Фундаменты промежуточной опоры моста

Чертеж к курсовику.dwg

Конструкция свайного фундамента
Конструкция массивного фундамента
Схемы к расчету осадки фундамента

Пояснительная записка.doc

Федеральное агентство железнодорожного транспорта
Сибирский государственный университет путей сообщения
Кафедра «Геология основания и фундаменты»
Фундаменты промежуточной опоры моста
По дисциплине «Основания и фундаменты»
Пояснительная записка
(дата сдачи на проверку)
(запись о допуске к защите)
(оценка по результатам защиты)
(подписи преподавателей)
Новосибирск 2015 год
Анализ исходных данных для проектирования фундамента промежуточной опоры моста4
1.Исходные данные для проектирования4
2.Анализ инженерно-геологических условий.6
2.1.Расчет дополнительных характеристик и определение полного наименования грунтов слагающих основание.6
3.Расчет сочетаний нагрузок.9
Проектирование массивных фундаментов мелкого заложения11
1.Назначение размеров фундамента и его конструирование11
1.1.Предварительное определение основных размеров фундамента11
1.2.Конструирование фундамента мелкого заложения.12
1.3.Приведение нагрузок к подошве фундамента13
2.Расчеты оснований и фундаментов по первой группе предельных состояний14
2.1.Проверка несущей способности основания под подошвой фундамента14
3.Проверка несущей способности слабого подстилающего слоя основания15
3.1.Проверка устойчивости положения фундамента.16
3.2.Проверка положения равнодействующей внешних нагрузок.17
4.Расчеты оснований и фундаментов по второй группе нагрузок предельных состояний18
4.1.Определение осадки основания фундамента18
4.2.Проверка горизонтального смещения верха опор22
Проектирование свайного фундамента24
1.Краткие общие сведения24
2.Назначение основных параметров фундамента24
2.1.Выбор основных отметок и размеров фундамента24
2.2.Определение несущей способности сваи26
2.3.Предварительное определение необходимого числа свай и конструирование фундамента28
2.4.Приведение нагрузок к подошве плиты ростверка30
3.Расчет усилий в сваях32
3.1.Расчетная схема для определения усилий в сваях32
3.2.Порядок определения усилий в сваях33
4.Расчеты по первой группе предельных состояний37
4.1.Проверки несущей способности свай на вдавливание в грунт и выдергивание из грунта37
4.2.Проверка устойчивость грунта окружающего сваю37
4.3.Проверка прочности опорного и подстилающего слоев основания39
5.Расчеты свайного фундамента по второй группе предельных состояний41
5.1.Проверка по отклонению верха опоры41
5.2.Расчет осадки основания свайного фундамента41
Библиографический список46
Анализ исходных данных для проектирования фундамента промежуточной опоры моста
1.Исходные данные для проектирования
Вариант согласно шифру 06. Тип сооружения – I. Чертеж промежуточной опоры с указанием сил действующих на нее сил представлен на рисунке 1. Вариант исходных данных – 2. Значения нормативных нагрузок на опору моста и геометрические параметры приведены в таблице 1.1. В основании опоры выделено три инженерно - геологических элемента (слоя грунта) – грунты №2 №12 №18. Физико – механические и классификационные показатели данных грунтов приведены в таблицах 1.2 и 1.3.
Рисунок 1. Схема опоры совмещенная со схемой геологического разреза основания.
Таблица 1.1. Значения нормативных нагрузок на опору моста и геометрические параметры
Нормативные нагрузки
Вес опоры до обреза фундамента кН
Нагрузка от веса пролетных строений кН
Нагрузка от подвижного состава в двух пролетах кН
Нагрузка от торможения или силы тяги кН
Продольная ветровая нагрузка на пролетное строение кН
Продольная ветровая нагрузка на опору кН
Геометрические параметры
Расстояние от обреза фундамента до линии действия сил Pvh Pw1 м
Расстояние от обреза фундамента до линии действия силы Рг м
Данные по геологическому строению основания
Уровень местного размыва
Отметка подошвы ИГЭ № 1 м
Отметка подошвы ИГЭ № 2 м
Номер грунта ИГЭ № 1
Номер грунта ИГЭ № 3
Инженерно-геологические данные.
Таблица 1.2. Физико – механические показатели песчаного грунта.
