Фундаменты транспортных сооружений

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

В данной курсовой работе необходимо рассчитать под опору ОП-1 фундамент глубокого заложения, под опору ОП-2 свайный фундамент.

Большое разнообразие грунтов, иногда даже в пределах одной строительной площадки, требует индивидуального подхода к проектированию фундаментов любого сооружения, в том числе и мостов.

Для проектирования сооружения необходимо знать геологические и гидрологические условия залегания грунтов, их свойства в природном состоянии.

Критерии прочности, устойчивости и деформативности оснований и фундаментов устанавливают исходя из условий обеспечения заданного режима технологического процесса, для которого предназначено сооружение. Мост, путепровод или другое транспортное сооружение являются элементами дороги и должны обеспечивать нормальное движение для обычных транспортных средств и для транспортных средств большой грузоподъемности.

Конструирование фундаментов и расчеты основания ведутся по первой группе предельных состояний, проверяется несущая способность оснований, строятся эпюры давления от собственного веса фундамента и от дополнительной нагрузки, необходимо так же найти осадку фундамента методом послойного суммирования.

Исходные данные

Результаты определения физических характеристик грунта

№	Мощность пласта по скважинам, м	Грансостав,%	Пл-ть частиц грунта, г/смі	Пл-ть грунта, г/смі	Влажность,%	Предел пластичности
	скв. 1	скв. 2	скв. 3	>2	2-0.5	0.5-0.25	0.25-0.1	<0.1				раската, %	текучести,%
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
1	-	3.8	-	0.0	4.0	20.0	41.0	35.0	2.66	1.90	31.0	0.0	0.0
2	7.8	3.2	8.2	3.0	5.0	8.0	18.0	68.0	2.69	1.82	24.0	19.1	33.1
3	4.5	3.7	4.1	4.0	3.0	8.0	18.0	57.0	2.69	1.84	26.0	20.2	35.2
4	2	1	2.1	2.0	22.0	32.0	15.0	29.0	2.65	2.00	25.0	0.0	0.0

Результаты компрессионных испытаний грунтов

№ пласта	Значение коэффициента пористости е при давлении Р, мПа
	50	100	200	300	400
1	-	-	-	-	-
2	0.825	0.821	0.814	0.806	0.799
3	0.833	0.826	0.816	0.807	0.801
4	0.655	0.651	0.645	0.640	0.636

1. Оценка инженерно-геологических условий строительной площадки

Вариант инженерно-геологических данных грунтов в районе стройплощадки приведены в задании. На основе этих данных необходимо провести анализ инженерно-геологических условий.

Таблица 1

Мощность пласта по скважинам, м	Грансостав,%	Пл-ть частиц грунта, г/смі	Пл-ть грунта, г/смі	Влажность,%	Предел пластичности
скв. 1	скв. 2	скв. 3	>2	2-0.5	0.5-0.2	0.25-0.1	<0.1				раската,%	текучести,%
2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
-	3.8	-	0.0	4.0	20.0	41.0	35.0	2.66	1.90	31.0	0.0	0.0
7.8	3.2	8.2	3.0	5.0	8.0	18.0	68.0	2.69	1.82	24.0	19.1	33.1
4.5	3.7	4.1	4.0	3.0	8.0	18.0	57.0	2.69	1.84	26.0	20.2	35.2
2	1	2.1	2.0	22.0	32.0	15.0	29.0	2.65	2.00	25.0	0.0	0.0

Необходимо определить наименование грунта для каждого из пластов, которые были вскрыты тремя скважинами.

Число пластичности определяется по формуле:

,% (1.1)

где-влажность на границе текучести,%;

- влажность на границе раскатывания,%.

Показатель текучести определяется по формуле:



где w - природная влажность грунта,%.

Плотность грунта в сухом состоянии определяется по формуле:

где - плотность грунта, т/м³.

Коэффициент пористости определяется по формуле:

где _s - плотность частиц грунта, т/м³.

Степень влажности:

где _w=1,0 т/м³ - плотность воды.

Расчетные значения характеристик грунтов , и для расчетов по первой группе предельных состояний обозначаются , и , а для расчетов по второй группе предельных состояний - , и .

Расчетные значения характеристик грунтов определяются по формуле:

где - коэффициент надежности по грунту.

При вычислении расчетных значений принимаем для песчаных грунтов =1,1, для пылевато-глинистых =1,15, при вычислении принять =1,5, при вычислении принять =1,02.

Расчетные характеристики , и следует определять при =1.

1.1 I слой-песчаный грунт

Определим наименование грунта. Так как w_L и w_P равны нулю, следовательно, грунт является песчаным, получаем:

По табл. 4 [2] определяем, что при количестве частиц крупностью более 0,1 мм равном 0%+4%+20%+41%=65%<75% песок является пылеватым.

Вывод: по табл. 7 [2] при =0,99 и по табл. 6 [2] при е=0.83 получаем, что песок пылеватый рыхлый, насыщенный водой, по табл. 9 [2] и табл. 11 [2] получаем, что угол внутреннего трения , удельное сцепление С и условное сопротивление R₀ нормами не определены.

