Проектирование фундамента под промежуточную опору моста

Fundament_svai.cdw

Фундамент глубокого заложения(свайный)
с низким жестким ростверком
Проектирование фундамента под промежуточную
опору моста возмодимого на водотоке
СамГУПС" Самара 2014

курсач испр КД.docx

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
Кафедра «Строительные конструкции и материалы»
«ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ»
Проектирование фундамента под промежуточную
Проектирование фундамента мелкого заложения9
1.Определение минимально возможной глубины заложения фундамента и его высоты9
1.1.Определение глубины заложения фундамента возводимого на водотоке9
1.2.Определение высоты фундамента9
2.Определение расчетных усилий действующих в уровне подошвы фундамента10
3.Определение расчетного сопротивления грунта основания осевому сжатию13
4.Расчет основания и фундамента по первой группе предельных состояний13
4.1. Расчет по несущей способности основания13
4.2. Расчет фундамента по устойчивости против опрокидывания14
5.Расчет основания и фундамента по второй группе предельных состояний15
5.1.Определение осадки основания фундамента15
5.2.Определение крена фундамента17
Проектирование фундамента глубокого заложения18
1.Определение глубины заложения ростверка и его размеров18
2.Выбор длины и размеров поперечного сечения сваи18
3.Определение несущей способности одиночной сваи в составе свайного фундамента18
4.Определение расчетной нагрузки на сваю19
Технико-экономическое сравнение вариантов фундамента20
Библиографический список21
Цель курсовой работы запроектировать фундамент под промежуточную опору моста в двух вариантах:
Жесткий фундамент мелкого заложения на естественном основании
Свайный фундамент с низким жестким ростверком
Данные по грунтам основания
Отметка подошвы слоя отно-сительно условного нуля* м
Уровень подземных вод м
Удельный вес 11 кН м3
Коэффициент пористости е
Число пластичности Ip
Показатель текучести IL
Модуль деформаций Е МПа
Угол внутреннего трения 11 град
Удельное сцепление с11 кПа
Отметка природного рельефа (уровня меженных вод УМВ) – 1224 м
Глубина местного размыва
Отметка нижней поверхности льда
Геометрические параметры моста и промежуточной опоры
Расчётный пролёт моста L м
Нормативные нагрузки на промежуточную опору
Нормативная нагрузка от веса пролётных строений
Нормативная нагрузка от подвижного состава
Нормативная горизонтальная продольная нагрузка от торможения или силы тяги
Рис. 2.1 – конструктивная схема промежуточной опоры моста и жесткого фундамента мелкого заложения
Рис.2.2. Конструкция промежуточной опоры и свайного фундамента с низким жёстким ростверком
Рис.2.3. Нагрузки действующие на промежуточную опору и фундамент моста и эпюры давления под подошвой фундамента:
Fd – вертикальная расчётная нагрузка от собственного веса конструкций пролётных
Gоп – расчётная нагрузка от собственного веса опоры кН;
Gф – расчётная нагрузка от собственного веса фундамента с учётом веса грунта
обратной засыпки (на водотоке – веса грунта обратной засыпки и воды) на его
Ft – вертикальная расчётная нагрузка от подвижного состава кН;
T – горизонтальная расчётная нагрузка от торможения или силы тяги вдоль моста кН.
Проектирование фундамента мелкого заложения
1.Определение минимально возможной глубины заложения фундамента и его высоты
1.1.Определение глубины заложения фундамента возводимого на водотоке
По инженерно-геологическим условиям площадки строительства
Исходя из инженерно-геологических условий (слой суглинка с показателем текучести IL=094 не может использоваться в качестве основания фундамента) минимальная глубина заложения фундамента d будет:
d = hнес. сл. + 05(3.1)
d =18+16+14+05=53 (м).
где hнес. сл. =16 м– глубина подошвы слоя предшествующего несущему м.
При возможности размыва грунта фундамент мостовой опоры должен быть заглублен не менее чем 25 м от дна водотока после его размыва расчётным паводком.