Содержание частиц воздушно-сухого грунта % размером
Таблица 1.3. Физико – механические показатели глинистых грунтов.
2. Анализ инженерно-геологических условий.
2.1.Расчет дополнительных характеристик и определение полного наименования грунтов слагающих основание.
Для всех грунтов (и песчаных и глинистых) определяется следующие дополнительные характеристики:
коэффициент пористости грунта
Для глинистых грунтов кроме того вычисляются классификационные характеристики:
показатель текучести
где γ - удельный вес грунта тм3; γS - удельный вес частиц грунта тм3; γw=10 кНм3 удельный вес воды; w - естественная влажность грунта; wp - предел пластичности; wL - предел текучести.
В соответствии с ГОСТ 25100-82 для установления грунта по таблице 1.1 [1] Наименование грунта принимается по первому удовлетворяющему показателю в порядке расположения наименований в таблице.
Таким образом грунту №2 соответствует песок гравелистый.
В соответствии с таблицей 1.2 [1] вид грунта: средней плотности.
В соответствии с таблицей 1.3 [1] разновидность грунта: насыщенный водой.
В соответствии с таблицей 1.6 [1] R0=343 кН.
В соответствии с таблицей 1.8 [1] k1=010; k2=30.
Тип глинистого грунта и его консистенция определяется по классификационным таблицам
В соответствии с таблицей 1.3 [1] разновидность грунта: насыщенный водой.
число пластичности грунта отсюда в соответствии с таблицей 1.4[1] грунт по типу является супесью.
показатель текучести отсюда в соответствии с таблицей 1.5[1] грунт по разновидности является пластичным.
В соответствии с таблицей 1.7 [1] R0=196 кН.
В соответствии с таблицей 1.8 [1] k1=006; k2=20.
число пластичности грунта отсюда в соответствии с таблицей 1.4[1] грунт по типу является суглинком.
В соответствии с таблицей 1.7 [1] R0=245 кН.
В соответствии с таблицей 1.8 [1] k1=002; k2=15.
Таблица 1.4 Дополнительные характеристики грунтов.
3.Расчет сочетаний нагрузок.
Составим четыре сочетания нагрузок. Сочетания I и II (для расчетов по первой группе предельных состояний на прочность и устойчивость) и сочетания III и IV (для расчетов по второй группе предельных состояний на крен фундамента и осадку основания). Нагрузки приводятся к центру обреза фундамента.
Расчет сочетаний нагрузок следует выполнить по следующим формулам:
Подставив исходные данные получим:
Таблица 1.5 Нагрузки действующие в плоскости обреза фундамента.
Нагрузки для расчетов по первой группе предельных состояний
Нагрузки для расчетов по второй группе предельных состояний
Проектирование массивных фундаментов мелкого заложения
1.Назначение размеров фундамента и его конструирование
1.1.Предварительное определение основных размеров фундамента
Основными размерами фундамента мелкого заложения является глубина заложения фундамента d отсчитываемая от расчетного уровня поверхности грунта с учетом срезки или размыва соответствующая ей высота фундамента h а также размеры подошвы фундамента b и a (соответственно вдоль и поперек моста).
Назначим глубину заложения d=25 м (минимальная глубина заложения) с учетом размыва.
Определяем значения максимальных и минимальных размеров подошвы фундамента. Исходя из правил конструирования жестких фундаментов мелкого заложения размеры подошвы находятся в границах:
Где с0=02 05м – уступ фундамента а b0 и a0 – размеры опоры в плоскости обреза фундамента вдоль и поперек моста.
Зададимся размером b.
Рассчитаем расчетное сопротивление грунта.
Где R0 – условное сопротивление грунта несущего слоя основания кПа γ = 20 кНм3 – средний в пределах глубины заложения удельный вес грунта.
Считаем a необходимое по формуле:
Где и - вертикальная и горизонтальная силы; - момент из первого сочетания нагрузок. γс=12 γn=14 – коэффициенты условий работы и надежности; γF=23кНм3 – расчетный удельный вес материала фундамента с грунтом на его уступах.
- полученный размер находится в допустимом интервале подбор основных размеров на этом заканчивается.
1.2. Конструирование фундамента мелкого заложения.
