1.     

2.     
АНАЛИЗ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ
1.1.   
Определение расчетных характеристик физического состояния  грунтов.
Расчетные характеристики служат для оценки физического состояния и определения типа, вида и разновидности грунтов согласно СТБ 943-93.

К ним относят:

- ρ_d плотность сухого грунта (скелета грунта):

;                                                                (1)

- e коэффициент пористости грунта природного сложения и влажности:

;                                                               (2)

- S_r степень влажности (коэффициент водонасыщенности) определяется по формуле:

,                                                               (3)

где ρ_w – плотность воды, принимаемая равной 1г/см³.

Для пылевато-глинистых грунтов дополнительно определяется число пластичности и показатель текучести.

Число пластичности определяется по формуле:

I_p=W_L-W_P,                                                               (4)

где W_L – влажность на границе текучести;

      W_P – влажность на границе раскатывания.

Показатель текучести определяется по формуле:

.                                                          (5)

Исходные данные:

ρ - плотность грунта в естественном состоянии;

W - влажность грунта;

ρ_s - плотность твердых частиц;

W_L - влажность на границе текучести;

W_P - влажность на границе раскатывания.

            Расчеты выполняются для каждого слоя.

            Результаты расчета сводятся в таблицу, форма по которой приведена ниже (таблица 4).


Представим исходные данные в виде таблицы.

Таблица 1


Для оценки физического состояния и определения типа, вида и разновидности грунта определяются следующие характеристики грунта:

1.      Плотность сухого грунта (скелета грунта) ρ_d:

Для первого слоя:  г/см³;

Для второго слоя:  г/см³;

Для третьего слоя:  г/см³,

где ρ – плотность грунта, г/см³;

      W – природная влажность грунта в долях единицы.

2.  Коэффициент пористости грунта природного сложения и влажности е:

Для первого слоя: ;

Для второго слоя: ;

Для третьего слоя: ,

где ρ_s – плотность твердых частиц грунта, г/см³.

3.      Степень влажности (коэффициент водонасыщенности) S_r:

Для первого слоя: ;

Для второго слоя: ;

Для третьего слоя: ,

где ρ_w – плотность воды, принимаемая равной 1г/см³.

Для пылевато-глинистых грунтов дополнительно определяем число пластичности и показатель текучести (для первого и третьего слоев):

4.      Число пластичности I_p:

Для второго слоя: I_p=W_L-W_P = 0,48-0,21 = 0,27= 27%;

Для третьего слоя: I_p=W_L-W_P = 0,22-0,12 = 0,10 = 10%,

где W_L – влажность на границе текучести;

      W_P – влажность на границе раскатывания.

5.      Показатель текучести I_L:

Для первого слоя:

Для третьего слоя:

Результаты расчета сводим в таблицу 4.



1.2.   
Анализ гранулометрического состава песка
.
Определяем вида обломочно-песчаных грунтов по СТБ 943-93:

- по грансоставу;

- по показателю максимальной неоднородности U_max:

,                                                               (6)

где: d50 – диаметр частиц меньше которых в грунте 50%;

       d95 – диаметр частиц меньше которых в грунте 95%;

       d5 – диаметр частиц меньше которых в грунте 5%;

Величины d50, d95, d5 – находятся по кривой неоднородности грунта, построенной в полулогарифметических координатах, рис.1.

Даны результаты ситового анализа гранулометрического состава песка:

Таблица 2

Содержание фракций (%), диаметром d, мм
>10	10-5	5-2	2-1	1-0,5	0,5-0,25	0,25-0,1	<0,1
0,5	0,2	0,4	3	73,2	11,7	10	1

Необходимо по СТБ 943-93 определить вид песка по гранулометрическому составу и по показателю максимальной неоднородности U_max.


