Проектирование фундамента под промежуточную опору автодорожного моста

Моя курсовая.doc

Федеральное агентство по образованию
Российской Федерации
Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный
Автомобильно-дорожный факультет
Курсовая работа по основаниям и фундаментам
«Проектирование фундамента под промежуточную опору автодорожного моста»
Принял преподаватель
Вариант задания (схема моста и геологический разрез) 3
Оценка инженерно-геологических условий составление заключения о строительных свойствах грунтов основания 5
Расчет фундамента мелкого заложения 8
Расчет свайного фундамента 19
Расчет фундамента глубокого заложения ..32
Рекомендации по производству работ 41
Выбор типа фундамента ..44
Список литературы ..45
Оценка инженерно-геологических условий составление заключения о строительных свойствах грунтов основания.
Инженерно-геологические условия оцениваются по физико-механическим характеристикам. Для выявления слоя грунта пригодного в качестве несущего производится по заданным нормативным характеристикам определение их расчетных значений для 1 и 2 предельных состояний а так же вычисление дополнительных величин позволяющих оценить качество грунта.
)Удельный вес скелета грунта:
)Коэффициент пористости:
грунт №I – песок пылеватый с е = 0.61 следовательно - это песок средней плотности.
)Удельный вес с учетом взвешивающего действия воды:
)Влажность при полном водонасыщении грунта:
)Число пластичности:
По числу пластичности уточняется тип пылевато-глинистого грунта:
)Показатель текучести:
Суглинок тугопластичный
)Сжимаемость грунта по модулю деформации:
EI = 10 МПа => грунт № I среднесжимаемый
EII = 23 МПа => грунт № II слабосжимаемый
EIII = 20 МПа => грунт № II среднесжимаемый
)Расчетное сопротивление:
Условное сопротивление R определяется по таблице 2 для песчаных грунтов приложения 24 СНиП 2.05.03 – 84. Условное сопротивление R03 определяется методом интерполяции по таблице 1 приложения 24 СНиП 2.05.03 – 84 .
Расчетные физико-механические параметры грунтов и оснований
Песок средней крупности
Оценим качество отдельных пластов грунта основания.
)Песок пылеватый - средней плотности насыщенный водой среднесжимаемый подходит в качестве естественного основания
)Песок средней крупности – рыхлый насыщен водой слабосжимаем подходит в качестве естественного основания
)Глина черная - полутвердая насыщенная водой среднесжимаема подходит в качестве естественного основания.
Проектирование фундамента мелкого заложения
К фундаментам мелкого заложения относятся те соотношения глубины заложения и ширины подошвы которых db не превышает 2 .2.5 м.
1 Определение габаритных размеров жесткого фундамента из
конструктивных требований.
Глубина заложения d принимается максимальной из условия выполнения следующих параметров:
Фундамент должен быть заглублен в несущий слой не менее чем на 05
м поскольку поверхность последнего может быть неровной.
При наличии размыва грунта у проектируемой опоры глубина заложения подошвы фундамента должна быть не менее чем на 25 м ниже его отметки а при отсутствии размыва – не менее чем на 1 м ниже поверхности грунта.
Исходя из выше изложенного принимаем в качестве основания грунт №II. Принимаю заделку фундамента от уровня местного размыва основания 25 м обрез фундамента на глубине 05 м от горизонта меженных вод. Тогда высота фундамента
Минимальные размеры подошвы фундамента при cy=03 м примем равными:
bmin = b0+ 2cy=2.5+2·0.3=31м
amin = a0+2cy=7.5+2·0.3=81м.
Максимальные размеры подошвы фундамента найдем исходя из условия обеспечения предельного угла αп=30º распределения давлений в теле бетонного фундамента:
bmax = b0+2hф·tg αп=3.1+2·5.5·0.57735=8.9 м
amax=а0+2hф·tg αп=8.1+2·5.5·0.57735=13.9 м
2. Определение размеров подошвы фундамента из условия
Найдем расчетное сопротивление основания осевому сжатию R под
подошвой фундамента по формуле:
Значение условного сопротивления пылеватого песка R0= 245 кПа; k1=0.1м-1 k2=30d=35 м γ=1962 кНм3
Соотношение сторон подошвы:
Найдем R2 для b2=67м=>a=6.7*1.56=10.5
a=10.5 м amax =13.9 м
Условие жесткости фундамента выполняется.
