Проектирование промежуточной опоры моста

свая.cdw

Расчетная схема определение
несущей способности сваи
уровень местного размыва
отметка заложения ростверка

схема фундамента.cdw

Первоначальная схема фундамента
Исправленная схема фундамента

осадка фундамента.cdw

заказ.doc

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
К У Р С О В О Й П Р О Е К Т
«Промежуточные опоры моста»
Исходные данные для проектирования фундамента3
промежуточной опоры моста:3
Оценка инженерно-геологических и гидрологических условий площадки строительства.4
Расчёт фундамента на естественном основании.5
1 Выбор глубины заложения фундамента.5
2 Определение площади подошвы фундамента.5
3. Определение осадки основания.7
4 Определение крена фундамента и перемещения верха опоры.8
5 Определение крена и перемещения верха опоры попрек моста.9
6. Расчёт основания по I группе предельных состояний.10
Проектирование варианта фундамента на сваях.12
1 Выбор глубины заложения и глубины свай.12
2. Расчет свайного фундамента.12
3. Выбор механизма для погружения свай.17
Технико-экономическое сравнение варианта фундамента.20
Исходные данные для проектирования фундамента
промежуточной опоры моста:
Расстояние между осями ферм В2=24 м
Длина пролёта моста L=24 м
Высота опоры h0=72 м
Отметка дна водоёма 7150 м
Горизонт водоёма: высокой ГВВ 7500 м
Глубина размыва русла у опоры hр=12 м
Постоянная вертикальная нагрузка от пролётных строений N=600
Временные от подвижного состава:
горизонтальные Tn=520
Ветровые нагрузки Wi и плечо их приложения Fi:
на пролётном строении при наличии поезда W1=100
на пролётном строении при наличии поезда W3=200
Ледовая нагрузка L1=1290
Плечо приложения ледовой нагрузки Е=39 м
Оценка инженерно-геологических и гидрологических условий площадки строительства.
Оценка инженерно-геологических и гидрологических условий площадки имеет целью выяснить:
- особенности работы грунта под воздействием напряжений от нагрузок передаваемых фундаментом на основание (прочность сжимаемость наличие слабых прослоев);
- влияние подземных и поверхностных вод на условия возведения и работы фундамента (взвешивающее действие размыв русла у опоры).
Инженерно-геологические условия площадки строительства.
Аллювиальные темно-коричневые суглинки
Делювиальная коричневая глина
Заключение: грунты площадки строительства имеют слоистое напластование с выдержанным залеганием слоев. Все грунты за исключением слабых слоев (торфа и темно-коричневого суглинка) имеют достаточную прочность средне и слабо сжимаемые непросадочные не набухающие и могут быть использованы в природном состоянии в качестве естественного основания опоры моста.
Для технико-экономического сравнения целесообразно рассмотреть два варианта фундаментов:
Фундамент мелкого заложения на естественном основании.
Свайный фундамент из забивных призматических свай.
Расчёт фундамента на естественном основании.
1 Выбор глубины заложения фундамента.
Глубина заложения фундамента определяется dф определяется инженерно – геологическими гидрологическими условиями строительства и конструктивными особенностями сооружения.
Глубина заложения фундамента – по инженерно – геологическим условиям:
dn=hсл+0.5=055+57+05=675м
–гидрологическими условиями
dn=hразм+2.5=12+25=37 м
Принимаем для дальнейших расчётов глубину заложения подошвы фундамента dп=68 м от поверхности дна что соответствует абсолютной отметке 647 м.
2 Определение площади подошвы фундамента.
Геометрические размеры нижней части опоры:
воп=260+h15=260+72015=308 см
lоп=B2+370+h15=240+370+72015=658 см
Высота фундамента: dф = dп – 05 = 68– 05=63 м.
