Проектирование фундамента мелкого заложения мостовой опоры

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Исходные данные для проектирования и их анализ

1.1 Исходные данные для проектирования

2. Инженерно-геологические условия строительной площадки

3. Проектирование фундамента мелкого заложения

3.1 Определение глубины заложения фундамента, возводимого на водотоке

3.2 Определение размеров фундамента в плане

3.3 Определение расчетного сопротивления грунта под подошвой фундамента

3.4 Проверка напряжений под подошвой фундамента

4. Проектирование свайного фундамента

4.1 Определение глубины заложения и размеров ростверка

4.2 Длина и поперечное сечение свай

4.3 Определение несущей способности сваи по грунту

4.4 Определение числа свай, их размещение и уточнение размеров ростверка

4.5 Расчет максимальной нагрузки на сваю

4.6 Расчет свайного фундамента как условно массивного

5. Экономическое сравнение вариантов фундаментов

Заключение

Список литературы

Приложение А

Приложение Б

Введение

При проектировании и строительстве железнодорожных мостов необходимо надежно закрепить опоры в грунте.

Опоры конструируют с грунтами основания посредством фундаментов. Конструкция и размеры фундаментов должны обеспечивать надежную устойчивость опор на весь срок эксплуатации моста. Расчеты основания производят по двум группам предельных состояний : по прочности грунтов основания (1 группа) и деформации (2 группа).

Расчет по первой группе включает:

а) определение среднего и максимального давления под подошвой фундаментов и их сравнение с расчетным сопротивлением грунта;

б) проверку прочности слабого слоя грунта, залегающего ниже несущего слоя;

в) проверку несущей способности свай.

Расчеты по второй группе ограничиваются определением осадки фундаментов и сравнение её с максимально-допустимой.

Невыполнение любого из условий устойчивости приводит к невозможности нормальной эксплуатации мостов, вплоть до их разрушения.

строительный фундамент свая подошва

1. Исходные данные для проектирования и их анализ

1.1 Исходные данные для проектирования

В таблице 1.1 приведены нормативные величины нагрузок, действующих на опору.

Таблица 1.1 -Нормативные нагрузки на опору моста и геометрические параметры

Наименование	Обозначение	Величина
Расчетный пролет, м	l	43
Вес опоры до обреза фундамента, кН	P0	5500
Вес пролетных строений, кН	Pн	1570
Временная нагрузка от подвижного состава, кН	Pк	6700
Нагрузка от торможения и силы тяги, кН	Т	420
Высота опоры, м	h0	8,2
Глубина промерзания, м	dfn	1,9
Глубина размыва грунта, м	hраз	0,3
Глубина горизонта подземных вод, м		3,6
Номер геологического разреза	7

Таблица 1.2 - Геологический разрез

Наименование	Грунты
	1	2	3	4
Мощность слоя, м	1	2,4	3,9
Грунты	Вода	Песок пылеватый	Супесь	Суглинок
Объемный вес грунта, кН	10	19,8	19,8	19,8
Удельный вес частиц грунта, кН/м3	--	26	26,7	27,1
Природная влажность	--	0,26	0,22	0,20
Границы раскатывания	--	--	0,20	0,16
Граница текучести	--	--	0,26	0,31
Сцепление С, кПА	--	15	16	51
Угол внутреннего трения	--	29	24	16
Модуль деформации E0, МПа	--	24000	19000	28000

2. Инженерно-геологические условия строительной площадки

На основе данных о грунтах определение физико-механические свойства грунтов, результаты записываем в таблицу.

Таблица 2.1 -Физико-механические и классификационные показатели грунтов

Показатели	Обозначения	Номер геологических слоев	Формула для расчёта
		1	2	3	4
удельный вес грунта	, кН/м3	--	26	26,7	27,1	из издания
объемный вес грунта (нормальное значение)	, кН/м"	10	19,8	19,8	19,8	из издания
влажность грунта	щ , доли единицы	--	0,26	0,22	0,20	из издания
объемный вес скелета грунта	, кН/м3	--	15,7	16,2	16,5
коэффициент пористости	е	--	0,6	0,6	0,6
удельный вес грунта во взвешенном состоянии ( =10кН/м3)	, кН/м3	--	10	10,4	10,7
степень влажности	,доли единицы	--	1,12	0,97	0,9
граница раскатывания	щp , доли единицы	--	--	0,2	0,16	из издания
граница текучести	щl , доли единицы	--	--	0,26	0,31	из издания
число пластичности	1р , доли единицы	--	--	0,06	0,15
показатель текучести	I1 , доли единицы	--	--	0,3	0,3
модуль деформации	E, МПа	--	24000	19000	28000	из издания
угол внутреннего трения	, град/С, МПа	--	29	24	16	из издания
сцепление	С, кПа	--	15	16	51	из издания
Условное сопротивление	R0, кПа	--	100	175	225	По таблицам

