Проектирование фундамента под опору моста

Свайный фундамент.cdw

назначение длины сваи[1]..cdw

гнкнеу.doc

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧЕРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра «Инженерной геологии оснований и фундаментов».
Проектирование фундамента под опору автодорожного моста.
Задание на курсовую работу.
Инженерно-геологические условия района строительства
Проектирование массивного фундамента неглубокого заложения на естественном основании.
1. Определение глубины заложения подошвы фундамента. Выбор отметки обреза фундамента.
2. Определение площади подошвы и размеров уступов фундамента.
3. Проверка принятых размеров фундамента.
4. Расчет основания фундамента по деформациям.
Проектирование свайного фундамента.
1. Определение глубины заложения и предварительное назначение размеров ростверка.
2. Назначение длины и поперечного сечения свай.
3. Определение расчетной нагрузки на сваю.
4. Определение числа свай их размещение и уточнение размеров ростверка.
5. Проверочный расчет свайного фундамента по несущей способности.
6. Расчет осадки основания свайного фундамента.
- фундамент мелкого заложения;
- назначение длины сваи;
- свайный фундамент.
Библиографический список.
В курсовой работе необходимо спроектировать (рассчитать и сконструировать) фундамент под промежуточную опору автодорожного моста. При этом разрабатываются два варианта: фундамент массивный на естественном основании (неглубокого заложения) и свайный фундамент.
Номер геологического разреза – 0.
Глубина размыва грунта = 08м.
Расчетный пролет = 33м.
Вес пролетных строений = 157МН.
Сила воздействия от временной вертикальной подвижной нагрузки = 69МН
Горизонтальная сила Т = 069МН.
Коэффициент надежности временной подвижной нагрузки = 113.
Коэффициент для расчета глубины промерзания грунта = 20.
Длина верхней части опоры = 8м.
Данные о грунтах. Таблица 1.1
Отметка поверхности природного рельефа – 1086.
Основные нагрузки которые могут действовать при расчете оснований и фундаментов моста:
Вертикальные нагрузки:
а) вес опоры- собственный вес надфундаментной части опоры (без учета веса фундамента);
б) вес пролетных строений являющийся равнодействующей сил соответствующих давлению от примыкающих к данной опоре двух одинаковых пролетных строений;
в) сила воздействия на опору от временной подвижной вертикальной нагрузки являющаяся равнодействующей сил полученных от загрузки двух примыкающих к опоре одинаковых пролетов.
Горизонтальные поперечные нагрузки:
а) сила давления ветра на пролетные строения;
б) сила давления ветра на опору ;
в) сила давления воды и льда на опору – Т.
Реальное число действующих на опору нагрузок и их сочетаний может быть значительно больше указанного. Более полное представление об этом можно получить из любого курса проектирования мостов.
В данном курсовом в целях уменьшения трудоемкости работы заданы только четыре вида нагрузок (собственный вес опоры сила давления от веса пролетных строений вертикальная нагрузка транспорта и горизонтального давления воды и льда Т) что позволяет в основном усвоить методику расчетов на различные сочетания нагрузок.
Инженерно-геологические условия района строительства.
На основе данных о грунтах (табл.1.1) определяем физико-механические свойства грунтов каждого слоя основания и результаты приводим в свободной табл. 2.1 где даны все необходимые для расчета формулы.
Наименование и состояние глинистого грунта определяем по числу пластичности и показателю текучести (приложение табл.3 4).
Наименование и состояние песчаного грунта определяем по гранулометрическому составу коэффициент пористости и степени влажности Sr (приложение табл. 1 2). Особое внимание нужно обратить на слабые грунты: рыхлые пески и глинистые грунты с показателем текучести >06 которые нельзя использовать как основание под фундаменты опор мостов.
Сводная таблица физико-механических свойств грунтов.
1 Определение глубины заложения подошвы фундамента.
Выбор отметки обреза фундамента.
1.1. Определение глубины заложения подошвы фундамента.
Глубина заложения подошвы фундаментов должна определяться с учетом:
- назначения и конструктивных особенностей проектируемого сооружения;
- величины и характера нагрузок воздействующих на основание;
- инженерно-геологических условий площадки строительства (физико-механических свойств грунтов характера напластований);
- гидрогеологических условий площадки и возможных их изменений в процессе строительства и эксплуатации сооружений;
- глубины сезонного промерзания грунтов.