Развитие размеров массивного фундамента мелкого заложения от обреза к подошве выполнено поперек моста тремя ступенями шириной 07м высотой 135м.
Вдоль моста – одной ступенью шириной 05м.
Рисунок 2. Конструкция фундамента.
1.3.Приведение нагрузок к подошве фундамента
Прежде чем преступить к расчетам основания и фундамента приведем нагрузки к центру тяжести подошвы фундамента. Вертикальная сила действующая в уровне подошвы фундамента определяется выражением
Здесь расчетные значения веса фундамента GF веса грунта Gg и веса воды Gw расположенных на уступах фундамента рассчитываются по формулам:
Установим объем фундамента VF воды Vw объем грунта Vg на его уступах в соответствии с выполненным чертежом конструкции фундамента.
VF=4779м2*340м=162486 м3
Vg=0.7м*1.35м*3.4м*2=2.646 м3
Ww=2.30м*14м*34*2+095м*05м*9м*2=21896+171=38996м3.
γf =1 принимается для сочетания III и IV для сочетания I γf =11 для сочетания II γf =09.
Взвешенная сила давления воды на подошву фундамента равна
Подошва фундамента расположена в водопроницаемом песчаном грунте значит Pw учитывается во всех сочетаниях.
Момент в уровне подошвы фундамента считается по формуле:
Результаты расчетов запишем в сводную таблицу.
Таблица 2.1 Нагрузки действующие по подошве фундамента.
2.Расчеты оснований и фундаментов по первой группе предельных состояний
2.1.Проверка несущей способности основания под подошвой фундамента
Проверки несущей способности основания под подошвой фундамента мелкого заложения выполняют от первого сочетания нагрузок вдоль моста по формулам:
где p и pmax – среднее по подошве и максимальное под краем фундамента давление кПа.
Fv и M – расчетные нагрузки из первого сочетания нагрузок. γс=12 – коэффициент условия работ; γn=1.4 – коэффициент надежности по назначению сооружения. R – расчетное сопротивление грунта несущего слоя. W=ba26 и А=ab – момент сопротивления и площадь подошвы фундамента.
Условие выполняется. Проверка несущей способности основания под подошвой фундамента пройдена.
3.Проверка несущей способности слабого подстилающего слоя основания
Несущий слой грунта подстилается более слабым грунтовым слоем у которого условное расчетное сопротивление R0=196 что меньше чем у несущего. Проверим напряжение в уровне кровли этого слоя находящейся на глубине z=18м от подошвы фундамента.
где a=0.8 - коэффициент рассеивания напряжений в основании от дополнительного давления по подошве фундамента принят по таблице 2.2 [1] в зависимости от соотношения размеров подошвы фундамента ab и отношения zb.
Условие выполняется подстилающий слой способен выдержать нагрузки.
3.1.Проверка устойчивости положения фундамента.
Проверка устойчивости положения фундамента против опрокидывания.
Проверка возможности опрокидывания фундамента вокруг одного из нижних ребер от действия нагрузок в плоскости моста (второе сочетание нагрузок).
где Mu – момент опрокидывающих сил из второго сочетания нагрузок Mz – момент удерживающих сил. m=0.8 – коэффициент условий работы γn=1.1 – коэффициент надежности по назначению сооружения.
Условие выполняется проверка на устойчивость против опрокидывания пройдена.
Проверка устойчивости фундамента против сдвига в плоскости его подошвы.
Эта проверка выполняется по условию:
где Qr – сдвигающая сила в курсовом проекте разрешается принять равной горизонтальной нагрузке Fh (из второго сочетания нагрузок) Qz –удерживающая сила.
здесь – коэффициент трения кладки материала фундамента по грунту принимаемый для песков – 04 . m=0.9 – коэффициент условий работы γn=1.1 – коэффициент надежности.
Условие выполняется проверка на устойчивость против сдвига пройдена.
3.2.Проверка положения равнодействующей внешних нагрузок.
Для обеспечения равномерного загружения подошвы фундамента положение равнодействующей внешних нагрузок относительно центра тяжести подошвы должно отвечать условию:
Относительный эксцентриситет определяется выражением:
где Fv и M – нагрузки из второго сочетания нагрузок в данном случае равна 10.
Проверка положения равнодействующих внешних нагрузок тогда проверка пройдена.