Полное наименование грунтов по е и для песков и - для глинистых.

1. Вода;

2. Песок пылеватый - грунт водонасыщенный

3. Супесь - грунт влажный, пластичный;

4. Суглинок - грунт тугопластичный.

3. Проектирование фундамента мелкого заложения

3.1 Определение глубины заложения фундамента, возводимого на водотоке

Исходя из инженерно-геологических условий, минимальная глубина подошвы фундамента будет:

dн1 ? hнес. сл. + 0,25,

где . - глубина промерзания, м.

dн1 ? 1,9+0,25;

dн1 ? 2,15 м.

При возможности размыва грунта фундамент мостовой опоры должен быть заглублен не менее чем 2,5 м от дна водотока после его размыва расчётным паводком.

Исходя из возможности размыва грунта, глубина заложения фундамента d будет:

dн2 ? dpаз + 2,5,

где dpаз глубина размыва, м;

dн2 ? 0,3+2,5;

dн2 ?2,8 м.

При наличии пучинистых грунтов глубина подошвы фундамента должна быть не менее, чем на 0,5 м больше глубины промерзания.

dн3 ? + 0,5,

где - глубина кровли несущего слоя, м.

dн3? ;

dн3?3,9м.

В данной работе принимается к проектированию dн3 ?3,9 м.

3.2 Определение размеров фундамента в плане

Минимальные размеры фундамента по обрезу равны:

аoбр = аo + 2•с;

boбр = bo + 2•с;

Аmin = aoбр•boбр;

где аoбр и boбр -длина и ширина опоры (по заданию).

аoбр = 9,8+2•0,2=10,2 м;

boбр =2,6+2•0,2=3 м;

= 10,2•3=30,6 мІ.

Размеры обреза фундамента в плане принимают больше размеров над фундаментной части опоры на величину обреза с = 0,3 м в каждую сторону для компенсации возможных отклонений положения и размеров фундамента при разбивке и производстве работ.

Максимальную площадь подошвы фундамента при заданной высоте hф определяют исходя из нормированного условия обеспечения жёсткости фундамента. Она заключается в том, что линия уступов или наклон граней фундамента, как правило, не должны отклоняться от вертикали на угол более 30°. Отсюда:

amax=a0+2•hф•tg30o;

bmax=b0+2•hф•tg30o;

Аmax = amax•bmax;

где hф -высота фундамента, равная расстоянию от обреза до подошвы, м

С учётом того, что tg30° = 0.577 , получим:

hф=3,4 м;

= 9,8+2?0,577?3,4=13,72 м;

= 2,6+2?0,577?3,4=6,52 м;

= 13,72?6,52=89,5 мІ.

Для окончательного определения размеров подошвы фундамента необходимо выполнить ряд дополнительных условий. Требуемая площадь подошвы фундамента в первом приближении может быть определена по формуле:

,

где =1,2 - коэффициент, учитывающий действие моментов;

- удельный вес кладки фундамента с грунтом на его уступок, принимаемый 20 кН/;

=10 -удельный вес воды;

- расстояние от подошвы фундамента до поверхности меженных или грунтовых вод, м;

- условное сопротивление грунта несущего слоя, кПа;

- расчетная вертикальная нагрузка на обрез фундамента.

Расчетная вертикальная нагрузка на обреза фундамента:

,

где - вес опоры, кН;

Pн- вес пролетных строений, кН;

- временная нагрузка от подвижного состава, кН;

=1,13- коэффициент надежности подвижной нагрузки.

=1,1•(5500 + 1570) + 1,13•6700 = 15348 кН;

Полученная площадь должна отвечать неравенству

АminА Аmax

30,6<61,2<89,5 - условие выполняется.