Исходя из возможности размыва грунта глубина заложения фундамента d будет:
d = hw + hp + 25 (3.2)
где hw=18 м глубина водотока;
hp=04 м глубина размыва грунта.
За окончательную минимально возможную глубину заложения фундамента d принимаем d=53 м.
1.2.Определение высоты фундамента
Высота фундамента hf определяется как разность отметок его подошвы и обреза и находится из выражения:
hf = 53 - 035 - 025 = 47 (м).
где d – глубина заложения фундамента м; dобр. – расстояние от условной нулевой отметки до обреза фундамента принимаемое равным для фундаментов возводимых на водотоке равным 06 м;
2.Определение расчетных усилий действующих в уровне подошвы фундамента
N = Fd + Ft + Gоп + Gф (3.5)
M = Т(hоп + hf)(3.6)
Fd = f Fnd (кН) (3.7а)
f = 11 – коэффициент надёжности по нагрузке
Fd = 11·2226 = 24486 (кН);
Ft = f (1 + )Fnt (3.7б)
f = 118 – для временных вертикальных нагрузок от подвижного состава
Ft = 118·125·5145 = 7588875 (кН);
T = f(1 + )Tn (3.7в)
T = 112·125·329 = 4606 (кН)
Fdn=106·21=2226 (кН)
Ftn=245·21=5145 (кН)
(1 + ) = 1 + 18 (30 + )(3.9)
где (1+) – динамический коэффициент к нагрузкам от подвижного состава
длина загружения принимаемая равной 2L м;
L – расчётный пролёт моста м
(1 + ) = 1 + 18 (30 + 2·21) =125
При расчетах по второй группе предельных состояний для всех нагрузок принимют:
Расчётная нагрузка от собственного веса опоры
Gоп = f ·Аоп·hоп (кН)(3.11)
где f – коэффициент надёжности по нагрузке принимаемый равным 11;
- удельный вес материала опоры принимаемый равным 22 кНм3;
Аоп = 314·(2652) 2 + 265·725 = 24725 – площадь поперечного сечения опоры м2;
hоп – высота опоры м;
Gоп = 11·2224725·64 =382940 (кН);
Расчётная нагрузка от собственного веса фундамента и грунта на его уступах
Gф = f ·b·l·d·ср –γW ·hW(3.12)
где f – коэффициент надёжности по нагрузке принимаемый равным 12;
ср – средний удельный вес материала фундамента и грунта на его уступах принимаемый ср= 228 кНм3;
Gф = 12·77·1512·53·228 – 10·18 = 1775418 (кН);
b = B + 2hf tg(3.13а)
b= 265 + 2·418· tg300 = 77 (м);
l = (B+D) + 2hf tg(3.13б)
l= (265+725) + 2·418· tg300 = 1512 (м).
где B D – параметры поперечного сечения опоры
hf – высота фундамента м; =300
Таким образом расчетные усилия действующие в уровне в уровне подошвы жесткого фундамента мелкого заложения в соответствии с (3.5)-(3.12) следует определять по формулам:
-для расчета по первой группе предельных состояний:
при расчете по несущей способности основания
N=11· qdn·L+118·(1 + )· qtn·L+11·22· Аоп·hоп+12·228bld-10hw (3.15а)
M=112·(1 + )· Tn·(hоп+hf)(3.15б)
при расчете по устойчивости фундамента против опрокидывания
N=09· qdn·L+118·(1 + )· qtn·L+09·22· Аоп·hоп+09·228bld-10hw (3.16а)
M=112·(1 + )· Tn·(hоп+hf) (3.16б)
-для расчета по второй группе предельных состояний:
N=10· qdn·L+10·(1 + )· qtn·L+10·22· Аоп·hоп+10·228bld-10hw(3.17а)
M=10·(1 + )· Tn·(hоп+hf)(3.17б)
N=11·106·21+118·125·245·21+11·22·24725·6.4+12·228·77·1512·53-10·18=31603055 (кН)
M=112·125·329·(64+418)=4873148 (кН·м)
N=09·106·21+118·125·245·21+09·22·24725·6.4+09·228·77·1512·53-10·18=25369225 (кН)
N=10·106·21+10·10·245·21+10 ·22·24725·6.4+10·228·77·1512·53-10·18=2490295 (кН)
M=10·10·329·(64+418)=348082 (кН·м)
3.Определение расчетного сопротивления грунта основания осевому сжатию
R = 17 Rо [1 + k1 (b - 2)] + k2 (d - 3) кПа (3.18)
где Rо - условное сопротивление грунта R = 147 кПа;
b ширина подошвы фундамента м;
d глубина заложения фундамента м;
осреднённое по слоям расчётное значение удельного веса грунта расположенного выше подошвы фундамента; допускается принимать
k1 = 004 k2 = 20 коэффициенты принимаемые по табл.