4.Расчеты оснований и фундаментов по второй группе нагрузок предельных состояний
4.1.Определение осадки основания фундамента
Осадка основания определяется от среднего дополнительного давления на грунт от вертикальных нагрузок (четвертое сочетание нагрузок).
Расчет выполняется методом послойного суммирования в соответствии со схемой на рис. 3.
Рисунок 3. Схема к расчету осадки основания фундамента.
Определяют среднее давление кПа по подошве фундамента:
где Fv – результирующая вертикальной нагрузки в уровне подошвы фундамента из четвертого сочетания нагрузок.
Определяют природное напряжение в уровне подошвы фундамента от собственного веса грунта:
где - усредненный по глубине удельный вес грунта (кНм3) при средней в пределах этой глубины плотности грунта с учетом взвешивающего действия воды на грунт во всех случаях кроме суглинка и глины;
- глубина заложения фундамента от природной поверхности грунта или дна водотока (без учета размыва) м.
Удельный вес грунта с учетом взвешивающего действия воды определяется по формуле
Определение избыточного над природным среднего давления по подошве фундамента:
Разобьем грунтовую толщу ниже подошвы фундамента на отдельные слои толщиной 03=03*3410м. Разбивку основания на слои производим с таким расчетом чтобы их границы совпадали с границами геологических слоев.
Определение напряжения от собственного веса лежащего выше грунта на границах выделенных слоев под центром тяжести подошвы фундамента
где - удельный вес грунта
Для 3ИГЭ являющимся водоупором (суглинком) на его границе и ниже к напряжениям добавляют давление воды равное где =10 и =10м.
По вычисленным значениям слева от вертикальной оси построена эпюру этих напряжений.
Определяют напряжения дополнительные к природным на тех же уровнях что и в п.5.
где - коэффициент рассеивания напряжений принимают по табл.2.2[1]. На рисунок 2.3 справа от вертикальной оси по вычисленным значениям строят эпюру дополнительных напряжений до той глубины где:
Для удобства расчетов составлена таблица со значениями бытовых и дополнительных напряжений в заданных точках.
Таблица 2.2 – Значения напряжений в заданных точках
Условие (2.23) выполняется на нижней границе 5-го слоя (на границе водоупора) принимаем эту точку за нижнюю границу расчетной зоны сжатия основания. Получаются следующие значения и :
Определение среднего в каждом i-том слое дополнительного напряжения:
где и - дополнительные напряжения по верхней и нижней границам i-того слоя.
С помощью формулы (2.24) определим среднее напряжение на каждом участке
Определяют осадки в (м) каждого выделенного слоя от давления по формуле
где 08 - безразмерный коэффициент;
- модуль деформации грунта в i-том слое кПа.
По формуле (2.25) определяем осадку каждого отдельного слоя грунта
Вычисление полной осадки основания ведется по формуле
где - число слоев в пределах сжимаемой толщи основания.
Расчетная осадка S не должна превосходить предельно допустимую для данного сооружения осадку Su которую для опор балочных разрезных мостов рекомендуется принимать равной:
Расчетную осадку S можно признать удовлетворительной так как она не превышает допустимого значения Su.
4.2.Проверка горизонтального смещения верха опор
Горизонтальное перемещение верха опоры определяют по формуле
где - горизонтальное перемещение опоры за счет деформации изгиба тела опоры и фундамента которое при жесткой конструкции опоры и фундамента разрешается считать равным нулю;
- высота опоры и фундамента;
- угол поворота фундамента (крен) рад.
Крен прямоугольного фундамента определяется по формуле в плоскости моста (третье сочетание нагрузок)
где =017 - безразмерный коэффициент принятый по таблице 2.4[1];
- средние в пределах расчетной зоны сжатия основания значения коэффициента Пуассона и модуля деформации грунтов;
M – момент из 3-его сочетания нагрузок.
Значения коэффициента поперечного расширения грунта (коэффициента Пуассона) можно принимать равным: 027 - для песков; 030 - для супесей; 035 - для суглинков; 042 - для глин.