При строительстве на воде минимальная глубина заложения подошвы фундамента должна быть не менее 25м от отметки возможного размыва дна водотока: м (не менее 1 м).
В выбранный несущий слой грунта фундамент должен быть заглублен не менее чем на 05 м учитывая возможность наклонного расположения слоев. Глубина заложения подошвы фундамента окончательно назначается при определении площади подошвы и проверке напряжений под подошвой фундамента.
1.2. Выбор отметки обреза фундамента.
Для фундамента опоры моста отметку плоскости обреза назначают обычно на 05 м ниже горизонта самых низких вод (в курсовой работе ниже горизонта меженных вод ГМВ). На реках со значительным ледоходом отметку обреза фундаментов принимают ниже горизонта низкого ледохода с учетом толщины льда.
Обрез фундамента на суходоле назначают на 10-15 см ниже отметки поверхности грунта у опоры
Размеры обреза фундамента в плане принимают больше размеров надфундаментной части опоры на величину С = 015 - 030м в каждую сторону для компенсации возможных отклонений положения и размеров фундамента при разбивке и производстве работ.
Минимальная площадь подошвы фундамента рассчитывается по формуле:
где и - ширина и длина надфундаментной части опоры в плоскости обреза фундамента принимается по заданию.
Далее определяется расчетное сопротивление грунта основания (МПа). В первом приближении R можно подсчитать при по формуле:
где gс1 и gс2 - коэффициенты условий работы принимаемые по табл. 3 (СНиП 2.02.01-83 Основания зданий и сооружений);
k - коэффициент принимаемый равным: k1=1 если прочностные характеристики грунта (j и с) определены непосредственными испытаниями и k1=11 если они приняты по табл. 1-3 рекомендуемого приложения 1 (СНИП 2.02.01-83);
Мg Мq Mc - коэффициенты принимаемые по табл. 4 (СНиП 2.02.01-83);
kz - коэффициент принимаемый равным:
при b 10 м – kz = 1; при b ³ 10 м - kz = z0 b+02 (здесь z0=8 м);
b - ширина подошвы фундамента м;
gII - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды) кНм3 (тсм3);
gII - то же залегающих выше подошвы;
сII - расчетное значение удельного сцепления грунта залегающего непосредственно под подошвой фундамента кПа (тсм2);
d1 - глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки (принимаем равной 15м);
db - глубина подвала - расстояние от уровня планировки до пола подвала м (не учитываем).
Расчет преследует цель определить средние максимальные и минимальные давления под подошвой фундамента и сравнить их с расчетным сопротивлением грунта.
где P - соответственно среднее максимальное и минимальное давления подошвы фундамента на основание МПа;
- сумма вертикальных нагрузок на основание с учетом гидростатического давления воды если оно имеет место МН;
М - расчетный момент относительно оси проходящей через центр тяжести подошвы фундамента МНм;
- площадь подошвы фундамента ;
W - момент сопротивления по подошве фундамента ;
R - расчетное сопротивление грунта под подошвой фундамента МПа.
В курсовой работе в целях уменьшения трудоемкости разрешается провести расчеты на нагрузки и момент M по следующим формулам:
где - соответственно нагрузка от веса фундамента и грунта на его опорах (с учетом взвешивающего действия воды если оно имеет место) МН;
- нагрузка от веса воды действующей на уступы фундамента (учитывается если фундамент врезан в водонепроницаемый грунт) МН;
- нагрузка от веса опор МН;
- нагрузка от веса пролетных строений МН;
- сила воздействия от временной вертикальной подвижной нагрузки МН;
- коэффициент надежности временной подвижной нагрузки;
d – высота конструкции фундамента м;
Расчетные величины Т даны в таблице 1.1.
Если три условия не удовлетворяются следует увеличит размеры подошвы фундамента и путем последовательных попыток добиться выполнения условий.
Уширение фундамента может быть обеспечено путем устройства уступов. Высота уступа фундамента принимается равной 07 – 2м а ширина – обычно не более 05 при этом отношение ширины уступа к его высоте не должно превышать tg30° = 0577.