S1=(24+37)·26 =1586 м2
Vоп=13·(72+05)·(1586+2027+)=1388 м3
Собственный вес опоры:
Gоп=1388 ·25=3470 кН
Минимальная и максимально возможная площадь фундамента:
Размеры фундамента эскиз
=(308+2·04)·(658+2·04)=2863 м2
(308+2·63 ·tg300)·(658+2·63·tg300)=1435 м2
Вертикальная составляющая нагрузки на обрез фундамента при основном сечении:
Горизонтальная составляющая вдоль оси моста:
Основанием фундамента служит делювиальная коричневая глина с характеристиками: R0=4299 кПа φ=1990 С=0038мПа
Требуемая площадь фундамента определяется:
гдеγmt=20 кНм3 – среднее значение удельного веса кладки фундамента и грунта на его уступах;
В нашем случае А1Аmax следовательно глубину заложения фундамента увелечивать не надо.
Коэффициент отношения сторон нижней части опоры:
Размеры фундамента следующие:
Определяем вес фундамента и грунта на его уступах с учетом взвешивающего действия воды на грунт:
гдеVф – объем фундамента
γбет=25 кНм3 – удельный вес бетона.
Вычисляем приведенные к центру тяжести подошвы нагрузки для расчета по второй группе предельных состояний:
При расчете момент Мнадз не учитывается т.к. расчет производится по второй группе предельных состояний.
Расчетное сопротивление грунта основания для расчета по второй группе предельных состояний находим по формуле 7 СНиП 2.02.01-83.
гдеgс1 и gс2 – коэффициенты условий работы принимаемые по табл. 3 (gс1=125 и gс2=11);
k – коэффициент принимаемый равным: k=1 если прочностные характеристики грунта (j и с) определены непосредственными испытаниями и k=11 если они приняты по табл. 1-3 рекомендуемого приложения 1( в расчете принят 1);
Мg Мq Mc – коэффициенты принимаемые по табл. 4 СНиП (Мg=0506 Мq=3043 Mc=5642 для φ=1990);
Kz – коэффициент принимаемый равным:
при b 10 м - kz=1 при b ³ 10 м - kz=z0 b+02 (здесь z0=8 м);
сII=38 кПа – расчетное значение удельного сцепления грунта залегающего непосредственно под подошвой фундамента кПа ;
d1 – глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала в расчете принимаем 56 м.
Подставив эти данные в формулу получаем:
Проверяем выполнение условий:
Проверка не сходится следовательно следует увеличить площадь фундамента.
Все условия выполняются с запасом но уменьшения площади нерационально т.к. опрокидывающий момент может создать большой крен фундамента.
В дальнейший расчет принимаем:
3. Определение осадки основания.
При определении осадки пользуемся схемой линейно-деформируемого слоя так как практический несжимаемый грунт лежит в самом нижнем слое разреза. Расчет осадок производится на основное сочетание нагрузок без учета временной поездной нагрузки Q так как осадки не за период действия нагрузки не успевают развиться.
Основное условие расчёта:
где S- расчётное значение осадки опоры
Su- предельное (допускаемое) значение вертикального смещения опоры см определяемое эмпирической зависимостью
где L- длина меньшего примыкающего к опоре пролёта м принимаемая не менее 24 м.
Вертикальная составляющая нагрузки приведённая к центру тяжести подошвы фундамента (без учёта нагрузки от веса поезда).
Дополнительное давление на основание под подошвой фундамента
Расчет осадки выполняем используя формулу (1) приложения 2 СНиП:
Здесь - среднее значение дополнительного вертикального напряжения в i-м слое грунта по вертикальной оси проходящей через центр подошвы фундамента –соответственно толщина и модуль
деформации i-го слоя грунта
n-число слоев на которые разбита сжимаемая толщина основания.
Положение таблицы сжимаемой толщены –Нс- можно определить графически как точку пересечения эпюр и для этого эпюры должны быть постоянны в одном масштабе.
Расчет осадки фундамента удобно вести в табличной форме.
Определение осадки основания
Предельная величина осадки
В результате расчетов установлено: суммарная величина осадки S=178 меньше предельной Su.
условие S Su соблюдается.
Т.к. условие выполняется то площадь опоры и глубину заложения фундамента увеличивать не требуется.
4 Определение крена фундамента и перемещения верха опоры.
Крен фундамента определяется от действия всех нагрузок при основном их сочетании отдельного вдоль и поперёк моста с учётом момента в уровне подошвы в соответствии с П.П 9-11 приложения 2[3].