3. Конструирование тела фундамента.
Ширина уступов вдоль оси моста:
lx=0.5(b – bmin) = 0.5(6.7– 3.1) = 1.8 м
Ширина уступов поперек оси моста:
ly=0.5(a – amin) = 0.5(10.5 – 8.1) = 1.2 м
Высота уступов вдоль оси моста:
hx= lx·ctg α = 18·1.732 = 31 м
Высота уступов поперек оси моста:
hy= ly·ctg α = 1.2·1.732 = 2.1 м
Vф =6.7·1.1·10.5 + 5.5·1·9.3 + 4.3·1·8.1 +25·31·8.1 =223.63м3
Вес фундамента с учетом взвешивающего действия воды:
G’ф==223.63·1.1·(24-10) = 3443.89 кН
Объем грунта на уступах фундамента:
Vг = 6.7·10.5·55 – (223.63 – 31·81·1) = 188.34 м3
Вес грунта с учетом взвешивающего действия воды:
G’г==1.2·188.34·9.58 = 2283.48 кН.
Наибольшая вертикальная сила в уровне подошвы фундамента:
200+3443.89+2283.48=34927.37 кН
4. Проверка давления на грунт по подошве фундамента
Давление по подошве превышает расчетное сопротивление основания
увеличим размеры подошвы фундамента.
Примем соотношение сторон axb=12x77
- принятое соотношение сохраняется
По СНиП 2.05.03 – 84 если b>6 то R рассчитывается для b=6 => что расчетное сопротивление грунта не изменится.
Максимальные напряжения под подошвой:
где =12-коэф. условия работы =14- коэф. надежности R-расчетное сопротивление грунта A – площадь подошвы фундамента
= = - расчетные моменты
- моменты сопротивления подошвы фундамента
Вычислим вдоль пролета моста
дополнительное сочетание
Вычислим поперек моста
Условия прочности грунта под подошвой выполняются
5.Проверка положения равнодействующей.
Проверка производится для ограничения крена фундамента в пределах допустимого и передачи давления всей площадью подошвы по п. 7.7. СНиП 2.05.03 – 84. положение равнодействующей определяется относительным эксцентриситетом: e0r.
Вдоль оси моста от основного сочетания нагрузок:
Вдоль оси моста от дополнительного сочетания нагрузок:
Равнодействующая NI не должна выходить за пределы ядра сечения ограниченного радиусами:
Предельно допустимый эксцентриситет согласно таблице 107 СНиП 2.05.03 – 84 при действии постоянных и временных нагрузок e0r=1.
Условие выполняется подошва не имеет отрыва от основания
6.Проверка устойчивости заложения фундамента против плоского сдвига по подошве.
Проверяется по поперечному направлению
Максимальная сдвигающая сила действующая поперек пролета моста:
Объем грунта на уступах фундамента с учетом наиб. размыва дна у опоры:
Вес грунта с коэффициентом надежности γf =0.9
Принимаем что при первой подвижке льда уровень воды на 15 м выше межени.
Сила взвешивания вследствие погружения части опоры на 20 м ниже уровня льда равна:
Вес фундамента с учетом взвешивающего действия воды с коэффициентом надежности γf = 0.9:
Удерживающая сила равно
Проверяем условие устойчивости (2) [СНиП 2.02.01 – 83]:
- сумма проекций сдвигающих сил на направление сдвига
- сумма проекций удерживающих сил на направление сдвига
m=0.9 – коэффициент условий работы
=11 – коэффициент надежности
Условие выполняется фундамент устойчив против сдвига по подошве.
7 Проверка слабого подстилающего слоя
Проверка производиться по прил. 26 СНиП 2.05.03. – 84 в случае если под несущем слоем грунта залегает более слабый грунт. RII0=245 кПа RIII0=202 кПа.