R = 17147[1 + 004(77 - 2)] + 20·1962(53 - 3) = 46030 (кПа).
4.Расчет основания и фундамента по первой группе предельных состояний
Прочность и устойчивость конструкций жёстких фундаментов мелкого заложения по материалу обеспечивается как правило выполнением следующих конструктивных требований:
- угол α на рис. 2.1 и рис. 2.2 не должен превышать 30о;
- класс бетона по прочности на сжатие для таких фундаментов должен быть не ниже В20.
4.1. Расчет по несущей способности основания
Исходное условие для выбора размеров подошвы фундамента:
где p pmax pmin – среднее максимальное и минимальное давление под подошвой фундамента определяемые по формулам кПа:
p = N A = N (b · (3.20а)
pmax = N A + M W (3.20б)
pmin = N A - M W (3.20в)
где N М – расчётные усилия в уровне подошвы фундамента определяемые по формулам (3.15) кН и кН*м соответственно;
А – площадь подошвы фундамента определяемая по формуле м2:
W – момент сопротивления площади подошвы фундамента относительно оси х
(рис. 3.1) определяемый по формуле м3:
W= (7.7·1512)6=19404м3
R – расчётное сопротивление грунта основания осевому сжатию определяемое по
формуле (3.17) кПа; γn – коэффициент надёжности по назначению сооружения принимаемый γn = 14.
p = 30749286 116424= 264114(кНм2);
p R n; 26411 46030 14 = 328789;
pma 29672 12·46030 14 = 39454;
По экономическим соображениям разница между левой и правой частью условия не должна превышать 20% от R n т.е. чтобы выполнялось условие
[(R – np) R] 02. (3.24)
В противном случае принятые значения b l и R следует скорректировать.
[(46030 – 1425785) 46030] 02;
96 = 02 – условие выполняется.
4.2. Расчет фундамента по устойчивости против опрокидывания
где Mu – момент опрокидывающих сил относительно оси возможного поворота (опрокидывания) проходящей через точку О и параллельной большей стороне фундамента кН·м;
Mz – момент удерживающих сил относительно той же оси кН·м;
m – коэффициент условий работы принимаемый равным 08;
n – коэффициент надёжности по назначению принимаемый равным 11.
Удерживающий момент Mz определяется по формуле
Mz = N·b2 (3.26) где N –расчётное вертикальное усилие(рис. 3.1)определяемое по формуле(3.16 а) кН; b – ширина подошвы фундамента определённая расчётом по несущей способности основания м.
Mz = (25369225·77)2=97671516(кН·м)
731487103383 – условие выполняется.
5.Расчет основания и фундамента по второй группе предельных состояний
Расчёт основания и фундамента по второй группе предельных состояний – это расчёт по деформациям.
Расчёт основания и фундамента по деформациям производится исходя из условий:
где s – совместная деформация основания и фундамента (осадка) от внешних
su – предельное значение совместной деформации основания и сооружения (осадки) принимаемое равным 15 см;
iu – предельное значение крена фундамента принимаемое равным:
iu = (0005 L )(hf + hоп) (3.28)
где L = 21 м – длина меньшего из примыкающих к опоре пролётов м;
hf и hоп – соответственно высота фундамента и опоры м.
iu = (0005· 21 )(64+418) = 00021.
