Оценка инженерно – геологических и гидрогеологических условий площадки строительства

Содержание

 

1. Состав исходных данных. 4

2. Определение нагрузок на фундаменты.. 6

3. Оценка инженерно – геологических и гидрогеологических условий площадки строительства. 8

Заключение. 11

4. Расчет и проектирование варианта фундамента на естественном основании 12

4.1 Определение глубины заложения фундамента. 12

4.2 Определение площади подошвы фундамента. 13

4.3 Выбор фундамента и определение нагрузки на грунт. 13

4.4 Расчетное сопротивление грунта. 14

4.5 Давление на грунт под подошвой фундамента. 14

4.6 Расчет осадки фундамента методом послойного суммирования. 16

5. Расчет и проектирование варианта фундамента на искусственном основании, в виде песчаной распределительной подушки. 19

5.1 Глубина заложения фундамента. 19

5.2 Определение требуемой площади подошвы фундамента. 19

5.3. Выбор фундамента и определение нагрузки на грунт. 19

5.4 Расчетное сопротивление грунта. 20

5.5 Давление на подушку под подошвой фундамента. 20

5.6 Определение толщины распределительной подушки. 20

6. Расчет и проектирование свайного фундамента. 24

6.1 Глубина заложения подошвы ростверка. 24

6.2 Необходимая длина свай. 24

6.3 Несущая способность одиночной сваи. 25

6.4 Требуемое число свай. 25

6.5. Размещение свай в кусте. 26

6.6 Вес ростверка и грунта на его уступах. 26

6.7 Определение нагрузок. 26

6.8 Определение расчетных нагрузок. 26

6.9 Предварительная проверка сваи по прочности материала. 27

6.10 Расчет ростверка на продавливание колонной. 28

6.11 Расчет свайного фундамента по деформациям.. 29

6.12 Расчет устойчивости основания. 30

6.13 Несущая способность сваи по прочности материала. 31

6.14 Расчет осадки основания свайного фундамента. 34

7. Определение степени агрессивного воздействия подземных вод и разработка рекомендаций по антикоррозионной защите подземных конструкций. 38

Заключение. 40

8. Определение технико-экономических показателей. Сравнение и выбор основного варианта системы основание-фундамент. 42

8.1 Подсчет объемов работ. 42

8.2 Сметная себестоимость, трудозатраты и капитальные вложения. 45

8.3 Технико-экономические показатели сравниваемых вариантов фундаментов (на один фундамент) 46

9. Учет влияния примыкающих и заглубленных подземных конструкций 48

9.1 Расчет приямка. 48

9.2 Расчет приямка на всплытие. 50

Литература. 51

 

Состав исходных данных

 

Проектируем фундаменты и выполняем расчет оснований однопролетного одноэтажного промышленного здания с металлическим каркасом, с подвесным крановым оборудованием, с приямком. Длина здания 60 м, шаг колонн каркаса 12 м. Шаг торцевого фахверка 6 м. Остекление здания ленточное (от оси 1 до оси 6 включительно). Остекление торцевых стен не предусмотрено. Габаритная схема здания рис.1.

Параметры здания

 

Таблица 1

L, м	H, м	Hпр, м	Q, т	tвн, °С	Район строительства	Mt	S0, кПа	W0, кПа
24	16,8	-3,0	15	15	Тавда	62,4	1,0	0,30

 

L – ширина пролета; Н – высота пролета; Q – грузоподъемность кранов; tвн - расчетная среднесуточная температура воздуха в помещении; Мt – безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур наружного воздуха за зиму в данном районе; Sо – снеговая нагрузка;

Wо – давление ветра.

Грунтовые условия заданы 4 разведочными скважинами, пройденные в непосредственной близости от углов проектируемого здания. Глубина расположения УПВ 0,8 м от уровня природного рельефа NL.

Характеристика грунтовых условий

 

Таблица 2

№ грунтового слоя	Тип грунта	Обозн	Отметки устьев скважин и толщина слоев грунта; м.
			скв.1 65,4	скв.2 66,3	скв.3 64,9	скв.4 65,6
1	почвенно-растительный слой	ho	0,3	0,3	0,3	0,3
2	глина	h1	5, 20	5,00	5,30	4,90
3	суглинок	h2	1,70	1,95	1,50	1,70
4	глина	h3	Толщина слоя бурением до глубины 20 м не установлена

 

Показатели физико-механических свойств грунтов

 

Таблица 3

№ слоя	Тип грунта	n, т/м3	I, тм3	II, т/м3	s, т/м3	W,%	WL,%	Wр,%
2	Глина	1,77	1,72	1,74	2,76	33	40,2	22,2
3	Суглинок	1,83	1,78	1,80	2,72	31,4	35,6	21,6
4	Глина	1,84	1,79	1,81	2,76	26,2	41,4	22,4