Анализ гранулометрического состава песка удобнее проводить в табличной форме.                                                                                                                                                     Таблица 3

№ п/п	Содержание фракций	Диаметр фракций d, мм									Сумма
		20,0	10,0	5,0	2,0	1,0	0,50	0,25	0,10	0,05
		Логарифм диаметра фракций log(d)
		1,30	1,00	0,70	0,30	0,00	-0,30	-0,60	-1,00	-1,30
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
1	Содержание фракций, %	0	0,5	0,2	0,4	3	73,2	11,7	10	1	100
2	Сумма >d,%	0	0,5	0,7	1,1	4,1	77,3	89	99	100
3	Сумма ,%	100	99,5	99,3	98,9	95,9	22,7	11	1	0

Анализ проводим по строке 2 таблицы 3 начиная с фракций, имеющих наибольший диаметр. Так как масса частиц крупнее 0,50мм более 50% (77,3%), данный песок по разновидности относится к крупным пескам (табл.4.2. СТБ 943-93).



Для определения максимальной неоднородности по данным строки 3 строится кривая однородности грунта, рис.1.




Рис.1. Кривая однородности грунта

Графически определяются значения:

- log (d95) = -0,005;

- log (d50) = -0,23

- log (d5) = -0,84

Определяем характерные диаметры:

- d95 = 10^-0,005= 0,99;

- d50 = 10^-0,23= 0,59;

- d5 = 10^-0,84= 0,14.

Находим U_max:

   – песок среднеоднородный.

 

Вывод: данный грунт – песок крупный среднеоднородный.


1.3.
Определение типа и разновидности грунтов по СТБ 943-93

«
Классификация грунтов».
Классификация обломочных пылевато-глинистых грунтов производится по типу и разновидности (табл.4.2. СТБ 943-93):

* тип грунта определяется по числу пластичности I_p;

* разновидность:

- по прочности (сопротивлению грунта при зондировании);

- по показателю текучести I_L;

Для песчаных грунтов проводят анализ гранулометрического состава и определяю тип, вид и разновидность:

* тип – песок, если масса частиц крупнее 2мм < 50%;

* вид обломочно-песчаных грунтов определяется по гранулометрическому составу и по показателю максимальной неоднородности U_max;

* разновидность – по прочности (сопротивлению грунта при зондировании) и по степени влажности S_r (табл.4.2. СТБ 943-93).

Полное наименование грунтов заносим в графу 13 таблицы 4.

Определяем полное наименование грунта по ранее полученным данным.

Слой №1
. Данный слой обломочно-пылеватый глинистый (W_L = 0,48; W_P = 0,21):

1. Тип: по числу пластичности I_p = 0.27 (27%) – глина (см. табл. 4.2 СТБ 943-93);

2.      Разновидность:

- по прочности при зондировании:

Так как для первого слоя P_d = 3,7 МПа, по графе 4 табл. 4.6 СТБ 943-93 определяем – данный грунт прочный;

- по показателю текучести:

I_L = 0,26 – глина тугопластичная.


Вывод: Слой №1 – глина тугопластичная, прочная.

Слой №2
Данный слой обломочно-песчаный (отсутствуют значения W_L и W_P):

1.      Тип: песок, масса частиц крупнее 0,50мм = 77,3% > 50%;

2.      Вид: по гранулометрическому составу и по показателю U_max – песок  крупный, среднеоднородный;

3.      Разновидность:

- по прочности при зондировании:

Так как для третьего слоя P_d = 4,7 МПа, по графе 4 табл. 4.5 СТБ 943-93 определяем – данный грунт средней прочности;

- по степени влажности:

S_r = 1,0 – песок водонасыщенный.

Вывод: Слой №2 – песок крупный, среднеоднородный, средней прочности, водонасыщенный.
Слой №3
Данный слой обломочно-пылеватый глинистый (W_L = 0,22; W_P = 0,12):

1. Тип: по числу пластичности I_p = 0.10 (10%) – суглинок (см. табл. 4.2 СТБ 943-93);

3.      Разновидность:

- по прочности при зондировании:

Так как для второго слоя P_d = 5,1МПа, по графе 4 табл. 4.6 СТБ 943-93 определяем – данный грунт прочный;

- по показателю текучести:

I_L = 0,6 – суглинок мягкопластичный.