5.1.Определение осадки основания фундамента
Осадка основания s c использованием расчетной схемы в виде линейно деформируемого полупространства (рис.3.2) определяется методом послойного суммирования по формуле:
s = Σ(zpihi Ei) (3.29)
где безразмерный коэффициент равный 08;
n число слоев на которые разбита сжимаемая толща основания.
где b l – размеры подошвы фундамента принимаемые по результатам расчёта по первой группе предельных состояний м.
p = 2490295(77·1512) = 21389(кНм2 ).
Сжимаемую толщу основания на глубину примерно 3b = 3·77 = 23.1 м разбиваем на элементарные слои толщиной hi = 308 м где b – ширина подошвы фундамента.
Дополнительные вертикальные напряжения в середине (по толщине) каждого элементарного слоя определяем по формуле
где i коэффициент принимаемый в зависимости от формы подошвы фундамента соотношения сторон прямоугольного фундамента и относительной глубины
p0 = p - zg0 дополнительное вертикальное давление на основание кПа;
вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента кПа;
’ удельный вес грунта расположенного выше подошвы фундамента кНм3;
d – глубина заложения фундамента принимаемая по результатам расчёта по первой группе предельных состояний м.
При заложении подошвы фундамента в песках необходимо учитывать взвешивающее действие воды на пески расположенные ниже уровня меженных или подземных вод определяя удельный вес γw таких грунтов по формуле:
где γw – удельный вес воды равный 10 кНм3.
Вертикальные напряжения от собственного веса грунта zg на границе слоя расположенного на глубине z от подошвы фундамента определяем по формуле
zg = zg0 + i hi (3.34)
где i и hi - соответственно удельный вес и толщина i-го слоя грунта.
Вычисление осадки фундамента s выполним в табличной форме (табл.1).
zg0 = ’d = 201·53=10653 (кПа);
p0 = p - zg0 = 21389 – 10653 = 10736 (кПа);
Номер элементарного слоя i
К построению эпюры zp
К построению эпюр zg и 02zg
n – количество элементарных слоёв лежащих выше нижней границы сжимаемого слоя.
Нижняя граница сжимаемой толщи основания принимается на глубине zi = Hc где выполняется условие zрi = 02 zgi т.е. на пересечении эпюр zрi и 02 zgi .
s = 286 15 см – условие выполнено.
По полученным результатам в таблице 1 строятся эпюры zgi
zgi zpi (рис.1). Графически находим точку А пересечения эпюр 02zgi и zpi определяющая положение нижней границы сжимаемой толщи.
5.2.Определение крена фундамента
Крен фундамента i при действии момента определяется по формуле:
i = [(1 – 2) E] ke [M (a 2)3] (3.36)
где Е и соответственно модуль деформации (кПа) и коэффициент Пуассона грунта основания принимаемый равным для грунтов: крупнообломочных =027; песков и супесей = 030; суглинков = 035; глин = 042; в случае неоднородного основания значения Е и принимаются средними в пределах сжимаемой толщи; ke=082
М – расчётный момент определяемый по формуле (3.17 б) кН*м;
hf и hоп – соответственно высота фундамента и опоры м;
а – сторона прямоугольного фундамента параллельная плоскости действия момента м.
М = 11329(64 + 418) = 348082 (кНм)
Условие выполняется.
Проектирование фундамента глубокого заложения
Свайные фундаменты и сваи по несущей способности грунтов основания рассчитываются по формуле
где Nсв - расчётная нагрузка передаваемая на сваю кН;
Fd - несущая способность сваи (расчётная несущая способность грунта основания одиночной сваи) кН;
g - коэффициент надёжности по грунту принимаемый равным 14
1.Определение глубины заложения ростверка и его размеров
b = B + 2hрtg = 265 + 2·15·tg300 = 44 (м)
l = (B+D) + 2hрtg = (265+725) + 2·15· tg300 =117(м).