1.2 II слой-пылевато-глинистый грунт

Определим наименование грунта. Т.к. w_L и w_P не равны нулю, следовательно, грунт является пылевато-глинистым, получаем:

Вывод: по табл. 5 [2] при 7<=10.517 и по табл. 8 [2] при 0.25<=0.35?0.5 грунт - суглинок тугопластичный, по табл. 10 [2] и по табл. 12 [2] получаем, что угол внутреннего трения =19,4^o, удельное сцепление С=19,0 кПа и условное сопротивление R₀=150,3 кПа.

1.3 III слой-пылевато-глинистый грунт

Определим наименование грунта. Т.к. w_L и w_P не равны нулю, следовательно, грунт является пылевато-глинистым, получаем:

Вывод: по табл. 5 [2] при 7<=15,017 и по табл. 8 [2] при 0.25<=0.39?0.5 грунт - суглинок тугопластичный, по табл. 10 [2] и по табл. 12 [2] получаем, что угол внутреннего трения =19,2^o, удельное сцепление С=18,5 кПа и условное сопротивление R₀=129,0 кПа.

1.4 IV слой-пылевато-глинистый грунт

Определим наименование грунта. Так как w_L и w_P равны нулю, следовательно, грунт является песчаным, получаем:

По табл. 4 [2] определяем, что при количестве частиц крупностью более 0,1 мм равном 2%+22%+32%+15%=71%<75% песок является пылеватым.

Вывод: по табл. 7 [2] при =1,0 и по табл. 6 [2] при е=0,66 получаем, что песок пылеватый, средней плотности, насыщенный водой, по табл. 9 [2] и табл. 11 [2] получаем, что угол внутреннего трения =29,6^о, удельное сцепление С=3,8 кПа и условное сопротивление R₀=98,0 кПа.

Основные сведения о грунтах и их свойствах сводим в итоговую таблицу 3.

Таблица 2

№ пласта	Значение коэффициента пористости е при давлении Р, мПа
	50	100	200	300	400
1	-	-	-	-	-
2	0.825	0.821	0.814	0.806	0.799
3	0.833	0.826	0.816	0.807	0.801
4	0.655	0.651	0.645	0.640	0.636



Рис. 1 Компрессионные кривые

Таблица 3

Наименование грунта	Мощ-ть слоя	сн, т/мі	сI, т/мі	сs, т/мі	сd, т/мі	e	W,%	WL,%	Wp,%	Јp,%	ЈL,%	Sr	Cн, кПа	CI, кПа	цн, град.	цI, град.	Ro, кПа
		гн, кН/мі	гI, кН/мі	гs, кН/мі	гd, кН/мі
2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19
Песок пылеватый, рыхлый, насыщенный водой	-	1.90	1.86	2.66	1.45	0.83	31.0	0.0	0.0	-	-	0.99	-	-	-	-	-
		18.64	18.27	26.09	14.22
Суглинок тугопластичный	-	1.82	1.78	2.69	1.47	0.83	24.0	33.1	19.1	14.0	0.35	0.78	19.00	12.7	19.4	16.9	150.3
		17.85	17.50	26.39	14.42
Суглинок тугопластичный	-	1.84	1.80	2.69	1.46	0.84	26.0	35.2	20.2	15.0	0.39	0.83	18.50	12.3	19.2	16.7	129.0
		18.05	17.70	26.39	14.32
Песок пылеватый, средней плотности, насыщенный водой	-	2.00	1.96	2.65	1.60	0.66	25.0	0.0	0.0	-	-	1	3.80	2.5	29.6	26.9	98.0
		19.62	19.24	26.00	15.70

Рис. 2 Инженерно-геологический разрез

2. Расчет фундамента глубокого заложения под крайнюю опору ОП-1

2.1 Выбор глубины заложения фундамента

Основанием под опору ОП-1 служит грунт 2-го слоя - суглинок тугопластичный. Минимальная глубина заложения определяется по формуле:

(2.1)

где - расчетная глубина сезонного промерзания грунта, м, принимаемая равной:

, (2.2)

здесь - нормативная глубина сезонного промерзания грунтов в районе строительства, м, определяемая по карте нормативных глубин промерзания суглинков и глин.

По карте нормативных глубин промерзания суглинков и глин для района проектирования г. Смоленск d_fn=113 см. Тогда

Минимальная глубина заложения фундамента:

=124+25=149 см=1,49 м.

Отметку обреза фундамента принимаем на 0,15 м ниже естественной поверхности грунта, 157,30-0,15=157,15 м.

2.2 Определение минимальных размеров подошвы фундамента

Размеры подошвы фундамента определяются с учетом размеров опоры моста. В первом приближении минимальная площадь подошвы фундамента , м²:

, (2.3)

где - размеры опоры моста в плоскости обреза фундамента, м:

;

;

здесь - длина и ширина сторон сечения опоры в уровне верха фундамента;

с - размеры уступов фундамента.

Согласно схемы сооружения 0 [2] размеры опоры в уровне верха фундамента равны:

= 0,35 м, =8,05 м.