Определяем нагрузку от веса фундамента и грунта на его опорах:
где - площадь подошвы фундамента;
d – глубина заложения фундамента;
- осредненное значение объемного веса фундамента и грунта на его уступах
Определяем сумму вертикальных нагрузок на основание:
Давление под подошвой фундамента: (условие не обеспечено).
Назначаем предварительные размеры площади подошвы фундамента:
Назначаем предварительные размеры подошвы фундамента:
Нагрузка от веса фундамента и грунта на его опорах:
Определяем предварительное сопротивление грунта основания (при =1523м):
Проверка. Давление под подошвой фундамента:
Определяем критерий оптимальности:
- необходимо уточнение размеров.
)Уточняем размеры площади подошвы фундамента:
Уточняем размеры подошвы фундамента:
Уточняем сумму вертикальных нагрузок на основание:
Уточняем расчетное сопротивление грунта основания (при =392м):
Уточняем расчетное сопротивление грунта основания (при =21м):
Уточняем расчетное сопротивление грунта основания (при =372м):
Уточняем расчетное сопротивление грунта основания (при =364м):
Определяем критерий оптимальности: - принимаем данные размеры подошвы фундамента.
Данный метод подбора называется методом итерации т.е. последовательного приближения.
Определяем расчетный момент относительно оси проходящей через центр тяжести подошвы фундамента (МНм):
где Т – горизонтальная сила МН.
Определяем момент сопротивления по подошве фундамента ():
Т.о. три основных условия выполнены.
5.1. расчёт осадок основания фундамента.
Для расчета осадок основания фундаментов рекомендуется применять метод послойного суммирования. При этом величина осадки фундамента определяем по формуле:
где b - безразмерный коэффициент равный 08;
n - число слоев на которые разбита сжимаемая толща основания.
Для упрощения расчет выполним в табличной форме.
где - расстояние до границы элементарного слоя от подошвы фундамента;
- коэффициент принимаемый по табл.1 (СНиП 2.02.01-83) в зависимости от формы подошвы фундамента соотношения сторон прямоугольного фундамента и относительной глубины равной ;
- дополнительное вертикальное напряжение от внешней нагрузки на уровне подошвы фундамента;
- дополнительное вертикальное напряжение от внешней нагрузки на глубине от подошвы фундамента (по вертикали проходящей через центр подошвы фундамента);
- вертикальное напряжение от собственного веса грунта на глубине от подошвы фундамента
Сжимаемая толща основания Hc определяется как расстояние от подошвы фундамента до нижней границы сжимаемой толщины; на рис. 3.1. нижняя граница обозначается символами В.С. При этом В.С. находится на той глубине под подошвой фундамента где выполняется условие:
Таким образом расчет начинаем с построения эпюр бытовых и дополнительных давлений после чего определяется В.С. затем определяется осадка S.
Значения вертикальных напряжений от собственного веса грунта определяем на уровне подошвы фундамента и на границе каждого слоя грунта по формуле:
где - вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента определяемое по формуле:
gII - осредненный удельный вес грунта залегающего выше подошвы фундамента;
d – глубина заложения подошвы фундамента.
Удельный вес грунтов залегающих ниже уровня подземных вод или ниже воды в реке но выше водоупора должен определяться с учетом взвешивающего действия воды. В водоупоре напряжение от собственного веса грунта в любом горизонтальном сечении определяют без учета взвешивающего действия воды.
По результатам расчета строится эпюра вертикальных напряжений от собственного веса грунта слева от оси фундамента в масштабе 1см = 50кПа.
Значения дополнительных (уплотняющих) вертикальных напряжений по оси фундамента определяем под подошвой фундамента и до глубины около 8b через промежутки назовем их элементарными слоями не более 04b где b – ширина подошвы фундамента. При этом границы элементарных слоев должны совпадать с границами грунтовых слоев и уровнем подземных вод.
Дополнительное вертикальное напряжение в грунте под подошвой фундамента определяем по формуле:
Среднее давление на грунт от нормативных постоянных нагрузок:
Дополнительные вертикальные напряжения в грунте вычисляем по формуле:
где - коэффициент принимаемый по табл.1 (СНиП) приложения 2 в зависимости от соотношения сторон прямоугольного фундамента и относительной глубины равной .
Вычисления и для любых горизонтальных сечений ведутся в табличной форме (таблица 3.1). При построении эпюры значения дополнительных напряжений откладываются вправо от оси фундамента в том же масштабе (в 1см – 100кПа).