Окончательно принимаем размеры Аmax.

Подсчитываем размеры подошвы фундамента:

Задаемся соотношением сторон =2.

Принимаем высоту уступов = 1,5 м, тогда ширина уступов:

;

;

Принимаем ширину уступов

3.3 Определение расчетного сопротивления грунта под подошвой фундамента

Расчетное сопротивление основания из нескального грунта осевому сжатию R, кПа, под подошвой фундамента мелкого заложения следует определять по формуле:

R = 1,7 {Rо [1 + k1 (b - 2)] + k2 (dн- 3)} ,

где Rо условное сопротивление грунта, кПа, равное 200 кПа;

b ширина подошвы фундамента, м;

dн глубина заложения фундамента, м;

осредненное по слоям расчетное значение удельного веса грунта, расположенного выше подошвы фундамента, кН/м3.

Расчетное значение удельного веса грунта, расположенного выше подошвы фундамента:

где k1 , k2 коэффициенты, принимаемые 0,02 и 1,5 соответственно.

3.4 Проверка напряжений под подошвой фундамента

Среднее давление под подошвой фундамента рассчитываем по формуле:

а максимальное:

где А- принятая площадь подошвы фундамента, м2;

- коэффициент условий работы, равный 1,2;

- коэффициент сопротивления по подошве фундамента;

W- момент сопротивления по подошве фундамента.

Момент сопротивления по подошве фундамента:

где а и b - длинна и ширина подошвы фундамента, м.

где , ,,,, T, - из задания;

= 1,13 - коэффициент надежности подвижной нагрузки;

- вес фундамента с учетом взвешивающего действия воды в песчаных или супесчаных грунтах, кН.

Вес фундамента с учетом взвешивающего действия воды в песчаных или супесчаных грунтах:

где = 24 кН/м3 - объемный вес бетонной кладки.

кН;

Нагрузка от веса грунта на уступах:

,

где - средний вес грунта засыпки, принимается 17,0 кН/м3.

.

Вес воды на уступах:

,

где -глубина подошвы от поверхности воды, м.

= 16393,99кН.

- условие выполняется.

.

3.5 Расчет осадки фундамента

Расчет осадок фундамента проводим методом послойного суммирования по формуле:

S=в,

где в-коэффициент, равный 0,8

среднее вертикальное напряжение на i-м слое, кПа;

- мощность i-го слоя;

- модуль деформации i-го слоя.

Глубина Zi=.

Природное давление на глубине Zi равно:

= +,

где - природное давление на уровне подошвы фундамента:

=+*,

где - мощность грунтов;

- объемный вес грунтов выше подошва фундамнта, кН/м.

Дополнительное давление на глубине z:

=*б,

где - дополнительное напряжение в грунте под подошвой фундамента, кПа.

Среднее напряжение для каждого слоя:

=.

Расчеты ведутся в таблице 3.1

Таблица 3.1- Расчет осадки фундамента

Номер слоя	Глубина подошвы слоя от подошвы фундамента, м	Толщина слоя , м	Расчетный удельный вес ?, кН/мі	Природное давление , на глубине	0,2 природного давления	Коэффициент	Коэффициент	Дополнительное давление на глубине , кН/мі	Модуль деформации грунта	Среднее дополнительное давление , кН/мі	Осадка , м
1	0	-	26.7	67.42	13.48	0	1	235.66	-	-	-
2	1,45	1.45	26,7	96,13	19,22	0,43	0,96	225,66	19000	230,38	0,014
3	3,4	1,95	26,7	134,74	26,94	1,01	0,79	178,97	19000	202,31	0,017
4	5,4	2	27,1	174,34	34,87	1,61	0,59	105,59	28000	142,28	0,008
5	7,4	2	27,1	213,94	42,78	2,21	0,43	45,82	28000	75,71	0,004
6	9,4	2	27,1	253,54	50,71	2,8	0,32	14,71	28000	30,265	0,002
?=0,045

Суммируем осадки элементарных слоев в пределах сжимаемой толщи и сравниваем с допустимой (Su)

Su=0,002*lp,

где lp- длина расчетного пролета.