Проверка несущей способности производиться поформуле:
pcр - среднее давление на грунт действующее по подошве фундамента;
γ – среднее значение уд. веса грунта над кровлей проверяемого подстилающего слоя;
допускается принимать γ=19.62;
α – коэффициент принимаемый по прил. 24;
d – глубина заложения фундамента
R – расчетное сопротивление грунта подстилающего слоя определяемое для кровли подстилающего слоя т.е. d= zi.
Определим R для подсилающего слоя (глина черная IL=0.31);
R0= 202 кПа; k1=0.02м-1 k2=1.5d=75 м γ=1962 кНм3
pcр=396.22 кПа; z α=0.44; d=3.5
Прочность подстилающего слоя обеспечена.
Осадки определяются от воздействия на фундамент максимальной вертикальной нагрузки веса фундамента и грунта на его уступах.
Поскольку глубина d=3.5 5 м осадку основания определяем методом послойного суммирования (без учета разуплотнения грунта).
Разобъем толщу на слои:
Находим среднее давление по подошве от вертикальной нагрузки NII второй группы предельных состояний из задания:
Находим вес фундамента и грунта на обрезах с коэффициентом надежности
Определяем вес фундамента:
Определяем вес грунта:
Характеристики грунтов:
с учетом взвешивающего
действия воды γIIi кНм.
Находим вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента:
Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на границе слоя расположенного на глубине Z от подошвы фундамента:
где γIIi – удельный вес грунта i-го слоя hi – толщина i-го слоя грунта.
Дополнительные вертикальные напряжения на глубине z:
Где α – коэффициент принимаемый по таблице 1 приложения 2 СНиП 2.02.01 – 83 значения коэффициента α для соотношения сторон =ab=156
определим с помощью интерполяции;
p0 – дополнительное вертикальное давление на основание:
Таким образом p0 = 308.35 – 43.00=265.27 кПа
Нижняя граница сжимаемой толщи основания принимается на глубине где выполняется условие
Среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i-том слое грунта находится по формуле:
Приведем все вычисления к табличной форме:
Природные давления в грунте:
Дополнительные напряжения в основании от воздействия сооружения:
Расчет производится согласно СНиП 2.02.01 – 83 исходя из условия:
где – предельно допустимая осадка
(L – длина наименьшего пролета примыкающего к опоре);
– безразмерный коэффициент равный 0.8;
n – число слоев на которые разбита сжимаемая толща.
Вывод: все вышеуказанные условия выполнены следовательно фундамент мелкого заложения подобран.
Расчет свайного фундамента.
1.Выбор заглубления ростверка несущего слоя грунта и конструкции свай
Обрез ростверка принимается на глубине 08 м от УМВ. Толщину плиты ростверка примем hf =1.6 м. H0 = 6м.
Наиболее благоприятным грунтом для использования в качестве несущего слоя является песок средней крупности. По госту возьмем СМ23-35Т7
Сваи погружаем забивкой.
2.Определение несущей способности и силы сопротивления
Сваи висячие по характеру работы т.к. опираются на песок (E=23Мпа50Мпа).
Несущую способность сваи по грунту определяем по формуле (7.8)
γСR γcf – коэффициент условий работы грунта соответственно под нижним концом и по боковой поверхности сваи равный 1;
R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи (определяется по таблице 7.6 учебника Э.В. Костерина). R = 4500 кПа;
Ас – площадь поперечного сечения сваи равная 0.1225 м2;
u – наружный периметр поперечного сечения сваи равный 1.4 м;
hi – толщина i-ого слоя грунта.
Для определения несущей способности толщу грунтов прорезаемых сваей разбивают на слои толщиной hi ≤ 2м. При этом граница слоев должна обязательно соответствовать границе напластований. Глубина нижнего конца сваи zR а также средняя глубина расположения слоя грунта принимаются от линии размыва.
Силу расчетного сопротивления сваи по грунту определяют по формуле при коэффициенте надежности γk = 1.4
3.Определение приближенного веса ростверка и числа свай.
Определим среднее давление под подошвой ростверка
Находим противодавление от веса ростверка и подушки подводного бетона hп=05м.