Определим средние по глубине характеристики грунта по следующим формулам:
Далее определим крен фундаментной плиты по формуле (2.39)
Таким образом отклонение верха опоры окончательно определяется по формуле (2.31)
Горизонтальное перемещение верха опоры вычисленное по формуле (2.32) ограничивается предельно допустимым его значением которое назначается равным:
Проведем проверку вычислений по следующему соотношению
Проектирование свайного фундамента
1. Краткие общие сведения
Свайный фундамент состоит из группы свай объединенных сверху общей плитой называемой ростверком. Ростверк изготавливается из монолитного конструктивно армированного бетона предназначенного для передачи нагрузки от сооружения на сваи.
Свайные фундаменты относятся к фундаментам глубокого заложения и передают нагрузку на грунтовое основание через боковую поверхность свай и их нижние концы.
Свайный фундамент характеризуется тремя основными отметками: обреза фундамента подошвы ростверка и нижних концов свай . Обрез фундамента дан в задании. Поэтому в курсовой работе можно варьировать лишь отметками подошвы плиты ростверка и нижних концов свай.
2.Назначение основных параметров фундамента
2.1.Выбор основных отметок и размеров фундамента
При фиксированной отметке обреза фундамента отметка подошвы ростверка определяется его высотой hр. Минимальное значение высоты hp min определяется по формуле:
где t1 – не менее половины периметра сваи примем для сваи 40x40 равной 08м t0 – расчетная единица для курсовой работы разрешается принимать без расчета равной 05м.
В пучинистых грунтах глубина заложения подошвы низкого ростверка как и подошвы массивного фундамента назначается не менее расчетной глубины промерзания. При проектировании фундамента русловых опор моста это требование отпадает.
Размеры плиты ростверка на уровне OL как и в случае фундаментов мелкого заложения должны быть больше размеров опоры на ширину обреза с0=02 06 м в каждом направлении.
Минимальные значения размеров плиты ростверка принимаются как и размеры массивного фундамента по формуле (2.1).
В курсовой работе используем сваи мостовые СМ железобетонные сплошного квадратного сечения с ненапрягаемой арматурой.
Отметка подошвы ростверка: FL=OL-hpmin=-0.950-1.3=-2.250
Отметка низа свай не менее: PLmin=H2-t2=-10.000-1=-11.000
Минимально допустимая длинна сваи:
Lmin= PLmin - FL+ t1=11-2.25+0.8=955 м.
Округляем длину в большую сторону до ближайшей стандартной длинны L=10м. Из таблицы 3.1[1] выбрана свая марки СМ 10-35.
Соответственно отметка низа свай PL=-11450.
Таблица 3.1 Характеристика выбранной сваи:
Расчетная прочность на сжатие Fdm кН
Расчетная прочность на
2.2.Определение несущей способности сваи
Несущая способность по грунту на вдавливание (кН) забивных висячих свай сплошного поперечного сечения определяют по формуле (3.1):
где - коэффициент условий работы сваи в грунтах принимаемый = 1;
- расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи определяемое по таблице 3.2 [1]
- площадь поперечного сечения сваи м2 (dc2=0352=01215м2);
- периметр поперечного сечения сваи м (dc =4*0.35=1.4м);
- расчетное сопротивление
- коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи. Принято .
Руководствуясь данными таблицы 3.2 [1] и соответствующими к ней положениями определяем значение R=3500кПа при IL=0.3 грунт – суглинок глубина от уровня размыва 9м;
Суммирование в формуле (3.1) распространяется на все пройденные сваей слои грунта (с учетом размыва).
При подсчете сопротивлений геологические слои основания пройденные сваей разбивают на однородные расчетные слои толщиной не превышающей 2 м. Подсчет сил трения по боковой поверхности сваи сведено в таблицу 3.2 в соответствии со схемой на рисунке 4.
Таблица 3.2. Расчет несущей способности сваи.
Номер расчётного слоя
Суглинок пластичный
Рисунок 4. Схема к расчету несущей способности свай.
Откуда по формуле (3.1) находим:
Несущая способность материала сваи по сжатию Fdm=1250 кН.
Для проектирования принимаем несущую способность сваи Fd=1250кН.
Несущую способность сваи на выдергивание из грунта (кН) определяют по формуле
где обозначения те же что и формуле (3.1) но = 08.