 

N слоя	Тип грунта	kf, см/с	E, МПа	cI, кПа	cII, кПа	jI, град	jII, град
2	Глина	2,5×10 –8	8,0	19	29	6	7
3	Суглинок	1,0×10 –7	6,0	9	14	13	14
4	Глина	2,8×10 –8	16	29,0	44	16	18

 

Состав подземных вод по данным химического анализа

Таблица 4

Показатель агрессивности воды-среды	Значение показателя
Бикарбонатная щелочность ионов HCO3, мг-экв/л Водородный показатель pH Содержание, мг/л агрессивной углекислоты CO2 аммонийных солей ионов NH4+ магнезиальных солей, ионов Mg2+ щелочей, г/л сульфатов, ионов SO42– хлоридов, ионов Cl –	- 3,8 10 15 360 36 190 990

Определение нагрузок на фундаменты

 

Нормативные значения усилий на уровне обреза фундаментов по оси А от нагрузок и воздействий, воспринимаемых рамой каркаса

 

Таблица 5

Усилия и ед. изм.	Нагрузки
	Постоянные (1)	Снеговые (2)	Ветровые (3)	Крановые (4)
Nn, кН	876,3	144,0	0	338,1
Mn, кН×м	-319,0	0	-503,8	-60,5
Qn, кН	-19,0	0	-66,2	-3,7

 

Нормативные значения усилий на уровне обреза фундамента для основных сочетаний нагрузок

 

Таблица 6

Усилия и ед. изм.	Индексы нагрузок и правило подсчета
	(1) + (2)	(1) + (3)	(1) + (4)	(1) + 0,9 [(2) + (3) + (4)]
Nn, кН	1020,3	876,3	1214,4	1310, 19
Mn, кН×м	-319,0	-822,8	-379,5	-826,87
Qn, кН	-19	-85,2	-22,7	-81,91

 

Наиболее неблагоприятным является сочетание из постоянной (1) и всех кратковременных 0,9 [(2) + (3) + (4)] нагрузок.

Для расчетов по деформациям (γf = 1):

N col, II = Nn × γf = 1310,19 × 1 = 1310,19 кН

M col, II = Mn × γf = 826,87 × 1 = 826,87 кН×м

Q col, II = Qn × γf = 81,91 × 1 = 81,91 кН

Для расчетов по несущей способности (γf = 1,2):

N col, I = Nn × γf = 1310,19 × 1,2 = 1572,22 кН

M col, I = Mn × γf = 826,87 × 1,2 = 922,24 кН×м

Q col, I = Qn × γf = 81,91 × 1,2 = 98,29 кН

 

Оценка инженерно – геологических и гидрогеологических условий площадки строительства

 

Планово-высотная привязка здания на площадке строительства приведена на рис.2. (размеры и отметки в метрах). Инженерно-геологические разрезы, построенные по заданным скважинам, показаны на рис.3.1, 3.2

Вычисляем необходимые показатели свойств и состояния грунтов по приведенным в таблице 3 исходным данным. Результаты вычислений представлены в таблице 7.

Показатели свойств и состояния грунтов (вычисляемые).

 

Таблица 7

Тип грунта	d, т/м3	n, %	e	Sr	Ip, %	IL	I, кН/м3	, кН/м3	s, кН/м3	sb, кН/м3
Глина	1,33	51,81	1,075	0,84	18	0,60	16,85	17,05	27,04	8,21
Суглинок	1,39	48,89	0,956	0,89	14	0,60	17,44	17,64	26,65	8,51
Глина	1,45	47,46	0,903	0,80	19	0, 20	17,54	17,73	27,04	8,95

 

Плотность сухого грунта: d =n /(1 + 0,01×W)

Пористость: n = (1 – d /s) ×100%

Коэффициент пористости: e = n/(100 – n)

Степень влажности: Sr = W×s/(e×w), где w = 1 т/м3 – плотность воды

Число пластичности: Ip = WL – Wр

Показатель текучести: IL = (W – Wр) /(WL – Wр)

Расчетные значения удельного веса и удельного веса частиц:

I = I×g II = II×g s = s×g

Удельный вес грунта, расположенного ниже УПВ, с учетом взвешивающего действия воды:

sb =s-w) /(1+e), где w = 10 кН/м3 – удельный вес воды

Для определения условного расчетного сопротивления грунта по формуле (7) СНиП 2.02.01-83* принимаем условные размеры фундамента d1 = dусл = 2 м и bусл =1 м (п.1.3.4) и установим в зависимости от заданных геологических условий и конструктивных особенностей здания коэффициенты gc1; gc2; k; Mg; Mq; Mc.