γB=24 кНм3 – удельный вес бетона;
γf=1.1 коэффициент надежности на вес жб
Площадь подошвы ростверка равна:
Вес ростверка и бетонной подушки:
Примерное число свай:
=15- коэффицент учитывающий действие момента (от 12 до 16)
Минимальные размеры ростверка в плане исходя из размеров опоры:
Максимальные размеры ростверка найдем исходя из условия обеспечения предельного угла αп=30º распределения давлений в теле бетонного фундамента: bmax = b0+2hр·tg αп=2.5+2·16·0.57735=43 м
amax= l0+2hр·tg αп=7.5+2·16·0.57735=93 м
Примем число поперечных рядов свай . Расстояние между крайними сваями при расстоянии между рядами свай в этом направлении
Расстояние между крайними сваями:
Примем общее число свай n=36 тогда число рядов свай в продольном
Данные значения попадают в допустимые
Определяем размеры ростверка по формуле:
4.Конструирование ростверка.
Принимаем размеры ростверка в плане
Определяем объем вес ростверка и тампонажной подушки:
4.Проверка усилий передаваемых на сваи.
Центр плана свай принимаем на вертикальной оси опоры (z’) и фундамент проектируем симметрично относительно опоры.
Вычислим моменты относительно осей проходящих через центр подошвы ростверка:
Вычислим суммарную вертикальную нагрузку в уровне подошвы ростверка:
Расчетные усилия передаваемые на сваю от нагрузок продольного направления:
то же от нагрузок поперечного направления:
5.Расчет горизонтальных перемещений и углов поворота сечения сваи от единичных нагрузок.
Находим глубину lk от поверхности грунта в пределах которой учитывается разнородность грунтов при вычислении коэффициента пропорциональности грунта k по формуле Д.4 [СП-102-2003]
- в пределах lk находится
песок пылеватый с и песок средней крупности с . По формуле (7.38) определим значение коэффициента пропорциональности:
h1 – мощность первого слоя ( пылеватый песок) = 2 м
h2 – мощность второго слоя ( песок ср. крупности ) = 0.725 м
К1 – коэффициент пропорциональности пылеватого песка = 8500 кНм4
К1 – коэффициент пропорциональности песка средней крупности = 12400 кН м4
Момент инерции поперечного сечения сваи:
Принимаем бетон B30 подвергнутый тепловой обработке (СП на ЖБК)
Коэффициент деформации сваи находим по формуле Д.8 [СП-102-2003]:
Приведенная глубина погружения сваи в грунт при действительной
Находим перемещение сечения сваи в уровне поверхности грунта от горизонтальной силы и момента при свободном нижнем конце в нескальном грунте по формулам Д.14 Д.15 Д.16 [СП на свайные фундаменты]
Горизонтальные перемещения сечения от силы :
Угол поворота сечения от силы горизонтальные перемещения сечения от момента
Угол поворота сечения от момента
где (по табл. Д.2 [СП 50-102-2003] в зависимости от приведенной глубины и способа закрепления нижнего конца сваи в грунт)
Определим перемещения от единичной силы и момента приложенных на уровне верхнего конца сваи по формулам (7.787.597.60)
6.Расчет характеристик продольной и поперечной жесткости свай.
Определим длину сжатия висячей сваи с диаметром ствола по формуле (7.65) учебника Костерина:
Рассчитаем реактивные усилия в голове сваи заделанной в ростверк при заданных значениях единичных перемещений и углов поворота по формулам (7.62) (7.63) (7.64) (7.68) учебника Костерина
При вертикальном перемещении S=1.
При горизонтальном смещении головы сваи u=1
7.Расчёт горизонтальных перемещений и углов поворота свайных
ростверков и верха опоры.
Расчёт плоскости XOZ.
Находим усилие действующее на плоскости при числе расчётных плоскостей
Находим реакции в связях и заделки от единичных перемещений ростверка .
Реакции в связях при S=1
Реактивный момент в заделке
Реактивный момент в заделке равен сумме моментов от усилий в крайних сваях с разными знаками. Так как начало координат расположено в центре тяжести свай а фундамент расположен симметрично в плоскости XOZ.