2.3.Предварительное определение необходимого числа свай и конструирование фундамента
В курсовой работе фундамент запроектирован с простейшей рядовой расстановкой свай симметричной относительно плоскости моста и плоскости опоры. Общее количество свай ориентировочно определяют по формуле (с округлением до целого числа):
где - наибольшая вертикальная сила в плоскости обреза фундамента (первое сочетание нагрузок) кН;
- вес ростверка с учетом взвешивания водой кН;
- коэффициент неравномерного загружения свай за счет действия момента принимают в пределах 13 15; - коэффициент надежности принимаемый для фундаментов с низким ростверком равным 14 а для фундаментов с высоким ростверком в зависимости от числа свай в фундаменте:
При проектировании фундамента с высоким ростверком коэффициент надежности предварительно назначают 14 затем после определения числа свай корректируют и расчет повторяют.
Для предварительного определения числа свай по формуле (3.3) вес ростверка вычисляют по его минимальным размерам:
где = 11 - коэффициент надежности по нагрузке;
-минимальные размеры ростверка в плане по обрезу и его минимальная высота назначаемая с учетом рекомендаций [1] изложенных в п.3.2.1.
Таким образом число свай будет определено по (3.3)
Конструирование свайного фундамента заключается в эффективной расстановке необходимого числа свай в ростверке и его конструктивном оформлении.
При размещении свай в фундаменте необходимо выполнять требования норм проектирования: расстояние между осями соседних свай в уровне подошвы ростверка должно быть не менее 15 а в уровне нижних концов свай - не менее 3 где - размер стороны поперечного сечения сваи. Минимальное расстояние между гранью сваи и гранью ростверка в плоскости его подошвы должно быть не менее 025 м.
Для увеличения несущей способности равномерного распределения нагрузки путем симметричной расстановки свай примем их число равным n=24.
2.4.Приведение нагрузок к подошве плиты ростверка
Прежде чем приступить к расчетам предварительно запроектированного фундамента необходимо привести нагрузки к плоскости подошвы ростверка первоначально уточнив его вес с учетом взвешивающего действия воды по формуле
где - объем ростверка вычисленный по уточненным размерам м3.
После этого поступают следующим образом. К вертикальной составляющей сочетаний нагрузок добавляют силу рассчитанную для первого сочетания при = 11 для второго сочетания при = 09 для третьего и четвертого сочетаний при = 1. Горизонтальные силы во всех сочетаниях остаются без изменений.
К моменту любого сочетания нагрузок добавляют величину где - горизонтальная сила из того же сочетания нагрузок ().
Перечисленные нагрузки сводят в таблицу форма которой подобна таблице 2.1 для сочетаний нагрузок действующих в плоскости подошвы фундамента мелкого заложения.
Проведем расчет нагрузок. Для этого сначала определим все Gp
Используя полученные значения Gp и приведенные ранее положения по расчету рассчитаем нагрузки
Полученные результаты сведем в таблицу.
Таблица 3.3 Нагрузки действующие в плоскости подошвы ростверка.
3.Расчет усилий в сваях
3.1.Расчетная схема для определения усилий в сваях
Свайный фундамент в расчетах рассматривают как многостоечную раму в которой стойками являются сваи а ригелем служит ростверк. Для определения усилий в сваях применяют известный в строительной механике метод перемещений.
Деформируемость свай в грунте зависит от упругих свойств грунта жесткости ствола сваи длины погруженной части сваи h и характеризуется приведенной глубиной погружения
где - коэффициент деформации м-1 определяемый по формуле
где =100000 - коэффициент пропорциональности (кНм4) принимаемый в зависимости от вида грунта окружающего сваю по табл. 3.5 [1] - коэффициент условий работы принимаемый равным 3 - условная ширина сваи м принимаемая по зависимости ;
- модуль упругости материала сваи кПа разрешается принимать для бетона = 30000000 кПа;
- момент инерции поперечного сечения сваи принимается по зависимости м4.
Таким образом определим по формуле (3.10)
Далее определим по формуле (3.6)
Фактическая длина сваи в расчетах заменяется расчетной длиной на сжатие которая вычисляется по формуле
где - расстояние от подошвы ростверка до поверхности грунта с учетом размыва м;
и в м2 и кН соответственно – площадь поперечного сечения сваи и несущая способность сваи на вдавливание.