3.4.2. Конструирование ростверка

При проектировании окончательных размеров ростверка выполняем следующие конструктивные требования:

- для отдельно стоящих фундаментов сваи располагаем симметрично.

- расстояние между осями свай принимаем не менее 3d и не более 6d, где d – сторона поперечного сечения сваи.

- размеры ростверка в плане принимаем кратными 300мм;

Армирование ростверка и подколонника выполняем с учётом рекомендаций пособия по проектированию железобетонных ростверков свайных фундаментов. Рабочую арматуру устанавливаем:

- по подошве ростверка в виде сварных сеток. Диаметр стержней определяется расчётом на продавливание, но не менее 12мм;

- у наружных граней стакана в виде арматурных каркасов. Диаметр продольных(вертикальных) стержней принимаем не менее 12мм, горизонтальных – 8мм.

Ми­нимальные свесы ростверка за наружными гранями свай при трехрядном расположении свай a₁ = 0,3·40+ 5 см = 17 см (при n=3 – число рядов свай).

Общие размеры ростверка:

b = 1700+200·2+170·2=2440мм;

                                                l = 1700+200·2+170·2=2440мм

Полученные размеры больше размеров подколонника - 1200x1500мм. Высоту ростверка с учётом жёсткой заделки сваи принимаем 0,5м.

Схема сконструированного ростверка и расположение свай показано на рис.3.4.



                                      Рисунок 3.4 Схема конструирования ростверка.

3.4.3.     Проверка несущей способности запроектированного фундамента

Вес фундамента и грунта на его уступах определяем с учетом коэф­фициентов надежности по нагрузке g_f = 1,1 (для бетона) и g_f = 1,15 (для грунта).



Полная нагрузка на уровне подошвы ростверка (на 1 м ростверка):

N_IF = 3600 + 328,144 = 3928,144 кН.

М_1F = M₀₁ = 180кНм;

Определяем нагрузку на крайнюю сваю в направлении действии момента.

Максимальное усилие, передаваемое на сваи:

кН

Должно выполняться условие:

                                                                                                                  (3.3)

кН  <  кН  -  выполняется.

                                                       

кН  <  кН  -  выполняется.



Таким образом, максимальная нагрузка на сваю не превышает ее не­сущей способности. Следовательно, ростверк сконструирован правильно.

3.4. 
Расчет осадки свайного фундамента

3.5.1. Определение размеров условного фундамента



Рассмотрим условный фундамент глубиной заложения равной глубине погружения нижнего конца сваи и размерами в плане ог­раничиваемыми наклонными, выходящими от наружных граней свайного куста под углом к вертикали  , угол j_II,mt представляет собой осредненное расчетное значение угла внутреннего трения грунта, определяемое по формуле:

                                                              ,                                              (3.4)

где j_II,i - расчетное значение угла внутреннего трения i-того слоя, проре­заемого сваей;

h_i - толщина прорезаемого сваей i-того слоя.

       

Размеры условного фундамента в плане:

,

где b_y - ширина подошвы условного фундамента;

                                        ,

где l_y - длина подошвы условного фундамента;

      h   - расчетная длина сваи.



 Рис. 3.4. Определение размеров условного фундамента

3.5.2. Проверка давления под подошвой условного фундамента.

Расчетное сопротивление грунта основания R:



Средневзвешенное значение удельного веса грунта выше и ниже по­дошвы фундамента определяется по формуле:

,

где h_i - расчетная толщина слоев ниже и выше подошвы фундаментов соответственно.



кН/м³

 кН/м³

По таблице 4 [2] определяем коэффициенты  , , .

кПа

Полная нагрузка на основание условного фундамента:

,

где  N_II - расчетная нагрузка по II группе предельных состояний на уровне обреза фундамента;

G_II,p - вес конструкции фундамента и ростверка;

G_II,св - вес свай;

G_II,гр - вес грунта в объеме условного фундамента.