Уступы по верху фундамента примем с=0,3 м

Тогда

м²



Рис. 3 Фундамент опоры ОП-1 при минимальных размерах

2.3 Проверка несущей способности основания

В отношении размеров подошвы фундамента следует иметь ввиду следующее:

- размеры подошвы должны быть достаточными для обеспечения прочности грунта основания и развития осадок и кренов фундамента не более допустимых;

- Конструкция фундамента должна быть экономически целесообразной. Глубина заложения фундамента и размеры его подошвы подбираются такими, что бы обеспечить работу фундамента как жесткого тела.

Несущая способность основания под подошвой фундаментов мелкого заложения должна удовлетворять условиям:

 (2.4)

где , - среднее по подошве и максимальное по краям давление фундамента на основание, кПа;

- коэффициент надежности по назначению сооружения, принимаемый равным 1,4;

- коэффициент условий работы, =1,2;

- расчетное сопротивление основания из нескальных или скальных грунтов осевому сжатию, кПа.

В расчетах по несущей способности оснований фундаментов напряжения следует определять отдельно вдоль и поперек оси моста по формулам:

где - среднее давление под подошвой фундамента;

- максимальное давление под подошвой фундамента в направлении оси y;

у и х - оси симметрии подошвы фундамента, проходящие через ее центр тяжести;

- сумма расчетных вертикальных нагрузок в уровне подошвы фундамента (включая его собственный вес, вес грунта на обрезах, взвешивающее действие воды);

- расчетный момент силы относительно оси х;

, - площадь и момент сопротивления подошвы фундамента относительно оси х.

Для прямоугольной подошвы фундамента:



где и - соответственно, длина и ширина подошвы запроектированного фундамента.

Расчетное сопротивление основания из нескального грунта осевому сжатию, кПа:

(2.7)

где - условное сопротивление грунта, кПа, принимаемое по табл. 3.

- ширина (меньшая сторона или диаметр) подошвы фундамента, м, при ширине более 6 м принимается b=6 м, принимаем = 0,95 м;

d - глубина заложения фундамента, м.

- осредненное по слоям расчетное значение удельного веса грунта, расположенного выше подошвы фундамента вычисленное без учета взвешивающего действия воды, допускается принимать = 19,62 кН/м;

и - коэффициенты, принимаемые по табл. 19 [2];

С минимальными размерами и глубиной заложения имеем (рис. 3):

=9500 кН, =13000 кНм - по заданию;

d=1.49+7.6/2=5,29 м,

где 7,6/2 - половина высоты конуса обсыпки;

=0,95 м, l=8,65 м, А_min=8,22 м², тогда

вес грунта на уступах

G_гр =V_гр •г_гр =(8.65·0.95-8.05·0.35) ·0.15·17.5=14.2 кН

вес фундамента

G_ф = V_ф •г_ф =0.95·8.65· (1.49-0.15) ·24=264.3 кН

N'=P + G_ф·_fф+ G_гргр =9500+264.3·1.1+14.2·1.4=9810,6 кН

где _fф, _гр - коэффициенты надежности по нагрузке, принимаемые по табл. 8 [4].

По табл. 19 [2] для суглинка тугопластичного =0,02; =1,5. По (2.7)

, т.е.

условие не выполняется, увеличиваем размеры фундамента и его глубину заложения (в соответствии с рис. 4). Для новых значений имеем:

d =0.15+1.2+1.2+1.2+7.6/2=7,55 м;

=0,35+40.6+20.7=4,15 м,

l=8,05+40.6+20.7=11,85 м, ,

вес грунта на уступах

G_гр =V_гр •г_гр= 217.5 (0.60.15 (0.35+9.25)+0.61.35 (1.55+10.45)+0.72.55 (2.75+11.85))=1282.6 кН,

вес фундамента

G_ф = V_ф •г_ф =24 (9.251.551.2+10.452.751.2+11.854.151.2)=2656.9 кН,

тогда

N'=P + G_фfф+ G_гргр =9500+2656.91.1+1282.61.4=14218,2 кН

где _fф, _гр - коэффициенты надежности по нагрузке, принимаемые по табл. 8 [4].

, т.е.

оба условия выполняются, недонапряжение (по ) не превышает 5%.

Рис. 4 Фундамент опоры ОП-1

2.4 Определение осадки фундамента методом послойного суммирования

Цель расчетов по второй группе предельных состояний - проверка назначенных размеров фундамента по предельно допустимым деформациям, при которых мост еще может нормально выполнять свои эксплуатационные функции. В соответствии с требованиями СНиП 2.05.03-84 различные по величине осадки соседних опор моста не должны вызывать появления в продольном профиле моста углов перелома, превышающих предельно допустимые значения.

Эти расчеты производят, используя сочетания нагрузок, вычисленные с коэффициентом надежности по нагрузке _f=1,0.

Расчет осадки фундамента производится исходя из условия

(2.8)

где S - величина конечной осадки отдельного фундамента, определяемая расчетом;

- предельная величина деформации основания фундаментов, устанавливаемая нормами или на основе расчета сооружения на взаимодействии с основанием.

Для опор мостов следует принять

, см (2.9)

где - длина меньшего, примыкающего к опоре, пролета моста в метрах, но не менее 25 м (=25 м).

Необходимо проверить выполнение условия:

, (2.10)

где Р - среднее давление под подошвой фундамента, вычисленное от действия нагрузок для расчетов по второй группе предельных состояний, кПа;

R - расчетное сопротивление грунта основания.