2.Выбор длины и размеров поперечного сечения сваи
Поперечное сечение = 3535 см.
3.Определение несущей способности одиночной сваи в составе свайного фундамента
Несущая способность Fd висячей забивной сваи сплошного квадратного сечения работающей на вертикальную нагрузку
Fd = R·F + u·fili (4.2)
где R = 2400 кПа расчётное сопротивление грунта под нижним концом сваи;
F = 0352= 01225 м2 площадь опирания на грунт сваи принимаемая по площади её поперечного сечения;
u = 035·4=14 м наружный периметр поперечного сечения сваи;
Fd = 2400·01225+ 14·40432= 860048 (кПа);
Fd g = 86004814 = 61432 (кПа).
4.Определение расчетной нагрузки на сваю
Максимальная расчётная нагрузка на сваю (максимально нагруженными являются сваи крайних рядов)
Nсв = N n + Мy1 [(уi 2)m] (4.3)
где N М – расчётные усилия от расчётных нагрузок определяемых по формулам кН:
N = 11qdnL + 118(1 + ) qtnL + 1122Аоп.hоп. + 12228b (4.4а)
М = 112(1 + )Т n (hоп + hр); (4.4б)
d и hр – глубина заложения подошвы ростверка и его высота м;
n - число свай в фундаменте;
k – количество рядов свай параллельных большей стороне ростверка;
у1 - расстояние от главной оси х до оси крайнего ряда свай м.
N = 1110621 + 11812524521 + 1122247364+ 1222811744262 =175579 (кН);
М = 112125329 (64 + 15) = 363874 (кНм);
Nсв = 17557944 + 363874 1775 [(0622+177522)9]= 39904+20442=60346 (кН);
разность между его левой и правой частями не превышает 20%
(2% 20%) – условия выполнены.
Технико-экономическое сравнение вариантов фундамента
Технико-экономическое сравнение вариантов фундамента в курсовой работе. проводим только по показателю стоимости строительства. Данные для подсчёта объёмов работ принимаем по чертежам вариантов фундамента. Единичные стоимости работ можно принимать по действующим нормативам.
По результатам расчёта делается вывод о предпочтительном варианте фундамента.
Фундамент мелкого заложения:
механизированная разработка грунта с водоотливом:
·77·1512·250 =154.2618 (руб);
бетонирование монолитного фундамента:
·77·1512·4000 =2.468.1888 (руб).
Итого: 2.622.4506руб.
Фундамента глубокого заложения:
·44·117·250 = 19.305 (руб);
·44·117·4000 =308.880 (руб);
сваи железобетонные при забивке с плавсредств:
5·035·93·44·11000 =551.397 (руб).
После сравнения стоимостей строительства пришли к выводу что предпочтительнее фундамент глубокого заложения.
Библиографический список
Прокопович А.А. Травин А.В. Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «основания и фундаменты» для студентов специальностей 270204 «Строительство железных дорог путь и путевое хозяйство» 270201 «Мосты и транспортные тоннели» дневной и заочной форм обучения.- Самара: СамГУПС 2009.
СНиП 2.05.03-84·. Мосты и трубы. – М.: Стройиздат 1985.
СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений. – М.: Стройиздат 1985.
СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты. – М.: Стройиздат 1985.
Ухов С.Б. и др. Механика грунтов основания и фундаменты. – М. 1994.
Б.И. Долматов Механика грунтов основания и фундаменты. – Л.: Стройиздат Ленинградское отделение 1988.

Fundament_melk.cdw

0 соответствует абсолютной отм. уровня
Под подошвой фундамента выполнить подготовку из бетона В75
Бетон фундамента В15
Проектирование фундамента
под промежуточную опору
моста возводимого на водотоке
СамГУПС" г. Самара 2014