0,0450,086 - условие выполняется

4. Проектирование свайного фундамента

4.1 Определение глубины заложения и размеров ростверка

Обрез ростверка располагается на глубине 0,5м от поверхности воды или поверхности грунта (на суходоле). Подошва ростверка располагается в непучинистых грунтах на любой глубине, в пучинистых грунтах, подвергаемых зимнему промерзанию на глубине dp ? dfn+0,25, в русле реки- ниже линии местного размыва.

4.2 Длина и поперечное сечение свай

Глубина погружения свай в любых грунтах от поверхности дна реки после размыва должна быть не менее 4м.

Предварительно длина свай определяется по формуле:

l= dн.с. + hз.г. + hз.р.- dp ,

где hз.р - глубина заделки головы сваи в ростверк 0,6 м;

hз.г. - глубина заделки сваи в несущий слой 1 м;

dp.- глубина подошвы низкого ростверка 2,3 м;

dн.с.- глубина несущего слоя от поверхности земли или дна водотока 6,3 м.

Найденное значение длины сваи округляется до ближайшего большего значения кратного 1 м.

Принимаем l=8м.

Размеры поперечного сечения рекомендуются следующие:

Принимаем 0,35Ч0,35м.

В разрезе с преобладанием песчаных грунтов принять способ погружения- забивка молотом во все грунты

4.3 Определение несущей способности сваи по грунту

Расчетное сопротивление висячей сваи определяется по формуле:

,

где гс - коэффициент условий работы, равный 1;

гg - коэффициент надежности по грунту, равный 1,4;

R- расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, R=3050 кПа;

А- площадь поперечного сечения сваи, А=0,09 м2;

U- периметр поперечного сечения сваи, U=1,2 м;

hi- толщина i-го слоя грунта в пределах сваи м;

fi- коэффициент трения по боковой поверхности сваи;

гсr, гсf- коэффициенты условий работы, зависящие от способа погружения свай.

4.4 Определение числа свай, их размещение и уточнение размеров ростверка

Количество свай определяется по формуле :

где з= 1,1- коэффициент перегрузки.

Расчетная нагрузка определяется по формуле:

Вес ростверка:

,

где площадь ростверка, ;

=10,2•3=30,6

;

=•h•,

где вес воды, кН/;

h высота слоя воды, м;

площадь опоры, ;

=кН;

=кН;

Принимаем n=21.

Сваи в ростверке размещаем в рядовом порядке.

4.5 Расчет максимальной нагрузки на сваю

Наиболее нагруженными являются сваи крайнего ряда в направлении действия момента и горизонтальных сил.

Продольная сила N в наиболее нагруженной свае должна быть меньше или равна несущей способности сваи, то есть

;

Продольную силу определяем по формуле:

где Mi - расчетный момент в плоскости подошвы фундамента кН•м.

Расчетный момент в плоскости подошвы фундамента:

,

где ymax- расстояние от оси подошвы фундамента до оси крайнего ряда свай в направлении оси моста;

yi- расстояние от оси подошвы до оси каждой сваи в направлении действия момента.

=1,1•440•(8,2+1,2)=4342,8 кН•м.

,

Вес свай:

где A- площадь сечения сваи, м2;

hз.р- глубина заделки сваи в ростверк, 0,7м;

l- полная длина сваи, м;

n- число свай, штук;

гb- объемный вес свай, гb= 25кН ? м3.

0,1225•(8-0,5)•21•25 = 482,343 кН;

1,1•(5500+1570+918 +482,343+32,9)+1,13•6700=16924,56 кН;

-- условие N? Fd выполняется, несущая способность свай, обеспечена.

4.6 Расчет свайного фундамента как условно массивного

Размеры условного фундамента определяются следующими параметрами:

- высота фундамента равна расстоянию от поверхности до отметки нижних концов свай;

- длина и ширина соответственно:

,

,

где - угол наклона наклонных свай, или 0,25 среднего угла внутреннего трения слоев, пересекаемых вертикальными сваями.

Угол наклона наклонных свай:

где - угол внутреннего трения i-го слоя;

hi- мощность i-го.

9,8+ tg 5,798•(8-0,5) =10,57 м;

2,6+ tg 5,789•(8-0,5) =3,37 м;

Несущая способность основания должна удовлетворять следующим условиям:

где гс= 1,2- коэффициент условий работы;

гn= 1,4- коэффициент надежности.