Реакции в горизонтальной связи при u=1 находятся как сумма проекций на ось X.
Реакция вертикальной связи при
Реакция в горизонтальной связи равна
Поскольку фундамент симметричен в плоскости XOZ и YOZ т.е. имеют две плоскости симметричное начало координат расположенное в точке пересечения плоскости подошвы ростверка и вертикальной плоскости симметрии.
Система канонических уравнений метода перемещений принимает вид
Решением этой системы находятся перемещения ростверка
Определяем перемещение ростверка
Продольные усилия в крайних сваях
Продольные усилия в свае разгруженной моментом
Момент в свае на уровне заделки в ростверк
Поперечная сила в свае.
Перемещение верха опоры равно
Расчёт плоскости YOZ.
Определяем перемещение ростверка в плоскости YOZ.
8. Расчет осадки фундамента.
Осадка фундамента определяется методом послойного суммирования.
Нормативная вертикальная нагрузка действующая на обрез ростверка составляет 22100 кН.
Размеры подошвы условного фундамента вычисляем по выражениям (7.149)
Напряжения влияющие на осадку определяются по формуле (7.152):
Соотношение сторон условного фундамента
Где α – коэффициент принимаемый по таблице 11 приложения 2 СНиП 2.02.01 – 83 значения коэффициента α для соотношения сторон =ab=163
Таким образом p0 = poc=206.78 кПа
zg = 0.2*257.83=51.57 кПа49.1кПа
Высота сжимаемой толщи hсж = 5 м.
Конечная осадка вычисляется по формуле (2.4):
– безразмерный коэффициент принимаемый равным 0.8 независимо от вида грунта.
Вывод: все условия удовлетворены следовательно свайный фундамент подобран.
Рекомендации по производству работ.
Постройка фундаментов на местности покрытой водой ведется в более сложных условиях чем на суше. Особенности производства работ по постройке таких фундаментов мостовых опор заключается главным образом в следующем: необходимо иметь специальные средства и сооружения для обеспечения устройства ограждений а также для доставки к каждому фундаменту материалов механизмов и рабочей силы. Нужны особые способы разбивочных работ; требуются специальные конструкции для ограждения котлованов и фундаментов от внешней воды в период строительства; в необходимых случаях используются методы подводной разработки грунта и подводного бетонирования.
В реках с глубиной воды 2 3 м в летний период для этих целей часто устраивают временные мостики на свайных рамных или ряжевых опорах. Для ограждения места работ применяют перемычки.
Перемычками называют временные сооружения предназначенные для ограждения места постройки фундамента от поверхностных вод. Перемычки используют не только для постройки фундамента но и для возведения других частей сооружения расположенных ниже горизонта вод. Конструкции перемычек весьма разнообразны. Для постройки рассчитанного в курсовой работе фундамента мелкого заложения можно использовать деревянные шпунтовые двухрядные с грунтовым заполнителем перемычки.
Грунтовая засыпка уменьшает водопроницаемость перемычки а наружный шпунтовой ряд предохраняет ее от размыва. Внутренний шпунтовой ряд являясь элементом перемычки кроме того служит ограждением дна водоема.
Для обеспечения совместной работы внутренней и наружной шпунтовой ряд соединяют поперечными схватками. Внутри перемычки чаще всего устанавливают один или несколько ярусов распорных рам что повышает общую жесткость перемычки и позволяет уменьшить сечение шпунта и глубину забивки ниже дна котлована.
Наилучшим заполнителем для перемычки является песок.
Так как котлован разработан ниже уровня вод то его необходимо осушить можно применить способ открытого водоотлива т.е. осуществляемого непосредственно из котлована. Для водоотлива применяют насосы пригодные для откачивания загрязненной воды с примесью грунтовых частиц. Этот способ является простым и дешевым способом водопонижения.
Земляные работы в котловане должны вестись так чтобы не была нарушена естественная структура грунта основания. Грунт основания может разрушаться при использовании землеройных машин большой производственной мощности. Особенно одноковшовых экскаваторов. Для предотвращения этого оставляется слой неразработанного грунта от 5 до 30 см.