Среднее давление определяется по выражению:

, (2.11)

где - сумма всех вертикальных нагрузок в уровне подошвы фундамента;

А - площадь подошвы фундамента.

Расчетное сопротивление грунта основания R, кПа определяется по формуле:

, (2.12)

где и - коэффициенты условий работы;

b - меньшая сторона подошвы фундамента, м;

К - коэффициент, принимаемый 1,1;

, , - коэффициенты, принимаемые в зависимости от угла внутреннего трения;

- коэффициент, принимаемый: = 1 при b =4,15<10 м;

- расчетное значение удельного веса грунта, залегающего ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды);

- то же, залегающих выше подошвы фундамента;

- расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа;

- глубина заложения фундамента;

- глубина подвала - расстояние от уровня планировки до пола подвала (для бесподвальных сооружений ( = 0).

При вычислении R значение характеристик _II, C_II и _II принимаются для слоя грунта, находящегося под подошвой фундамента до глубины = 0,5b при b <10 м и =t+0,1b при b 10 м (здесь t = 4,0 м). При наличии нескольких слоев грунта от подошвы фундамента до глубины принимаются средневзвешенные значения указанных характеристик.

Так для нашего случая:

= 0,5b=0.5•4.15=2.08, 2.08+3.75=5.83<7.8, следовательно слой не меняется.

=1,2, =1,028, по табл. 21 [2] при суглинке тугопластичном; по табл. 22 [2] при _II= 19,4° находим = 0.49, = 2.96, =5.55;

9500/1,2+2656,9+1282,6=11856,2 кН

Тогда

Р= кПа R= кПа, условие выполняется.

Ординаты эпюры вычисляются по формуле:

(2.14)

где - удельный вес i - го слоя грунта, кН/м³;

- толщина i-го слоя грунта, м.

Величина дополнительного вертикального напряжения для любого сечения ниже подошвы фундамента вычисляется по формуле:

(2.16)

где - коэффициент, учитывающий изменение дополнительного вертикального напряжения по глубине и определяемый по табл. 20 [2] в зависимости от (z - глубина рассматриваемого сечения ниже подошвы фундамента, b - ширина фундамента) и

l - длина фундамента;

Р - среднее фактическое давление под подошвой фундамента, кПа;

- вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента от веса вышележащих слоев, кПа.

Построив эпюры и , определяем нижнюю границу сжимаемой (активной) зоны грунта, которая находится на глубине ниже подошвы фундамента, где =0,2.

Осадка отдельного фундамента на основании определяется по формуле:

(2.17)

где - коэффициент корректирующий упрощенную схему расчета, равный 0,8;

n - число слоев, на которое разделена по глубине сжимаемая толща основания;

- толщина i - го слоя грунта, см;

- среднее дополнительное (к бытовому) напряжение в i - ом слое грунта,

равное полусумме дополнительных напряжений на верхней и нижней границах i - го слоя, кПа;

- модуль деформация i - го слоя, кПа.

Модуль деформации определяем для пластов грунта в целом по формуле

(2.18)

(2.19)

где - коэффициент пористости по табл. 3;

- коэффициент, допускается принимать равным: для пылеватых и мелких песков - 0,8; супесей - 0,7; суглинков - 0,5; глин - 0,4.

- бытовое давление в середине слоя грунта (), определяемое вычислением или по эпюре давлений от собственного веса грунта (рис. 5);

- сумма давления в середине слоя грунта от собственного его веса () и вертикального дополнительного напряжения (), взятого по эпюре дополнительных вертикальных давлений (рис. 4), т.е. = +;

и - соответственно коэффициенты пористости при давлениях и , взятые по компрессионной кривой, рис. 1.

Для удобства вычисления осадки фундамента ведем в табличной форме (табл. 4).

Давления в характерных сечениях:

на уровне подошвы фундамента = 3,7517,85= 66,9 кПа

в середине 2-го слоя 2= 3,7517,85+2,02517,85 = 103,1 кПа

в середине 3-го слоя 3= 7,817,85+2,2518,05= 179,8 кПа

Модуль деформации Е для второго слоя:

середина этого слоя находится на глубине d=5,775 м, z=2,025 м, z / b =2,025/4,15 =0,488, по табл. 20 [2] находим =0,866, =103,1 кПа, =103,1+0,866(241,1-66,9)=253,9 кПа, тогда по рис. 1 находим =0,8208, =0,8097, тогда

Модуль деформации Е для третьего слоя:

середина этого слоя находится на глубине d=10,05 м, z=6,3 м, z / b =6,3/4,15=1,518, по табл. 20 [2] находим =0,339, =179,9 кПа, =179,8+0,339(241,1-66,9)=238,9 кПа, тогда по рис. 1 находим =0,8180, =0,8125 тогда

Дополнительное давление по подошве фундамента:

241,1-66,9=174,2 кПа

Делим толщу грунта ниже подошвы фундамента на слои толщиной 0,24,15=0,83 м, и вычисляем осадку в табличной форме:

Таблица 4

№ пласта	z, м	о	б	hi, м	уzpi, кПа	уzgi, кПа	0,2*уzgi	E, кПа
2	0	0	1.000	0	174.2	66.9	13.4	12500
	0.83	0.20	0.977	0.83	170.2	81.8	16.4
	1.66	0.40	0.959	0.83	167.1	96.6	19.3
	2.49	0.60	0.746	0.83	130.0	111.4	22.3
	3.32	0.80	0.624	0.83	108.7	126.2	25.2
	4.05	0.98	0.609	0.73	106.1	139.2	27.8
3	4.88	1.18	0.456	0.83	79.3	154.2	30.8	9803
	5.71	1.38	0.378	0.83	65.8	169.2	33.8
	6.54	1.58	0.322	0.83	56.0	184.2	36.8
	7.37	1.78	0.276	0.83	48.1	199.2	39.8
	8.20	1.98	0.238	0.83	41.4	214.1	42.8

Осадка

Рис. 5 Схема к определению осадки фундамента опоры ОП-1

2.6 Проверка несущей способности подстилающего слоя грунта

В том случае, когда несущий слой грунта подстилается более слабым грунтовым слоем, у которого условное расчетное сопротивление R_о меньше, чем у несущего, необходимо проверить напряжение в уровне кровли этого слоя, находящегося на глубине z от подошвы фундамента.

Проверку несущей способности подстилающего слоя грунта следует производить исходя из условия:

(2.20)

где Р - среднее давление на грунт, действующее под подошвой фундамента, кПа;

- среднее (по слоям) значение расчетного удельного веса грунта на глубине (d+z), расположенного над кровлей проверяемого подстилавшего слоя грунта; допускается принимать = 19,62 кН/м³;

d - заглубление подошвы фундамента мелкого заложения от расчетной поверхности грунта, м, принимаемое согласно обязательному приложению 24 [4], имеем:

d =31,2+0.15+7.6/2=7.55 м;

- расстояние от подошвы фундамента до поверхности проверяемого подстилающего слоя грунта, м;

R - расчетное сопротивление подстилающего грунта, кПа, определяемое по формуле (2.7) для глубины расположения кровли проверяемого слоя грунта (d+z), при определении его, ширину прямоугольной подошвы условного фундамента на уровне кровли проверяемого слоя грунта устанавливают по выражению:

 (2.21)

где - площадь подошвы условного фундамента, равная

(2.22)

где -сумма вертикальных нагрузок действующих на фундамент;

а = 0,5(l-b)=0,5(11.85-4.15)=3,85 м - половина разности длины l и ширины b прямоугольной подошвы фундамента;

- коэффициент надежности по назначению сооружения, принимаемый 1,4;

- коэффициент, принимаемый по табл. 20 [2].

Имеем: Р=289.1 кПа, d =7.55 м, z=7.8-3.75=4.05 м, b=4.15 м, z/b=4.05/4.15=0,976, l/b=11.85/4.15=2.855, тогда = 0.609, по табл. 19 [2] =0,02 и =1,5.

Определяем расчетное сопротивление:

условие выполняется, несущая способность подстилающего слоя (суглинок тугопластичный) обеспечена.



Рис. 6 Схема к определению несущей способности подстилающего слоя грунта

2.7 Проверка положения равнодействующей внешних нагрузок

С целью обеспечения действия сжимающих напряжений по подошве фундамента требуется проверить положение равнодействующей внешних нагрузок относительно центра тяжести подошвы по формуле:

где - относительный экцентриситет, который определяется выражением

где F_v и M - нагрузки, действующие по подошве;

W=l²·b/6 - момент сопротивления подошвы фундамента при расчете поперек моста;

А=l·b - площадь подошвы фундамента.

Величина при действии постоянных и временных нагрузок принимается равной 1,0.

Имеем:

Условие выполняется.

3. Проектирование свайного фундамента под промежуточную опору ОП-2

3.1 Конструирование свайного ростверка

фундамент грунт ростверк транспортный

Согласно рекомендаций [1] русловой опоры обрез ростверка назначаем на уровне поверхности грунта т.е. на отметке 159.40. Толщину плиты ростверка принимаем 2,5 м. Тогда отметка подошвы ростверка 159.40-2.5=156.90 м. Минимальное расстояние между сваями в свету принимаем 1,0 м. Свес ростверка принимаем 0,25 м за сваю.

Ростверк армируется в нижней части, площадь арматуры принимаем не менее 10 см на м. п. ростверка. Величину заделки свай в ростверк принимаем 1,2 м, величина анкеровки сваи не менее 30 диаметров арматуры. Материал ростверка - тяжелый бетон В20.

3.2 Выбор типа и размеров свай и определение их несущей способности

Основанием для свайного фундамента в нашем случае будет служить слой №4 - песок пылеватый, средней плотности, насыщенный водой, поэтому концы свай заглубляем в этот слой на величину не менее 2,0 м, примем 6,6 м.

Полная длина сваи определяется как сумма:

(3.1)

где - глубина заделки свай в ростверк;

- расстояние от подошвы ростверка до кровли несущего слоя (8,2 м по рис. 6);

- заглубление в несущий слой.