Определяем нижнюю границу сжимаемой толщи (В.С.). Она находится на той же глубине по оси фундамента где соблюдается условие:
Если найденная нижняя граница сжимаемой толщи находится в слое грунта с модулем деформации Е50 МПа или такой слой залегает непосредственно ниже В.С. то нижняя граница определяется из условия:
Границу В.С. можно получить графически построив справа от оси фундамента эпюру или . В точке пересечения с эпюрой получим границу В.С. Расстояние по вертикали от отм. FL до В.С. принимается за величину сжимаемой толщи .
Определяем осадку каждого слоя основания по формуле:
где - безразмерный коэффициент для всех видов грунтов;
szpiср - среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i-м слое грунта равное полусумме указанных напряжений на верхней zi-1 и нижней zi границах слоя по вертикали проходящей через центр подошвы фундамента толщиной .
Осадка основания фундамента получается суммированием величины осадки каждого слоя в пределах . Она не должна превышать предельно допустимой осадки опоры моста определяемой по формуле:
где - предельно допустимая осадка см;
- длина меньшего примыкающего к опоре пролета моста м.
Должно выполняться условие: .
Также необходимо чтобы осадка была меньше нормативной ее величины:
Рис. 3.1. Расчетная схема осадок основания фундаментов мелкого заложения.
5.2. Расчёт крена фундамента.
Крен фундамента i при действии внецентренной нагрузки определяем по формуле:
где E и v - соответственно модуль деформации и коэффициент Пуассона грунта основания. Последний принимается равным для грунтов: крупнообломочных – 027; песков и супесей – 030; суглинков – 035; глин – 042.В случае неоднородного основания значения Е и v принимаются средними в пределах сжимаемой толщи с учетом мощности слоев грунта;
kе - коэффициент принимаемый по табл. 5 (СНиП) приложение 2;
М – момент действующий вдоль соответствующей стороны прямоугольной подошвы фундамента МНм;
а - диаметр круглого или сторона прямоугольного фундамента в направлении которой действует момент; для фундамента с подошвой в форме правильного многоугольника площадью А принимается: ;
km – безразмерный коэффициент принимаемый по табл. 3 (СНиП).
Должно выполняться условие:
где - нормированная величина крена для жестких сооружений (пункт 6 табл. 1 прил. 4 СНиП).
На суходоле и в водотоке при глубине воды менее 3м следует проектировать свайные фундаменты с низким ростверком. Обрез низкого ростверка располагается так же как обрез фундамента мелкого заложения на естественном основании.
Подошва низкого ростверка располагается:
- в непучинистых грунтах – на любом уровне;
- в пучинистых – на глубине не менее
- в русле реки – ниже линии местного размыва.
Минимальная толщина ростверка = 12 – 15м. Допускается заделка свай в ростверк не менее 015м при условии остальной заделки выпуском продольной арматуры свай (длина заделки должна быть не менее 20 диаметров арматуры при арматуре гладкого профиля).
Размеры ростверка по верху определяются размерами надфундаментной конструкции (нормы уширения ростверка по обрезу – такие же как для фундамента на естественном основании); по низу – площадью для размещения свай. При необходимости развития подошвы ростверка (по сравнению с площадью по обрезу) оно осуществляется уступами высотой = 07 – 20м и шириной не более 05. В настоящей курсовой работе рассматривается ход проектирования и расчета применительно к низкому ростверку.
Сборные железобетонные ростверки фундаментов мостов проектируются из бетонов класса не ниже В25 монолитные – не ниже В15.
В курсовой работе применяются забивные железобетонные сваи сплошного квадратного сечения 40×40см согласно ГОСТ 19804-79*.
Длина сваи определяется положением подошвы ростверка и кровли прочного грунта в который целесообразно заделывать сваю. Слабые грунты должны прорезаться сваями.
Заглубление свай в грунты принятые за основание должно быть:
- при крупнообломочных грунтах гравелистых крупных и средней крупности песках а также глинистых грунтах с показателем текучести 01 – не менее 2м.
Глубина погружения сваи от поверхности грунта (в русле реки – с учетом размыва) не должно быть менее 4м.
3. Определение расчетной нагрузки на сваю
При небольших горизонтальных нагрузках и низких ростверках сваи как правило размещаются вертикально.