3.2.Порядок определения усилий в сваях
Определим перемещения в уровне расчетной поверхности основания от единичных усилий приложенных к свае в этом уровне:
где - горизонтальное перемещение и угол поворота сечения сваи от действия горизонтальной силы = 1;
- горизонтальное перемещение и угол поворота сечения сваи от действия момента = 1;
- безразмерные коэффициенты принимаемые по таблице Ж.4 приложения Ж в зависимости от приведенной глубины погружения сваи в грунт определяемой по формуле (3.6). Определим перемещения по формулам (3.12)
Вычисляют - горизонтальное смещение и угол поворота сечения сваи со свободным верхним концом в уровне подошвы ростверка от горизонтальной силы = 1 приложенной в том же уровне (рисунок 3.4 а) и - то же от момента = 1 (рисунок 3.4 б) по формулам
где - свободная длина сваи - длина от уровня расчетной поверхности основания до подошвы ростверка. Определим элементарные перемещения по формуле (3.13)
Определяют характеристики жесткости свай:
где - сила действующая вдоль оси сваи на ростверк при смещении ростверка в этом направлении на единицу;
- сила действующая на ростверк в направлении перпендикулярном к оси сваи при смещении ростверка на единицу в этом направлении;
- момент действующий от сваи на ростверк при его смещении на единицу в направлении перпендикулярном к оси сваи и на основании принципа взаимности реакций сила действующая на ростверк в направлении перпендикулярном к оси сваи при повороте ростверка на единицу;
- момент действующий на ростверк при повороте ростверка на единицу;
Вычисляют коэффициенты канонических уравнений (3.13) в расчетной плоскости
Суммирование в этих формулах распространяется на все свай.
Поскольку в проекте все сваи вертикальны т.е. ai =0. Отсюда следует cos ai =1 sin ai =0. Формула (3.15) примет вид:
для 16-и свай отстоящих от оси на 1125м
Подсчитывают вертикальные и горизонтальные перемещения ростверка а также угол его поворота в расчетной плоскости
В расчётах принимаем нагрузку по первой группе предельных состояний Расчет по I сочетанию нагрузок
Определяют продольную поперечную силы и момент действующие в месте сопряжения с ростверком на каждую сваю
Поскольку в проекте все сваи вертикальны т.е. ai =0. Отсюда следует cos ai =1 sin ai =0. Формула (3.18) примет вид:
Результаты расчета контролируют по выполнению равенств
Поскольку в проекте все сваи вертикальны т.е. ai =0. Отсюда следует cos ai =1 sin ai =0. Формула (3.19) примет вид:
4.Расчеты по первой группе предельных состояний
4.1.Проверки несущей способности свай на вдавливание в грунт и выдергивание из грунта
Проверки несущей способности свай на вдавливание в грунт и выдергивание из грунта
По несущей способности грунтов в основании сваи в составе фундамента следует рассчитывать исходя из условия
где =14 при n>21. Ni = 57704 – продольное усилие
что больше Ni = 57704
Максимальное давление на сваю не превышает допустимое значение проверка проходит.
4.2.Проверка устойчивость грунта окружающего сваю
При поперечных перемещениях свай может произойти потеря устойчивости грунта в виде пластического выпора его что приведет к ухудшению работы свай. Соответствующий расчет сводится к проверке неравенства
где - коэффициенты принимаемые в курсовой работе ;
- расчетные значения удельного сцепления кПа и угла внутреннего трения грунта(нижний слой);
- расчетный удельный вес грунта определяемый в водонасыщенных грунтах с учетом взвешивания в воде;
- коэффициент принимаемый для забивных свай равным 06.
Расчетное давление на грунт кПа боковой поверхности сваи определяемое на глубине следует определять по формуле
где =100000 - то же что и формуле (3.7).
Проведем анализ состояния грунта по формуле (3.21)
Проверка пройдена грунт устойчив.
4.3.Проверка прочности опорного и подстилающего слоев основания
Эти проверки выполняются по схеме условно массивного фундамента. Условный фундамент принимают в форме прямоугольного параллелепипеда. Определим его размеры.
Рисунок 5. Расчет свайного фундамента с высоким ростверком как массивного фундамента.