Получим:

По характеру работы сваи будут висячими. Для определения несущей способности висячей сваи-оболочки на вдавливание по грунту составляют расчетную схему, разбивая основание в пределах глубины погружения сваи в грунт на расчетные слои. Несущую способность определяют как сумму ее составляющих F_R и F_f кН таких свай определяют по формуле:

(3.2)

где - коэффициент условий работы сваи в грунте, = 1,0;

R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи-оболочки, кПа, определяется по формуле:

где ₁, ₂, ₃, ₄ - безразмерные коэффициенты, принимаемые по табл. 6 [3] в зависимости от ₁ =26,9 грунта основания;

₁' - расчетное значение удельного веса грунта, кН/м³, в основании сваи (при водонасыщенных грунтах с учетом взвешивающего действия воды);

₁ - осредненное по слоям расчетное значение удельного веса грунтов, расположенных выше нижнего конца сваи (при водонасыщенных грунтах с учетом взвешивающего действия воды).

d - диаметр сваи-оболочки, м;

h - глубина заложения нижнего конца сваи, отсчитываемая от природного рельефа или уровня планировки, м.

А - площадь поперечного сечения сваи, м;

U - наружный периметр поперечного сечения ствола сваи, м;

- расчетное сопротивление i - го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м;

, - коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и по боковой поверхности сваи.

Для нашего случая (рис. 6) определяем:

Расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи-оболочки:

R=0.75•0.291 (17,07•19,24•0,6+32,4•0,538•18,38•17,3)=1252,7 кПа

Коэффициенты = 1,0; =1,0, =0,7-для суглинка, =1,0-для песка для свай-оболочек, погружаемых вибрированием с выемкой грунта.

Площадь поперечного сечения А=3,1415•0,3²=0,2827 м².

Периметр U =3,14150,6=1,885 м.

Для определения разбиваем грунт ниже ростверка на слои не более 2 м и для каждого такого слоя в соответствии с глубиной середины слоя z по табл. 2 [3] находим :

Таблица 5. Определениеи

№ слоя	Толщина слоя h, м	Глубина середины слоя z, м	, кПа			, кН
1	2	3	4	5	6	7
1	1.3	3.15	0	0	354.1	1133
2	2	4.8	34.1	90
	1.2	6.4	36.9	58.4
3	2	8	34.1	90
	1.7	9.85	35.12	78.8
4	2	11.7	35.36	133.3
	2	13.7	36.96	139.3
	2	15.7	38.42	144.8
	0.6	17	39.2	44.3



Рис. 7 Схема к определению длины сваи и ее несущей способности

3.3 Определение требуемого количества свай

Количество свай в фундаменте определяется по формуле;

(3.3)

где - расчетная нагрузка на сваи, кН;

- коэффициент, учитывающий влияние момента, равен 1,1-1.6;

- несущая способность сваи;

- коэффициент надежности, принимаемый равным 1,4 по п. 3.10 [3].

Имеем:

Примем фундамент из 41 свай, расположенных как показано на рис. 8. Проверяем выполнение условия

(3.4)

где - вертикальная нагрузка на наиболее загруженную сваю;

,,- соответственно расчетная сжимающая сила, расчетные моменты относительно главных центральных осей х и у плана свай в плоскости подошвы ростверка;

n - число свай в фундаменте;

,- расстояния от главных осей, до оси каждой сваи;

,- расстояния от главных осей до осей наиболее удаленной сваи, для которой вычисляются расчетные нагрузки;

Считается решение оптимальным, когда расхождение между величинами правой и левой частей формулы 3.4 не более 5%.

Вертикальная нагрузка на наименее загруженную сваю составляет

(3.5)

При проектировании стремятся добиться такого положения, чтобы была больше 0, т.е. чтобы свая испытывала сжимающие нагрузки.

В соответствии с рис. 8 и заданными нагрузками определяем:

Вес ростверка: G_p = г_p •V_p = 24 (13.9·7,5·2.5) = 6255.0 кН

N_I =N₀+ G_pfр, кН

_fр - коэффициент надежности по нагрузке, принимаемые по табл. 8 [4].

N_I = 16250+6255,01,1 = 23130,5 кН

М_Iх=М_х+Q_уh_р=6330+2502,5=6955,0 кНм;

М_Iу=М_у+Q_xh_р =8500+3802,5=9450,0 кНм;

=6,4 м, =3,2 м, =81,6²+10·3,2²+8·4,8²+10·6,4²=716,8 м²

=100,8²+8·1,6²+10·2,4²+8·3,2²=166,4 м²

Тогда

Недонапряжение составит 3,3%<5%, что допустимо.

Оба условия выполняются.

Рис. 8 Свайный фундамент опоры ОП-2

3.4 Проверка несущей способности по грунту свайного фундамента как условного фундамента мелкого заложения

Расчетное значение угла внутреннего трения грунта для пройденных сваей грунтов принимается средневзвешенным:

(3.6)

где - расчетное значение углов внутреннего трения грунта в пределах соответствующих участков сваи .