Вертикальная и горизонтальная составляющая нагрузка вдоль моста:
=(600+3470+64411+2194)+085200=148905кН
=07520+05(100+80)=454кН
Момент горизонтальных сил действующих вдоль моста:
=07520(63+72+11)+05(100(83+63)+80(6+63))=65364кНм
Эксцентриситет приложения равнодействующей нагрузки:
Расчетная вертикальная сила:
Определяем средний модуль деформации грунта:
гдеkе=02668 коэффициент определяемый интерполяцией по таблице 5 приложения к СНиП 2.02.01-83 в зависимости от:
Определяем перемещение верха опоры:
Допускаемое значение крена опоры:
Условие проверки не выполняется:
Увеличиваем площадь фундамента:
=(600+3470+99227+14908)+085200=196435кН
Условие проверки выполняется:
Дальнейшие расчеты делаем с размерами фундамента:
5 Определение крена и перемещения верха опоры попрек моста.
Силы действующие на опору:
6. Расчёт основания по I группе предельных состояний.
Расчёт произведён с коэффициентом надёжности Yf=1.1 для постоянных нагрузок Yf=1.2 – для временных.
Расчётные нагрузки приведённые к центру тяжести подошвы при проверке несущей способности основания:
N1=11·(Nn+Gоп+Gф+Gг)+12·08·Q=11·(600+3470+99227+14908)+
+12·08·5200=220239 кН
Н1=1.2·0.7·Tn+1.5·0.5·(W1+W2)=12·07·520+15·05·(100+80)=5718кНм
М1=Yf·Tn·h+Yf··[W1·(F1+dф)+W2·(F2+dф)]=12·07·118·520+15·05·[100·(83+63)+80·(6+63)]=69872кНм.
Расчётное сопротивление глины основания фундамента одноосному сжатию по СНиП 2.05.03-84
R=17(3676(1+004(6-2))+21962(56-3))=8983кПа
Несущая способность основания под подошвой фундамента мелкого заложения должна удовлетворять условиям:
Условие выполняется несущая способность основания обеспечена.
Момент удерживающих сил:
Проверяем условие устойчивости против опрокидывания по п.1 СНиП 2.02.01-83:
Проверяем условие устойчивости по подошве против сдвига в соответствии с п.1.41 СНиП 2.05.03-84:
=0.3 коэффициент трения кладки фундамента о поверхность грунта.
Проверяем условие (2) СНиП 2.05.03-84:
Требования СНиП «Мосты и трубы» удовлетворены сдвига по подошве и опрокидывание от заданной нагрузки не произойдет.
Выбранные размеры фундамента мелкого заложения на естественном основании (b=6м l=126м dф=63м)полностью удовлетворяет условиям расчёта по I и II группам предельных состояний.
Проектирование варианта фундамента на сваях.
В курсовом проекте рассматривается устройство свайного фундамента из свай-стоек.
1 Выбор глубины заложения и глубины свай.
Глубину заложения свайного ростверка назначаем исходя из следующих условий:
– по инженерно-геологическим условиям:
– по гидрологическим условиям:
В дальнейший расчет принимаем наибольшую из полученных глубин заложения от поверхности дна водоема dn=27 м что соответствует абсолютной отметке 688 м. Обрез ростверка располагается на 0.5 м ниже поверхности дна т.е. абсолютная отметка обреза 71 м. Высота ростверка dф=22 м. Минимальные размеры подошвы ростверка в плане как и фундамента на естественном основании:
2. Расчет свайного фундамента.
Анализ инженерно-геологического разреза показывает что концы свай могут быть погружены в аллювиальную темно-серую супесь. В соответствии с ГОСТ 19804.1-84 сечение сваи (300×300) мм тип: С-11-30 с диаметром арматуры 16 мм по 4 стержня класса А-II класс бетона В20. Глубина заделки в ростверк:
Определяем несущую способность одной сваи по сопротивлению грунта в соответствии с п. 4.2. СНиП2.02.03-85:
гдеgc – коэффициент условий работы сваи в грунте принимаемый gc = 1;
R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи кПа принимаемое по табл.1 R=84142 кПа (значение определено интерполяцией);
A – площадь опирания на грунт сваи м2 принимаемая по площади поперечного сечения сваи брутто или по площади поперечного сечения камуфлетного уширения по его наибольшему диаметру или по площади сваи-оболочки нетто А=009 м2;
u – наружный периметр поперечного сечения сваи u=4·03=12 м;
gcR и gcf — коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи учитывающие влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления грунта и принимаемые по табл. 3. оба коэффициента приняты равными 1.
