-28,12	5000	-0,02		18.34

 

Вывод: осадка фундамента квадратного сечения со стороной 22.9 см,который расположен на обводненном грунте не превышает допустимого значения осадки для данного случая согласно ДБН В2.1-10-2009 .

 

 

 

 

 

 

 

Вариант 2.      Расчет и проектирование фундаментов  опоры водонапорной башни на искусственном  основании (уплотнение грунта тяжелой  трамбовкой до 3-ёх метров).

Грунт уплотняется  тяжелой трамбовкой массой 3-5 т, при  оптимальной влажности (для суглинков) до плотности сухого грунта  :           

Из расчета, что коэффициент пористости уплотнения грунта обеспечивается коэффициентом  фильтрации    :                                                             

Для того что  бы определить требуемую толщину  слоя необходимо получить исходные данные по эксплуатации здания ( время которое  требуется смотрителю здания, для  того что бы выявить аварийную  ситуацию).

, где

Т=30 дней =2592000 сек

 

Требуемое количество проходок механизма  по одному следу по опытным данным составляет 6 ударов.

 

1.Вычисляем физические и механические характеристики уплотненного грунта искусственного основания

 

2.Влажность грунта =0,16

3.Плотность  сухого грунта при оптимальной  влажности 

Показатель текучести =0

Коэффициент пористости 

Из таблицы В2 ДБН В2.1-10 выбираем следующие данные

 

 

Е=26.6

По полученным данным выполняем  расчет оснований и фундаментов  на искусственном основании.

Глубина заложения фундамента d=3 м.

Вычисляем расчетное сопротивление  уплотненного грунта основания

2.Конструирование  фундамента

2.1. Подбор размеров сторон  фундамента

2.1.1 Вычисляем расчетное сопротивление уплотненного грунта основания

 

Согласно ДБН 2-1.10-2009

При

 

 

 

 

 

 

Требуемая площадь подошвы фундамента

                          

Вычисляем расчетное сопротивление  грунта обводненного основания с  учетом примерных размеров подошвы  фундамента

 

 

 

 

 

Вычисляем сходимость размеров подошвы  фундамента первого и второго  приближения

 

 

Окончательно принимаем размеры фундамента =14.2 м, А=201,64 м², R=658,23 кПа

2.1.2  Вычисляем расчетное сопротивление под подошвой уплотненного грунта

 

Для замоченного грунта

 

 

 

2.2.Проверка контактных  напряжений на подошве фундамента

 

 

₀657,7 кПа

2.3 Конструирование  фундамента

2.3.1  Тип фундаменты назначают из условия жесткости: 

 конструкция фундамента  жесткая

  конструкция фундамента  гибкая            

        конструкция фундамента жесткая, проверка  по условию прочности на продавливание не требуется

2.3.2 Для выбранного типа фундамента определяется высота конструкции фундамента:

_;                   

R_bt –расчетное сопротивление материала фундамента растяжению; = для бетона класса В15 ,принимается по таблице 13 СНиП 2.02.03-84