В процессе работ необходимо предохранять котлован от затопления атмосферными осадками.
Разрабатывать грунт котлована и возводить фундамент нужно в сжаты сроки не оставляя открытый на проектную глубину котлован на продолжительное время. После возведения фундамента пазухи между ними и стенами котлована заполняют грунтом укладываемым послойно с трамбованием.
Для свайного фундамента сваи забивают подвесным молотом используя копры или краны и направляющие каркасы. Подвесной молот является простейшим типом который представляет собой металлическую отливку от 0.25 до 4.0 т. Молот имеет направляющие которыми он скользит по стрелам копра. Поднимается молот лебедкой установленной на копре. Высота подъема молота составляет 1.5 3.0 м. Число ударов молота 10..18 в 1 мин. Подвесные молоты просты по конструкции но производительность их невелика.
Для направления движения сваи и молота в процессе погружения а также для подъема сваи и установки ее на место часто используют рельсовые копры (например КР – 20). Такой копер предназначен только для погружения вертикальных свай. В отличие от универсальных на таком копре нельзя изменить вылет копровой стрелы.
Забивка свай производится с использование подмостей. Вокруг фундамента устраивают временные подмости на деревянных или инвентарных металлических винтовых сваях. На подмостях укладывают рельсовые пути для передвижного моста на который устанавливают копер. Подмости около каждой опоры можно соединить между собой временным рабочим мостом устанавливаемым параллельно оси строящегося моста.
Временный мост используют для перемещения материалов оборудования и рабочих. По нему также перемещается копер от опоры к опоре. Наличие подмостей обеспечивает возможность погружения свай независимо от колебаний уровня воды и степени волнения акватории.
Ростверк сооружают с помощью бездонного ящика. Бездонные ящики могут изготавливаться деревянными металлическими или из понтонов КС с металлическим ножом в нижней части. Массу монтажных элементов ящика можно уменьшить путем раздельного опускания вначале каркаса а затем заполнения стен.
Можно применить открытый водоотлив. После водоотлива перед бетонированием ростверка необходимо применять меры по устранению фильтрации воды через возможные неплотности ограждения и дефектные места в слое подводного бетона. В противном случае как показывает практика бетон ростверка в процессе твердения может быть поврежден вследствие вымывания из него цемента фильтрующейся водой.
Выбор типа фундамента.
На выбор типа фундамента влияют условия строительства: механовооруженность строящей организации состояние базы стройиндустрии транспортные условия особенности строительной площадки и др. Также при выборе типа и глубины заложения фундамента должны учитываться конструктивные особенности моста.
В результате анализа грунтовых условий и учета применимости различных видов фундаментов намечают возможные варианты которые могут различаться не только типом фундамента но и разной глубиной заложения. Затем выполняют расчеты намеченных вариантов по предельным состояниям и устанавливают размеры их элементов. После этого сравнивают варианты по приведенным затратам стоимости расходу основных материалов по трудоемкости и срокам производства работ. При сравнении полезно сопоставлять значения перемещений фундаментов и опор. В результате всех сравнений выбирается оптимальный вариант фундамента.
Список использованной литературы:
Методические указания по выполнению курсовой работы «Механика грунтов основания и фундаменты» СПб 1992.
Э.В. Костерин «Основания и фундаменты».-3-е изд. М.: Высш.шк 1990.
СНиП 2.05.03 – 84 «Мосты и трубы» М. 1988.
СНиП 2.02.01 – 83 « Основания зданий и сооружений» М. 1985.
СНиП 2.02.03 – 85 «Свайные фундаменты» М. 1986.

Чертежи.dwg

Геологический разрез по скважине 4
показатели свойств грунтов
нагрузки на обрез фундамента см. расчетную записку. 2. Марка бетона фундамента и ростверка по прочности - B30
водонепроницаемости - W6
морозоустойчовости - F50. 3. Производство работ вести в соответствии со СНиП 3.02.01-87.
Проект фундамента под промежуточную опору автодорожного моста