Подставив данные в формулу имеем:
Расчетная нагрузка допускаемая на сваю по грунту:
где γk=1.4 – коэффициент надежности принимаемый по п. 3.10 СНиП.
Несущая способность сваи по материалу:
гдеφ=1 – коэффициент продольного изгиба;
γс=1 –коэффициент условий работы для свай сечением менее 30×30 см;
γcb=1 – коэффициент условий работы бетона сваи;
Rb=105 МПа – расчетное сопротивления бетона одноосному сжатию для марки бетона В20.
Rs=250 МПа – расчетное сопротивление сжатию арматуры класса А-
γa=1 – коэффициент условий работы арматуры;
А=009 м2 и Аа=0000201 м2 – площади сечений соответственно сваи и арматуры.
Коэффициент использования прочности материала сваи и грунта основания:
Требуемое количество свай:
где– расчетная вертикальная нагрузка на обрез фундамента рассчитанная по I-й группе предельных состояний.
k=1.2 – коэффициент косвенно учитывающий влияние момента от горизонтальных нагрузок на сваю;
d=27 м – глубина заложения ростверка от поверхности дна водотока после размыва;
a=09 м – минимальное расстояние между сваями в плоскости их нижних концов;
γmt=20 кНм3 – среднее значение удельного веса кладки фундамента и грунта на его уступах.
По расчетному количеству свай конструируем новый ростверк располагая сваи в 3 ряда по 5в ряд. Расстояние между сваями принимаем наименьшее допустимое по СНиП равным:
Тогда требуемая длина и ширина ростверка:
Основные характеристики ростверка:
– высота ростверка 22 м;
– длина подошвы ростверка 8 м;
– ширина подошвы 38 м;
– объем ростверка 6689 м3;
– вес ростверка 1672 кН;
гдеγb=25 кНм3 – удельный вес бетона.
Расчетные нагрузки действующие в уровне подошвы ростверка:
– вертикальная составляющая:
– горизонтальная составляющая вдоль моста:
– опрокидывающий момент внешних сил действующих вдоль моста:
– горизонтальная составляющая и момент поперек моста:
По формуле (3) СНиП [6] определяем расчетную нагрузку предаваемую на крайние сваи:
– при действии нагрузок вдоль моста:
Проверка не сходится следовательно увеличим количество свай до 21.
Расположим сваи в 3 ряда по 7 штук.
– длина подошвы ростверка 116 м;
– ширина подошвы 44 м;
– объем ростверка 1123м3;
– вес ростверка 2807 кН;
– при действии нагрузок поперек моста:
гдеn – количество свай в ростверке;
xi и yi – расстояния от главных осей до каждой сваи.
В обоих случаях действия нагрузки условия Nmax ≤ 1.1Fv Nmin>0 выполняются.
Определяем расчетные значения горизонтальных перемещений Up и угол поворота p головы сваи при действии горизонтальных нагрузок вдоль моста по методике изложенной в приложении 1 к СНиП [6]. Конструкция низкого ростверка предполагает что он прорезает слой слабого грунта сваи погружают в прочные грунты на глубину значительно превышающую 10d (где d – сторона сечения сваи). Зоны предельного равновесия в верхней части грунта окружающей сваю не образуется. В связи с этим выполняем одностадийный расчет свай по п.12 приложения 1 к СНиП 2.02.03-85.
Поперечная сила H и изгибающий момент M действующие на голову сваи в уровне подошвы ростверка определяем от горизонтальных нагрузок при γf=1 и при допущении равномерного распределения между сваями:
Т.к. ростверк низкий принимаем H=H0 M=M0 Up=U0 p=0.