Несущую способность основания условного фундамента проверяем по п. 2.3, при этом подлежащие проверке среднее Р, кПа и максимальное Р_mах, кПа давления на грунт в сечениях ВС по подошве условного фундамента (см. рис. 8) следует определять по формулам:

(3.7)

(3.8)

где N_c - нормальная составляющая давления условного фундамента на основание, кН, определяемая с учетом веса грунтового массива вместе с ростверком и сваями;

, - размеры в плане условного фундамента, м, в плоскости действия нагрузки и в плоскости, перпендикулярной ей, соответственно;

, - соответственно, горизонтальная составляющая внешней нагрузки, кН, и ее момент относительно главной оси горизонтального сечения условного фундамента в уровне расчетной поверхности грунта, кН·м;

l₀ - глубина заложения условного фундамента относительно расчетной поверхности грунта, м;

К - коэффициент пропорциональности, характеризующий нарастание с увеличением глубины коэффициента постели грунта, расположенного выше подошвы фундамента, и принимаемый по таблице обязательного приложения 25 [4];

-коэффициент постели грунта в уровне подошвы условного фундамента, кН/мі, определяемый по формулам:

при l₀10 м =10·К;

при l₀ > 10 м =К· l₀.

Определяем размеры условного фундамента:

угол учитывается начиная со 2-го слоя, т.к. для первого слоя песка рыхлого насыщенного водой угол внутреннего трения нормами не определен, тогда размеры условного фундамента понизу:

=13,4+2tg5,4313,5=16 м,

= 7+2tg5,4313,5=9,6 м

l₀=17,3 > 10 м, =К l₀;

=+G_свfсв+G_pfр+G_грfгр;

_fсв, _fр, _fгр - коэффициенты надежности по нагрузке принимаемые по табл. 8 [4].

Тогда

вес свай G_св=410,282714,824=4117,0 кН;

вес ростверка G_p = г_p •V_p = 24 (13,9·7,5·2.5) = 6255,0 кН

вес грунта G_гр=(169,617,3-410,282714,8-13,9·7,5·2,5)18,38=40897,6 кН

=16250+4117·1.1+6255·1.1+40897.6·1.4=84915.8 кН

Найдем условное сопротивление грунта основания (песка пылеватого) по (2.7) Имеем: d=17,3 м; b=9,6 м>6 м, поэтому принимаем b=6,0 м; по табл. 19 [2] для песка пылеватого =0,06; =2,0; R₀=98 кПа.

.

Оба условия выполняются, несущая способность основания обеспечена.



Рис. 9 Схема для проверки несущей способности по грунту свайного фундамента

3.5 Определение осадки фундамента методом эквивалентного слоя

Для применения метода эквивалентного слоя проверим выполнение условия (2.10), для этого определим среднее давление под подошвой фундамента, по формуле (2.11), при этом сумма всех вертикальных нагрузок в уровне подошвы фундамента будет включать вес свай, ростверка и грунтового массива в пределах условного фундамента.

Тогда

вес свай G_св=410,282714,824=4117,0 кН;

вес ростверка G_p = г_p •V_p = 24 (13,9·7,5·2.5) = 6255,0 кН

вес грунта G_гр=(16,39,917,3-410,282714,8-13,9·7,5·2,5)18,74=44217,7 кН

- средневзвешенное значение удельного веса грунта, залегающего выше подошвы фундамента,

Тогда

N=16250/1,2+4117+6255+44217,7=68131,4 кН.

Определяем размеры условного фундамента:

угол учитывается начиная со 2-го слоя, т.к. для первого слоя песка рыхлого насыщенного угол внутреннего трения нормами не определен, тогда размеры условного фундамента понизу:

=13,4+2tg6,0813,5=16,3 м,

= 7+2tg6,0813,5=9,9 м

Получаем

Найдем расчетное сопротивление грунта основания R по формуле (2.12), при этом для нашего случая: =1,1, =1,2, по табл. 21 [2] при песке пылеватом; по табл. 22 [2] при =29,6° находим =1,114, = 5,454, =7,838, `=19,62 кН/мі; =3.8 кПа, . Получаем

Р= кПа< R=2505,2 кПа, условие выполняется

Сжимаемая толща грунта составит

(3.9)

где - толщина эквивалентного слоя, м

где - коэффициент, принимаемый по табл. 5.6 [5], A=1,257 при l/b =16,3/9,9=1.646 и

песке пылеватом;

- ширина условного фундамента,=9,9 м.

Получим

Осадка фундамента определяется как

(3.11)

где - коэффициент относительной сжимаемости, рассчитываемый по (2.19);

р - величина дополнительного вертикального напряжения. Находим бытовое давление под подошвой фундамента

=17,318,74=324,2 кПа,

Величина дополнительного вертикального напряжения составит

р =422,2-324,2=98,0 кПа,

тогда =324,2 кПа, =422,2 кПа, по рис. 1 находим =0,6390, =0,6351, тогда

Осадка фундамента составит



Рис. 10 Схема к расчету осадки свайного фундамента опоры ОП-2

4. Технология производства работ

4.1 Технология изготовления монолитных фундаментов

Земляные работы должны производится так, чтобы не была нарушена естественная структура грунта основания. При разработке грунта бульдозерами или многоковшовыми экскаваторами должен оставаться слой неразработанного грунта не менее 10 см., а при применении одноковшовых экскаваторов недобор должен быть увеличен до 30 см. В глинистых грунтах недобор дожжен быть не менее 40-50 см. Оставленный слой фунта должен разрабатываться средствами малой механизации непосредственно перед кладкой фундамента.

