Курсовая работа по геологии на тему Основания и фундаменты зданий и сооружений

Проектирование оснований и фундаментов гидротехнических сооружений является одной из наиболее ответственных задач в строительстве. От правильности расчетов и выбора конструктивных решений зависят надежность, долговечность и безопасность эксплуатации сооружения. Особую сложность представляют водосбросные сооружения, испытывающие значительные гидростатические, фильтрационные и динамические нагрузки. В условиях разнородных грунтов, характерных для района г. Краснодара, необходимо тщательное обоснование типа фундамента и расчет его параметров по двум группам предельных состояний [1, 3].
Цель работы: Закрепление теоретических знаний и приобретение практических навыков проектирования оснований и фундаментов гидротехнических сооружений на примере быка водосбросного сооружения.
Задачи работы:
1. Определить физико-механические характеристики грунтов основания по заданным исходным данным.
2. Рассчитать нагрузки, действующие на фундамент в первый (строительный) и второй (эксплуатационный) периоды работы сооружения.
3. Запроектировать фундамент мелкого заложения: назначить глубину заложения, определить размеры подошвы, проверить жесткость, рассчитать давления на грунт, выполнить проверки по первой и второй группам предельных состояний.
4. Запроектировать свайный фундамент в качестве варианта: выбрать тип свай и ростверка, определить несущую способность свай, рассчитать их количество и размещение, выполнить проверки по деформациям и несущей способности, подобрать оборудование для погружения свай.

Расчет основания и фундамента является составной частью проектирования сооружения в целом.
Схема сооружения, его конструктивное и объемно-планировочное решение, привязка в плане и по высоте должна приниматься с учетом инженерно-геологических условий площадки строительства и технически возможных вариантов решений фундамента [4].
Нагрузки и воздействия на основание, передаваемые фундаментом сооружения, устанавливают расчетом при рассмотрении совместной работы сооружения и основания или фундамента и основания.

1.2. Определение физико-механических характеристик грунтов основания

Расчет основания любого здания или сооружения, в том числе гидротехнического, начинается с определения показателей физико-механических свойств грунтов, находящихся на месте будущего строительства [1, 2, 3].
Для трехслойного основания, заданного в исходных данных, показатели определяются в табличной форме [5].
Расчет для слоя 1 – Песок пылеватый:
1. Коэффициент пористости:
e = (ρ_s/ρ) * (1 + ω) - 1 = (2.66/1.9) * (1 + 0.15) - 1 = 0.61.
2. Степень влажности:
S_r = (ω * ρ_s)/(e * ρ_w) = (0.15 * 2.66)/(0.61 * 1) = 0.654.
По таблице 1.7 [5]: 0.5 < S_r ≤ 0.8 → грунт влажный.
3. По таблице А.1 для пылеватого песка при e=0.61 интерполяцией:
c_n = 5.6 кПа; φ_n = 33.2°; E = 26 МПа.
4. По таблице А.3 для влажного пылеватого песка средней плотности: R₀ = 150 кПа.
5. По таблице А.5 для φ_n=33.2° (≈33°): M_γ = 1.44; M_q = 6.76; M_c = 8.88.
Расчет для слоя 2 – Глинистый грунт:
1. Число пластичности:
I_p = ω_L - ω_p = 0.18 - 0.20 = -0.02.
Получено отрицательное значение, что указывает на ошибку в исходных данных (ω_L должна быть больше ω_p). В соответствии с типичными значениями и для продолжения расчета принимаем, что в задании опечатка, и меняем значения местами: ω_L = 0.20, ω_p = 0.18. Тогда:
I_p = 0.20 - 0.18 = 0.02.
По таблице 1.2 [5] (0.01 < I_p ≤ 0.07) → супесь.
2. Показатель текучести:
I_L = (ω - ω_p)/I_p = (0.22 - 0.18)/0.02 = 2.00.
По таблице 1.3 [5] при I_L > 1 → консистенция текучая.
3. Коэффициент пористости:
e = (ρ_s/ρ) * (1 + ω) - 1 = (2.70/1.7) * (1 + 0.22) - 1 = 0.94.
4. По таблице А.2 для супеси при I_L=2.00 (значение больше табличного, принимаем для I_L=1.0) и e=0.94 интерполяцией:
c_n = 6.0 кПа; φ_n = 6.0°; E = 5 МПа.
5. По таблице А.5 для φ_n=6°: M_γ = 0.10; M_q = 1.39; M_c = 3.71.
Расчет для слоя 3 – Песок крупный:
1. Коэффициент пористости:
e = (ρ_s/ρ) * (1 + ω) - 1 = (2.66/2.0) * (1 + 0.18) - 1 = 0.57.
По таблице 1.6 [5] (0.55 ≤ e ≤ 0.70) → средней плотности.
2. Степень влажности:
S_r = (0.18 * 2.66)/(0.57 * 1) = 0.84.
По таблице 1.7 [5] (0.8 < S_r ≤ 1.0) → насыщен водой.
3. По таблице А.1 для крупного песка при e=0.57 интерполяцией:
c_n = 0.8 кПа; φ_n = 39.6°; E = 38 МПа.
4. По таблице А.3 для насыщенного водой крупного песка средней плотности: R₀ = 300 кПа.
5. По таблице А.5 для φ_n=39.6° (≈40°): M_γ = 2.46; M_q = 10.85; M_c = 11.73.
Нормативная глубина промерзания для г. Краснодара по рисунку А.1: d_fn = 0.8 м.