Определяем члены уравнений (30) и (31) п.12 СНиП.
– коэффициент деформации:
гдеЕ=27·106 кПа – модуль упругости бетона принимаемый по таблице 20 СНиП 2.05.0384;
– момент инерции поперечного сечения сваи;
– условная ширина сваи;
K=6000 кНм4 – коэффициент пропорциональности принятый по таблице 1 приложения 1 к СНиП [4] для грунтов которые прорезает свая (принято средневзвешенное по мощности залегания значение.)
γс=3 – коэффициент условий работы.
Приведенная длина свай по формуле (7) приложения 1 к СНиП [4]:
По формулам (32) (33) (34) приложения 1 к СНиП [4] определим горизонтальное перемещение и угол поворота сечения сваи от действия единичных горизонтальной силы и момента приложенных в уровне поверхности грунта:
– горизонтальное перемещение от действия Н=1 приложенной в уровне поверхности грунта:
–угол поворота сечения от силы Н=1:
– угол поворота сечения от момента М=1:
гдеA0 B0 C0 – безразмерные коэффициенты принимаемые по таблице 5 СНиП с учетом отпирания свай на нескальный грунт.
В связи с тем что сопряжение головы сваи с ростверком жесткое поворот головы сваи невозможен т.е. 0=0 и на голову сваи со стороны заделки передается момент:
Горизонтальное перемещение головы сваи вычисляем по формуле (30) СНиП:
Знак «минус» означает что при горизонтальной силе Н направленной слева направо момент Mf направлен против часовой стрелки.
Перемещение верха опоры:
Допускаемое перемещение верха опоры:
3. Выбор механизма для погружения свай.
Т.к. грунты слагающие площадку строительства в основной своей массе глинистые и маловлажные то наиболее целесообразным будет для погружения свай на заданную отметку использовать трубчатый дизель-молот. Молот подбираем исходя из расчетной нагрузки допускаемой на сваю по минимальной энергии удара и коэффициенту применимости.
Свая погружается в твердую глину затем в тугопластичную глину. В первом приближении считаем что масса ударной части дизель-молота должна составлять 1.25 от массы сваи т.е. 12531=39 т.
Минимально необходимая энергия удара:
гдеa=25 ДжкН – коэффициент;
Fv – расчетная нагрузка на сваю кН.
По таблице подбираем трубчатый дизель-молот С-974 Производим проверку пригодности принятого устройства:
гдеGh=101 кН – полный вес молота;
Gb=(31+31)=341 кН – вес сваи наголовника и подбабка вес которых принят mt=0.1m сваи;
=0.9Gh’hm=0.9502.50=1125 кДж – расчетная энергия удара;
Gb’=50 кН – вес ударной части молота;
hm=2.50 м – расчетная высота подскока молота.
Т.к. условие проверки выполнено то данный дизель-молот подходит для погружения этого типа свай на проектную глубину.
4.Определяем проектный отказ
4. Расчет свайного фундамента как условно массивного на прочность и деформативность основания
Для этого определяем размеры и давление от веса условного фундамента при расчете по первой группе предельных состояний (прил. 25 к СНиП [7]) от низа ростверка до острия свай:
Осредненное расчетное значение угла внутреннего трения грунта
d - глубина погружения свай в грунт от его расчетной поверхности положение которой принимается по указаниям п. 7.10 СНиП [7].
α — угол для определения границ условного фундамента
Размеры в плане условного фундамента в направлении:
Площадь условного фундамента ;
Объем грунта в пределах условного фундамента:
Средневзвешенное значение удельного веса грунта в пределах условного фундамента принимаемого с учетом влияния взвешивающего действия воды:
Усилие от веса грунта в объеме условного фундамента
Усилие от веса ростверка и свай
Нормальная составляющая усилия условного фундамента на основание с учетом: веса грунтового массива с заключенными в нем ростверком и сваями давления столба воды от уровня меженных вод до водоупора;
Горизонтальная составляющая внешней нагрузки вдоль моста действующая в уровне обреза ростверка H1y= 12524 кН;
Опрокидывающий момент относительно главной оси X условного фундамента в уровне расчетной поверхности грунта
Вычисляется коэффициент пропорциональности определяющий нарастание с глубиной коэффициента постели грунта который расположен между подошвой условного фундамента и подошвой ростверка как средне взвешенное по слоям грунта значение Кi принимаемое по таблице приложения 25 к СНиП [7].
