Устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений промышленного и гражданского назначения в различных инженерно геологических ус

Введение

     Любое здание или сооружение строится на грунтовом основании. Его прочность, устойчивость и нормальная эксплуатация определяются не только конструктивными  особенностями сооружения, но и свойствами грунта, условиями взаимодействия сооружения и основания.

     Нормальная  эксплуатация здания или сооружения во многом зависит от того, насколько  правильно запроектировано и  осуществлено его взаимодействие с  основанием. Это же в значительной мере влияет на стоимость и сроки  строительства.

     В настоящее время наметилась тенденция  к повышению этажности зданий, увеличению габаритов сооружений и  массы технологического оборудования, что связано с увеличением  нагрузок на основания. Одновременно возросли требования к качеству строительства, сокращению его материалоемкости, стоимости  и продолжительности работ. Это  повышает значение правильной оценки несущей способности грунтов  оснований, выбора оптимальных типов фундаментов и проектирования их конструкций, обеспечивающих нормальную эксплуатацию сооружений.

     Уплотнение  городской и промышленной застройки, интенсивное использование подземного пространства требуют надежной оценки влияния строительных работ на существующие здания, обоснования безопасных технологий строительства. Сложные проблемы возникают  в связи с резким увеличением  объемов работ по реконструкции  зданий и сооружений.

     Всякое  сооружение покоится на грунтовом основании. В зависимости от геологического строения участка застройки, строение основания, даже расположенных вблизи сооружений, может быть различным. Обычно, основание состоит из нескольких типов грунтов, которые определенным образом сочетаются в пространстве.

     Сооружение  и основание составляют единую систему. Свойства грунтов основания, их поведение под нагрузками от сооружения во многом определяют прочность, устойчивость и нормальную эксплуатацию сооружения. Поэтому инженер-строитель должен хорошо понимать, что представляют собой грунты, каковы их особенности по сравнению с конструкционными материалами (бетон, железобетон, металл, кирпич и т.п.), каким образом залегают грунты в основании сооружения, что определяет свойства грунтов и грунтовых оснований, их поведение под нагрузками и другими воздействиями.

     Цель  настоящей курсовой работы – научить  будущих инженеров-строителей обоснованию  и принятию оптимальных решений  по устройству оснований и фундаментов  зданий и сооружений промышленного  и гражданского назначения в различных  инженерно геологических условиях. 
 
 
 

     1. Исходные данные. Оценка инженерно-геологических  условий площадки 

     

1. Назначение  и конструктивные особенности подземной  части здания

 

     Проектируемым зданием является электровозное депо. Высота здания – 17 м. В плане объект имеет прямоугольную конструкцию со следующими габаритными размерами: в осях 1-7-36 м с шагом колонн по 6 м; в осях А-Г – 28.5 м. Размеры колонн по оси А и по оси Б – 400 х 400 мм, по оси В и по оси Г – 600 х 400 мм. В зданиях отсутствует подвальное помещение.

     Фундамента  воспринимают нагрузку от колонн и  передают ее на основание.

     Нагрузки  и воздействия на основание определяется суммированием усилий, действующих  в сечении по обрезу фундамента, и соответствующих усилий, возникающей  от собственного веса фундамента, веса грунта на уступах фундамента. 

     

2. Характеристика  площадки, инженерно-геологические  и гидрологические  условия

 

     Оценка  инженерно-геологических условий  начинается с анализа напластования  грунтов (наименование грунтов, условия  залегания, мощность, наличие и глубина  залегания подземных вод). Для  этого в соответствии с исходными  данными, приведенными в приложении к заданию на курсовое проектирование, строим геологический разрез (см. рис. 1).

     Отметка 0,000 соответствует отметке 140,000 м на местности. нормативная глубина промерзания грунта в районе строительства – 1,9 м. Подземные воды замечены на отметке 139,3 м.

     Площадка  района строительства сложена следующими грунтами:

            
 

     Для количественной оценки прочностных  и деформационных свойств грунтов площадки вычисляем производные характеристики физических свойств: 1) для песчаных грунтов – коэффициент пористости и степень влажности; 2) для пылевато-глинистых грунтов – число пластичности, показатель текучести, коэффициент пористости и степень влажности.

     Результаты  вычислений производственных характеристик  физических свойств грунтов сводим в таблицу 2. 

3. Строительная классификация грунтов площадки

 

      Слой 1. Почвенный слой мощностью h₁ = 0.2 м.

      Слой 2. Песок гравелистый мощность h₂ = 5.0 м.

      Коэффициент пористости грунта определяем по формуле: 

  - плотность частиц  грунта, г / см³;

- плотность  грунта, г / см³;

W – природная влажность, доли единицы.  

     Вид песчаного грунта по плотности сложения устанавливаем по коэффициенту пористости: → песок гравелистый плотный.

     Степень влажности грунта определяем по формуле: 

где   - плотность воды;  г/ см³. 