кН

кН

кН



N_II,y = 3400+ 152,179+ 118,272 + 223,376 = 3893,827кН



Выполняем проверку давления под подошвой условного фундамента:

кПа  <  R_y = 588.871 кПа,

где  А_у - площадь подошвы условного фундамента; А_у = 2,617х2,617=6,849 м²;

       R_y - расчетное сопротивление грунта основания по подошве условного фундамента.

        


3.5.3. Определение осадки свайного фундамента



Т.к. ниже подошвы условного фундамента на глубину более 4b_y залегают однородные грунты, осадку фундамента допускается определять методом эквивалентного слоя.

В этом случае осадка фундамента определятся по формуле:

 ,

где A_vw - коэффициент эквивалентного слоя, принимаемый в зависимо­сти от типа грунта, размеров и формы подошвы условного фундамента;

b_y - ширина условного фундамента;

m_v - относительный коэффициент сжимаемости;

p_o - дополнительное давление на уровне подошвы условного фундамента.



Относительный коэффициент сжимаемости в рамках курсового про­екта допускается принимать:

,

где Е - модуль общей деформации грунта,

,

где n - коэффициент бокового расширения грунта.





Природное давление грунта на уровне подошвы фундамента:



s_zg,F = 8,72*1,11+18,5*3,5+19,3*0,99 = 93,536 кПа;



Среднее давление под подошвой фундамента    Р = 561,628кПа



Р_о = 561,628 – 93,536 = 468,092 кПа



Осадка фундамента:



м = 5,9 см  <  S_u = 8 см
3.6. Подбор сваебойного оборудования и определение отказа сваи.
Вес сваи  кН=2,304 т.

Расчётная нагрузка на сваю   кН

Определим требуемую минимальную энергии удара молота для забивки свай:

Eh = 0,045N = кДж

По приложению 5 методических указаний выбираем трубчатый дизель-молот С-949. Его наибольшая энергия удара  Ea = 38 кДж, масса молота 5,8 т., молот работает с частотой 50 ударов в минуту. Наибольшая высота подъема части 2,8 м. Проверяем, удовлетворяет ли выбранный тип молота условию:

,

где  m₁ - масса молота;

       m₂ - массе сваи;

       m₃ - масса подбабка (m₃ = 0);

       K - коэффициент применимости молота. Для трубчатых дизель-молотов при забивке железобетонных свай  К = 0,6 т/кДж.

 <  0,6  - условие выполняется.

Определим контрольный отказ железобетонной сваи:

,

где h - коэффициент, зависящий от материала  сваи,  для  железобетонных  свай        h = 1500 кН/м²;

А - площадь сваи,  А = 0,4 х 0,4= 0,16м²;

Еa - расчетная энергия удара молота, кДж;

е - коэффициент восстановления удара, принимаемый при забивке свай е² = 0,2;

F_d - несущая способность сваи.

см

Ориентировочно определим, на какое расстояние погружается свая за одну минуту работы дизель-молота:

Dа = см/мин

С некоторым приближением можем определить время забивки сваи:

мин.


4. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.

1.      Далматов Б.И. «Механика грунтов, основания и фундаменты».

2.      СНБ 5.05.01 – 99, «Основания зданий и сооружений».

3.      СНиП 2.02.03 – 85, «Свайные фундаменты».

4.      Шутенко Л.Н., Гильман А.Д., Лупан Ю.Т. «Основания и фундаменты. Курсовое и дипломное проектирование».

5.      СНиП 3.02.01 – 87, «Земляные сооружения, основания и фундаменты».

6.      Баранов В.В. «Методические указания по выполнению курсового проекта по дисциплине “Механика грунтов, основания и фундаменты”».

7.      В.А.Веселов «Проектирование оснований и фундаментов».

8.      СТБ 943-93 Грунты. Классификация. – Минск, 1995г.

9.      Бердичевский Г. И. «Справочник проектировщика». Типовые железобетонные конструкции зданий и сооружений. Стройиздат, 1974, 398с.