Находим среднее и максимальное давление на грунт основания условного фундамента по формулам (2) и (3) приложения 25 к СНиП [7]
Вычисляем расчетное сопротивление осевому сжатию грунта основания условного фундамента по формуле (1) приложения 24 к СНиП [7] приняв в запас расчета Ro = 3676 кПа:
R = 17R0 [1 +K1(b-2)] + K2Y(d - 2) =
=173676 [1 + 004 (6-2)]+21962(119- 2)= 13853кПа;
Проверяем выполнение условий п. 7.8. СНиП [7]:
Р = 3085кПа Ryn =9895 кПа;
Рmax =4835 кПа ycRуn = 1213853 1.4=11874 кПа.
Несущая способность основания условного фундамента обеспечена.
Расчет осадки свайного фундамента.
Расчетное сопротивление основания условного фундамента для расчета по второй группе предельных состояний в соответствии с формулой (7) СНиП[5] (или по приложению 1):
Условия выполняются: Р = NсAc = 250052831= 3009 кПа R=7446;
Рmin = NcAc - McWcx = 3009 –407666(622134) =2534 кПа > 0.
Имеется значительный запас глина служит надежным основанием поэтому в соответствии с п. 2.56 СНиП [5] расчет осадок условного фундамента допускается не выполнять.
Технико-экономическое сравнение варианта фундамента.
Расчёт производим в табличной форме.
Подсчёт объёмов работ.
ного инвентарного шпунта
Разработка грунта в котловане под фундамент
Устройство фундамента
Гидроизоляция боковых поверхностей фундамента
Обратная засыпка пазух
(7+1638)22+(7+1518)22
Погружение стального инвентарного шпунта
Разработка грунта в котловине под ростверк
Погружение сваи на глубину до 12м
Устройство ростверка
Гидроизоляция боковых поверхностей ростверка
Сметная себестоимость и трудозатраты.
Обоснование расценки
Затраты труда чел- дн
Устр-во и разработка шпунтового огра- ждении котлована
Водоотлив из котлована при притоке более 60м3ч.
Разработка грунта в кот ловане мех. Способом при глубине >18м
Устройство фунда- мента опоры моста
Гидроизоляция фунда- мента обмазкой биту- мом за два раза
Прочие работы и трудозатраты
Накладные расходы(15.5%)
Водоотлив из котлована
Разр-ка грунта в котловане не мех. способом при глубине>18м
Устр-во обмазочной гидроизоляции 2 раза
для варианта фундамента на естественном основании:
для варианта на свайном фундаменте:
Рассчитанные технико-экономические показатели сводим в таблицу и производим их сравнение.
Технико-экономические показатели сравниваемых вариантов.
Объем земляных работ
Объем бетона и железобетона
На естественном основании
По итогам расчета принимаем вариант фундамента на сваях для данной опоры моста как основной для возведения в связи со значительно меньшими затратами на его устройство.
По технико-экономическим показателям второй вариант – свайный фундамент более предпочтительней т.к. значительно уменьшается стоимость и трудоёмкость строительства.
” Расчёт и проектирование основания фундамента промежуточной опоры моста” Ю.И.Яровой г. Екатеринбург 1996г.
”Определение нормативных и расчётных значений физико – механических характеристик грунтов” Ю.И.Яровой г.Екатеринбург 1999г.
СНиП 2.02.01-83 Основания зданий и сооружений
СНиП 2.02.03-85 Свайные фундаменты
СНиП 3.02.01-83 Основания и фундам

формат А1.cdw

Схема опоры с фундаментом мелкого заложения
Основанием свайного фундамента служит аллювиальная темно-коричневая суглинок.
Расчетная нагрузка на сваю Fv=925
Гидроизоляция бетонных поверхностей обмазкой
Бетон ростверка класса В20.

разрез.cdw