      Слой 3. Песок средней крупности мощностью h₃ = 6.0 м. 
 

       Слой 4. Песок мелкий мощностью h₄ = 7.0 м. 
 

       Слой 5. Суглинок мощностью h₅ = 2.0 м.

       Число пластичности грунта определяем по формуле: 

- влажность на границе  текучести, % ;

-  влажность на границе  раскатывания, %; 

      Показатель  текучести грунта определяем по формуле: 
 
 
 

      Слой 6. Суглинок мощностью h₆ = 3.0 м. 
 

        
 

 Для  песчаных грунтов устанавливаем  вид по плотности сложения  в зависимости от коэффициента  пористости и разновидность в  зависимости от степени влажности. 

        Для пылевато-глинистых грунтов  в зависимости от показателя  текучести определяем разновидность  пылевато-глинистого грунта.

     По  значениям характеристик физических свойств грунтов, определяющих их тип  и разновидность, выписываем из соответствующих таблиц СНБ значения угла внутреннего трения , удельного сцепления  , модуля деформации и расчётного сопротивления грунта  .

        В целях наглядного представления  о строительных свойствах грунтов  площадки классификационные показатели  сводим в таблицу 2. 
 

4. Оценка  строительных свойств грунтов площадки и возможные варианты фундаментов здания

 

     По  характеристикам механических свойств  грунтов () и значению расчетного сопротивления можно судить о несущей способности, деформативности грунта и возможности использования его в качестве основания фундамента. Явными для этой цели служат модуль деформации и расчетное сопротивление .

     Грунты  принято считать малосжимаемыми (а, следовательно, хорошими как основания  для сооружений), если  модуль деформации ; среднесжимаемыми при и сильносжимаемыми, если . Опирать фундаменты на сильносжимаемые грунты с показателем текучести, превышающим 0.75 небезопасно, и использовать эти грунты в качестве оснований капитальных зданий нормативными документами не допускается.

     1 слой – почвенный. Перед началом  производственных работ по строительству  сооружений его снимают и складируют  в штабеля в пределах площадки  строительства, поэтому почвенный  слой и его характеристики  в расчеты не включают;

     2 слой – песок гравелистый плотный  насыщенный водой, модуль деформации  , следовательно, этот слой является несущим;

     3 слой – песок средней крупности  насыщенный водой, модуль деформации  , следовательно, этот слой является несущим;

     4 слой – песок мелкий рыхлый, насыщенный водой, модуль деформации , следовательно, этот слой является несущим;

     5 слой – суглинок мягкопластичный,  модуль деформации , следовательно, этот слой может являться несущим;

     6 слой – суглинок тугопластичный, модуль деформации , следовательно, этот слой может являться несущим.

     Поскольку все слои грунтов, составляющие геологический  разрез площадки, являются несущими, наиболее экономически целесообразным считаем  размещение фундаментов во втором слое. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Фундаменты мелкого заложения 

2.1. Нагрузки, учитываемые  в расчетах оснований  фундаментов 

     Исходя  из задания, необходимо рассчитать фундамент  Ф3. Этот фундамент запроектирован под  сборные железобетонные колоны. Тип  фундамента – отдельный фундамент стаканного типа.

     Глубина заложения фундамента зависит от многих факторов. Определяющими из них являются:

1. инженерно-геологические и гидрогеологические условия площадки и положения несущего слоя грунта;
2. глубина промерзания грунта;
3. конструктивные особенности подземной части здания (наличие подвала коммуникаций, примыкание к соседнему зданию и т.д.).

     Предварительную глубину заложения фундамента назначаем  исходя из конструктивных соображений.

     Здание  электровозного депо подвала не имеет.

     Несущим слоем грунта является грунт №2 - песок гравелистый, плотный. Заглубление фундамента в несущий слой грунта должно быть на 0,1 - 0,15 м.

     Глубина заложения фундамента, с учетом глубины  промерзания, назначается в соответствии с указаниями, приведенными в табл. 2 СНБ [4].

     Расчетная глубина сезонного промерзания  грунта у фундамента определяется по формуле:

     d_f =K_h*d_fn =0,5*1.9=0.95 м,

     где K_h - коэффициент, учитывающий влияние теплового режима здания на глубину промерзания грунта у фундамента стен и колонн, принимается по табл. 1 [4]; d_fn - нормативная глубина сезонного промерзания грунта, принимаем из табл. 1 СНБ [4].

     При назначении глубины заложения фундаментов  каркасных зданий надо иметь в  виду, что фундаменты сборных железобетонных колонн принимаются обычно типовые, минимальная высота которых 1,5 м. За окончательно глубину заложения фундаментов принимаем глубину равную 1.7 м из конструктивных соображений. 
 

2.3. Определение размеров  подошвы фундамента

     Размеры подошвы фундамента зависят от ряда связанных между собой параметров и устанавливаются путем последовательного приближения.