Слой №2: Глина

По табл.3 СНиП 2.02.01-83* gc1 = 1,0 для (IL > 0,5); gc2 = 1 для зданий с гибкой конструктивной схемой; k = 1 принимаем по указаниям п.2.41 СНиП 2.02.01-83*. При jII = 7° по табл.4 СНиП 2.02.01-83* имеем Mg = 0,12; Mq = 1,47; Mc = 3,82.

Удельный вес грунта выше подошвы условного фундамента до глубины dw = 0,80 м принимаем без учета взвешивающего действия воды gII = 17,05 кН/м3, а ниже УПВ, т.е. в пределах глубины d = dусл - dw = 1,20 м и ниже подошвы фундамента, принимаем

gsb = 8,21 кН/м3; удельное сцепление cII = 29 кПа.

Вычисляем условно расчетное сопротивление:

 =

= (1,0·1) ·(0,12·1·1·8,21+1,47· [0,8·17,05+(2-0,8) ·8,21] +3,82·29) = 146,29 кПа.

Полное наименование грунта слоя № 2 по ГОСТ 25100– 95 Глина мягкопластичная. Этот грунт может быть использован как естественное основание, поскольку имеет достаточную прочность. (Е = 8 МПа > 5 МПа).

Слой №3: суглинок

Толщина слоя h1 = 4,90. По табл.3 СНиП 2.02.01-83* gc1 = 1,0 для (IL > 0,5); gc2 = 1 для зданий с гибкой конструктивной схемой.

При jII = 14° по табл.4 СНиП 2.02.01-83* имеем Mg = 0,26; Mq = 2,05; Mc = 4,55.

Удельный вес грунта gsb = 8,51 кН/м3; удельное сцепление cII = 14 кПа.

Вычисляем условно расчетное сопротивление:

=

= (1,0·1) ·(0,29·1·1·8,51+2,17· [0,8·17,05+(4,90-0,8) ·8,21] +4,69·14) = 171 кПа

Полное наименование грунта слоя№3 по ГОСТ 25100–95 суглинок мягкопластичный.

Слой №4: глина

Толщина слоя h2 = 1,70. По табл.3 СНиП 2.02.01-83* gc1 = 1,25 для (IL < 0,25); gc2 = 1 для зданий с гибкой конструктивной схемой.

При jII = 17° по табл.4 СНиП 2.02.01-83* имеем Mg = 0,39; Mq = 2,57; Mc = 5,15.

Удельный вес грунта gsb = 8,51 кН/м3; удельное сцепление cII = 14 кПа.

Вычисляем условно расчетное сопротивление:

=

= (1,25·1) ·(0,43·1·1·8,95+2,73· [0,8·17,05+(4,90-0,8) ·8,21+1,70·8,51] +5,31·44) =506 кПа

Полное наименование грунта слоя № 4 по ГОСТ 25100– 95 глина мягкопластичная.

Заключение

 

В целом площадка пригодна для возведения здания. Рельеф площадки спокойный с небольшим уклоном в сторону скважин 1 и 3. Грунты имеют слоистое напластование, с выдержанным залеганием пластов (уклон кровли не превышает 2%). Все грунты имеют достаточную прочность, невысокую сжимаемость и могут быть использованы в качестве оснований в природном состоянии. Грунтовые воды расположены на небольшой глубине, что значительно ухудшает условия устройства фундаментов: при заглублении фундаментов более 0,80 м необходимо водопонижение; возможность открытого водоотлива из котлованов, разработанных в суглинке, должна быть обоснована проверкой устойчивости дна котлована (прорыв грунтовых вод со стороны слоя глина); суглинок, залегающий в зоне промерзания, в соответствии с табл.2 СНиП 2.02.01-83 является пучинистым грунтом, поэтому глубина заложения фундаментов наружных колонн здания должна быть принята не менее расчетной глубины промерзания суглинка, а при производстве работ в зимнее время необходимо предохранение основания от промерзания.

Целесообразно рассмотреть следующие возможные варианты фундаментов и оснований:

1) фундамент мелкого заложения на естественном основании - глина

2) фундамент на распределительной песчаной подушке (может быть достигнуто уменьшение размеров подошвы фундаментов и расчетных осадок основания)

3) свайный фундамент из забивных висячих свай; несущим слоем для свай может служить глина (слой 4).

Следует предусмотреть срезку и использование почвенно-растительного слоя при благоустройстве и озеленении застраиваемого участка (п.1.5 СНиП 2.02.01-83).

Расчет и проектирование варианта фундамента на естественном основании

 

Проектируется монолитный фундамент мелкого заложения на естественном основании по серии 1.412-2/77 под стальную колонну, расположенную по осям А - 5, для исходных данных, приведенных выше.