В процессе работ необходимо предохранять котлован от затопления атмосферными водами. Для чего следует произвести планировку вокруг котлована и обеспечить сток вод за пределы стройплощадки. В необходимых случаях должны быть устроены водоотводные канавы и сделано обвалование. На месте следует оставлять грунт только необходимый для засыпки пазух.

Работы по разработке грунта котлована и возведение фундамента должны производится в сжатые сроки. Нельзя оставлять открытый на проектную глубину котлован на продолжительное время.

Перед бетонированием фундамента необходимо произвести подготовку основания. Дно котлована планируется. Разжиженные слои глинистых грунтов должны быть удалены. Дно котлована следует укреплять втрамбовыванием щебня толщиной не менее 10 см.

После подготовки основания устанавливают щиты сборно-переставной опалубки, раскрепляют ее и укладывают бетонную смесь. Укладка бетонной смеси может производится краном в бадьях, по вибропитателю, ленточными транспортерами, либо бетононасосом. После набора бетоном фундамента требуемой прочности, опалубку снимают и выполняют двухслойную обмазочную гидроизоляцию.

После возведения фундамента пазухи; между ними и стенами котлована заполняют грунтом, укладываемым послойно с трамбованием.

4.2 Технология устройства свайного фундамента

Фундаменты из сборных железобетонных оболочек наиболее распространены в мостостроении.

Оболочку погружают обычно вибрационным или виброударным способом. Оболочки малого и среднего диаметра (до 1,2 м) в глинистые грунты можно погружать тяжелыми свайными молотами - чаще паровоздушными молотами одиночного действия. Находит применение и способ свободного погружения оболочек в предварительно пробуренные скважины.

Оболочки до 1 м в неплотный грунт можно погружать с закрытой полостью, последовательно соединяя их в секции. При этом к нижнему его концу присоединяется наконечник соответствующей формы (см. рис. 11 а). В связные и плотные грунты оболочки диаметром больше 0,6 м погружают с открытой полостью. При погружении оболочек с открытой полостью для уменьшения лобового сопротивления применяют ножи-наконечники. В зависимости от плотности грунтов используют разные конструкции ножей. Фланцевый нож имеет большое лобовое сопротивление и пригоден для погружения в слабые грунты, заостренный нож - для погружения в плотные грунты (см. рис. 11 б, в).



Рис. 11 Наконечник и наголовник оболочки

Возведение фундаментов на оболочках обычно слагается из следующих операций: укрупнительная сборка секций оболочек; погружение оболочек; разработка и извлечение грунта из их полости; разбуривание скального основания (при необходимости); заполнение полости оболочки бетонной смесью или гидрофобным грунтом; устройство плиты ростверка.

Для погружения оболочек вибрированием применяются низкочастотные вибропогружатели, которые выбирают по возмущающей силе, моменту эксцентриков и частоте колебания с учетом свойств грунта, размеров оболочки и собственного веса системы.

Вибропогружатель нужно плотно прикреплять к оболочке, причем конструкция соединения должна позволять быстро устанавливать и снимать его. Простейший наголовник ((см. рис. 11 г) представляет собой переходной сварной патрубок с ребрами жесткости и фланцами для болтовых соединений с оболочкой и с вибропогружателем. Если грунт из оболочки извлекать при помощи эрлифта без перерывов погружения, то для пропуска пультовода и нагнетательных труб в стенке наголовника оставляют отверстие соответствующих размеров, так как на установку и отсоединение наголовника с болтовыми соединениями требуется много времени.

Находят применение самозаклинивающиеся наголовники и цанковыми устройствами.

При относительно небольших размеров и малой глубине погружения оболочки можно предварительно собрать на полную длину и в готовом виде доставить и установить на место, однако возможности укрупнительной сборки ограничены грузоподъемностью кранов. Секции оболочек среднего и большого диаметров наращивают по мере погружения. Перед установкой каждой секции снимают вибропогружатель вместе с наголовником.

Рис. 12 Схема погружения оболочек

а - с помощью ящика-каркаса, подвешенного к плашкоуту; б - в передвижном направляющем каркасе; в - в направляющей стреле, подвешенной к портальному крану;

1 - ящик-каркас; 2 - подмости-вышки; 3 - крюк крана; 4 - трос к якорю; 5 - плашкоут из пантонов КС; 6 - маячная

Литература

1. Методические указания к выполнению курсового и дипломного проектирования по грунтоведению, основаниям и фундаментам транспортных сооружений для студентов специальности 31.10 - гидромелиорация г. Брест, БПИ, 1994, -35 с.

2. Задания к курсовому проекту по дисциплине» Грунтоведение, основания и фундаменты транспортных сооружений» для студентов специальности 31.10-гидромелиорация. Брест, БПИ, 1994. - 38 с.

3. СНиП 2.02.03 - 85, «Свайные фундаменты». М.: Стройиздат, 1986 г. - 48 с.

4. СНиП 2.05.03-84, «Мосты и трубы». М.: Стройиздат, 1985 г. - 200 с.

5. Цытович Н.А. Механика грунтов (краткий курс): Учебник для строительных вузов - М.:Высш. шк., 1983.-288 с.

Размещено на Allbest.ru