Расчетное сопротивление сваи (допускаемая нагрузка на сваю) определяется по прочности материала и прочности грунта. Для дальнейших расчетов принимается меньшее полученное значение. Расчет висячих свай по материалу как правило не требуется т.к. оно обычно больше чем по грунту.
Расчетное сопротивление висячей сваи по грунту определяем по формуле:
где gc — коэффициент условий работы сваи в грунте принимаемый gc = 1;
- коэффициент надежности по грунту принимаемый =14;
R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи кПа (тсм2) принимаемое по табл.1 (СНиП 2.02.03-85);
A - площадь поперечного сечения сваи м2;
u - наружный периметр поперечного сечения сваи м;
gcR gcf - коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи учитывающие влияние способа погружения сваи (для свай погружаемых забивкой ).
Значения R и находятся в зависимости от глубины расположения середины соответствующего слоя грунта (для ) или от глубины погружения нижнего конца сваи (для R). Глубина z отсчитывается от природной поверхности грунта (на суходолах) или от дна водотока после его размыва.
Количество свай в фундаменте определяем по формуле:
где - сумма вертикальных нагрузок передаваемых на сваю определяемых в общем случае по формуле:
В курсовой работе применяем вертикальные сваи и размещаем их равномерно в рядовом порядке.
В курсовой работе разрешается проверить усилие в свае с учетом действия по заданию одной горизонтальной силы Т (в плоскости вдоль моста) по следующей формуле:
где М – расчетный момент в плоскости подошвы ростверка от сил торможения;
- расстояние от главной центральной оси инерции подошвы фундамента до оси крайнего ряда свай в направлении действия момента М (в плоскости вдоль моста);
- расстояние от той же оси до оси каждой сваи.
Если условие не удовлетворяется то необходимо пересчитать несущую способность сваи увеличить ее длину или поперечное сечение а также можно увеличить количество свай.
Т.к. в имеющиеся размеры ростверка не вмещаются сваи то тогда уточняем его размеры и пересчитываем сумму вертикальных нагрузок.
- условие не выполняется.
Увеличим количество свай до 28 штук и расположим их в 4 ряда по 7 штук.
- условие выполнено.
Предварительно определяем границы условного массивного фундамента в соответствии с рис.2. Для этого находим средневзвешенное значение угла внутреннего трения грунтов пройденных сваями:
где - расчетное значение углов внутреннего трения отдельных пройденных сваями слоев грунта;
- толщина этих слоев;
- расчетная глубина погружения свай (м) от подошвы ростверка.
Порядок расчета осадки условного фундамента.
) Вычисляем ширину подошвы условного фундамента:
) Подсчитываем массу свайно-грунтового массива (условного фундамента):
где - среднее значение удельного веса свайно-грунтового массива принимается равной 20кНм³.
) Находим среднее фактическое давление под площадью условного фундамента:
Таблица 4.1. 1. Значения вертикальных напряжений от собственного веса грунта определяем по формуле:
где - вертикальное напряжение от собственного веса грунта определяемое по формуле:
Дополнительное вертикальное напряжение в грунте определяем по формуле:
Определяем нижнюю границу сжимаемой толщи (В.С.). Она находится на глубине где соблюдается условие:
Библиографический список
1. Гольштейн М.Н. Царьков А.А. Черкасов И.И. Механика грунтов основания и фундаменты. – М.: Транспорт 1981.
2. Костерин Э.В. Основания и фундаменты. – М.: Высшая школа 1990.
3. СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений. – М.: Стройиздат 1985.
4. СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты. – М.: - Стройиздат 1985.
5. СНиП 2.02.03-84. Мосты и трубы. – М.: Стройиздат 1985.
1. Кириллов В.С. Основания и фундаменты. – М.: Транспорт 1980.
2. Ухов С.Б. и др. Механика грунтов основания и фундаменты. – М.: Изд-во АСВ 1994.
3. НИИОСП Госстроя СССР. Руководство по проектированию оснований зданий и сооружений. – М.: Стройиздат 1978.
4. НИИОСП Госстроя СССР. Руководство по проектированию свайных фундаментов. – М.: Стройиздат 1980.
5. Справочник проектировщика. Основания фундаменты и подземные сооружения. – М.: Стройиздат 1985.

Чертеж фундамента.cdw

Чертеж фундамента2.cdw