Для начала найдем φт – средневзвешенное значение угла внутреннего трения для пройденных сваей грунтов по формуле:
Так как в курсовом проекте a=0 то очертание условного фундамента принимается по углу φ4=817°
Несущую способность основания условного фундамента следует проверить как и фундамента мелкого заложения по среднему давлению по его подошве.
где - нормальная составляющая давления условного фундамента на грунт основания кН определяется с учетом веса грунтового массива вместе с заключенными в ней сваями;
- размеры в плане условного фундамента в направлении параллельном плоскости действия нагрузки и перпендикулярном ей м;
- расчетное сопротивление грунта несущего слоя основания условного фундамента определяемое по формуле (2.5) с учетом его размеров;
- то же что и в формуле (2.12).
Для начала необходимо определить средневзвешенный вес грунта γ
Далее определяем Nc по формуле (3.31)
- то же что и в формуле (2.5) для первого сочетания нагрузок.
- глубина заложения условного фундамента по отношению к расчетной поверхности грунта м;
Определим R по формуле (2.3)
На основании полученных данных производим проверку по формулам (3.28)
Проверка пройдена опорный слой основания держит нагрузку.
5.Расчеты свайного фундамента по второй группе предельных состояний
5.1.Проверка по отклонению верха опоры
Горизонтальное перемещение верха опоры вычисляют по формуле
где - горизонтальное перемещение верха опоры за счет собственных деформаций (в курсовой работе эта величина не рассчитывается и принимается равной нулю);
- горизонтальное перемещение и угол поворота ростверка определенные по формулам (3.15) для третьего сочетания нагрузок;
Расчет сводится к проверке неравенства
где - длинна расчетного пролета (в м).
Проверка пройдена отклонение верха опоры в допуске.
5.2.Расчет осадки основания свайного фундамента
Осадка свайного фундамента рассчитывается по схеме условно массивного фундамента.
Расчет производится по среднему давлению по подошве условного фундамента на четвертое сочетание нагрузок:
Обозначения в этой формуле те же что и в формуле (3.28).
Здесь Nc по формуле (3.31)
- то же что и в формуле (2.5) для четвертого сочетания нагрузок.
Расчет осадки основания свайного фундамента выполняется методом послойного суммирования аналогично расчету осадки основания фундамента мелкого заложения (см. п.2.4.2).
Определение среднего давления (кПа) по подошве фундамента
Определение природного напряжения в уровне подошвы фундамента от собственного веса грунта по формуле (2.18)
Удельный вес грунта с учетом взвешивающего действия воды определяется по формуле (2.19) для песков и супесей
Для суглинка (водоупора) берем табличные данные.
Усредненный удельный вес грунта определяется по формуле
Определение избыточного над природным среднего давления по подошве условно массивного фундамента (по 2.20)
Разобьем грунтовую толщу ниже подошвы условно массивного фундамента на отдельные слои толщиной 02=02*51710м. (См. рис.6)
Рисунок 6.Схема к расчету осадки основания условно массивного фундамента.
Определение напряжения от собственного веса лежащего выше грунта на границах выделенных слоев под центром тяжести подошвы фундамента по формуле (2.21)
По вычисленным значениям слева от вертикальной оси построена эпюру этих напряжений. (См. рис.6)
Определяют напряжения дополнительные к природным на тех же уровнях что и в п.5. по формуле (2.22)
Таблица 3.5 – Значения напряжений в заданных точках
Условие (2.23) выполняется на нижней границе 7-го слоя принимаем эту точку за нижнюю границу расчетной зоны сжатия основания. Получаются следующие значения и :
Определение среднего в каждом i-том слое дополнительного напряжения по формуле (2.24):
Определяют осадки в (м) каждого выделенного слоя от давления по формуле(2.25):
Вычисление полной осадки основания ведется по формуле(2.26):
Для удобства расчетов вычисления сведем в таблицу.
Таблица 3.6 – Расчет осадки основания.
Библиографический список
Проектирование фундамента промежуточной опоры моста. A.M. Караулов К.В. Королев. Новосибирск 2012. Методические указания.
Основания и фундаменты транспортных сооружений Под ред. A.M. Караулова. М. 2008. 293 с.
СНиП 2.02.01-83*. Основания зданий и сооружений (Актуализированная редакция). М. 2011.
СНиП 2.05.03-84. Мосты и трубы (Актуализированная редакция). М. 2011.