Расчетное сопротивление грунта несущего слоя, определяется по формуле:

R = 1,7 {Rо [1 + k1 (b - 2)] + k2 (dн- 3)} ,

где Rо условное сопротивление грунта, кПа, равное 6900 кПа;

ширина подошвы фундамента, м;

dн глубина заложения фундамента, dн=7,1 м;

k1 , k2 коэффициенты, принимаемые 0.04 и 3,0 соответственно.

осредненное по слоям расчетное значение удельного веса грунта, расположенного выше подошвы фундамента, кН/м3.

R=1,7{3433 [1+0,06 (3,37-2)]+219,8(9,2-3)}=6733,918 кН;

Среднее давление под фундаментом равно:

Расчетная нагрузка определяется по формуле:

=1,1•(5500 + 1570 + 918 + 32,9 + 7772,148)+1,13•6700=24943,353 кН;

699,694809,94 -- условие выполнено.

где T- тормозная сила (из задания), кН;

MI- момент, MI=4435,2 кН•м;

K- коэффициент пропорциональности грунта верхнего слоя, K=5000;

Св- коэффициент постели грунта основания, Св=50000.

5771,93-- условие выполнено.

5. Экономическое сравнение вариантов фундаментов

Расчет стоимости возведения фундаментов рекомендуется проводить по укрупненным условным расценкам.

Определение строительной стоимости проводится в форме таблицы.

При определении объемов работ следует учитывать следующее:

- размеры котлована в плане принимать:

=а + 2 м, =b + 2 м.

- глубина котлована при опирании фундамента на песок равна , при опирании на глинистый грунт = + 0,2 м, с учетом устройства под фундамент гравийно-песчаной подушки высотой 0,2 м;

- в свайном фундаменте вместо размеров фундамента принимать размеры ростверка, при этом необходимость в устройстве подушки отпадает;

- на местности, покрытой водой, предусмотреть шпунтовое ограждение по периметру котлована;

Таблица 5.1 Ведомость объемов основных работ и стоимости фундаментов по вариантам.

Наименование работ	Объём работ	Стоимость
	ед. изм.	количество	единичная	общая
Фундамент мелкого заложения.
1.Разработка котлована		517,53	2,5	1293,825
2.Крепление котлована		258,72	25	6468
3.Отсыпка гравийно-песчаной подушки		23,409	1	23,409
4.Кладка фундамента		354,954	40	14198,16
	21983,394
Свайный фундамент.
1.Разработка котлована		103,7	2,5	259,25
2.Крепление котлована		70,56	1,5	105,84
3.Погружение свай		19,11	110	2102,1
4.Устройство ростверка		55,08	60	3304,8
	5771,99

Вывод: Сравнивая два варианта проектирования фундаментов мелкого и свайный фундамент заложения под промежуточные опоры мостов и учитывая их стоимость и геологические условия, был сделан вывод, что более экономичным будет проектирование свайного фундамента.

Заключение

В сравнении двух вариантов фундаментов по технико-экономическим показателям, наиболее экономичным вышел свайный фундамент.

Свайный фундамент состоит из свай, объединенных в верхней части балкой или плитой, именуемыми ростверком. Ростверк служит для распределения нагрузки, передаваемой сооружением на сваи. Головы свай обычно заделывают в ростверк.

Необходимость устройства свайных фундаментов возникает, если верхние слои грунтов являются слабыми, малопрочными и сильносжимаемыми, то есть они являются малопригодными для устройства на них фундаментов мелкого заложения без улучшения свойств грунтов. Сваи передают нагрузки от сооружения на нижние, как правило, более уплотненные и прочные слои грунта. Свайные фундаменты применяются, если они являются в рассматриваемых условиях более экономичными и индустриальными.

Список литературы

1. СП 50-101-2004. Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений. М.: Стройиздат, 2004. 130 с.

2. СП 50-102-2003. Проектирование и устройство свайных фундаментов. М.: Стройиздат, 2004. 81 с.

3. Бахарев И И., Рязанов Ю. С. Проектирование фундаментов глубокого заложения. Хабаровск, 2000.

4. Берлинов М. В. Основания и фундаменты. СПб.: Лань, 2011. 318с.

5. Гольдштейн М. Г., Царьков А. А., Черкасов И.И. Механика грунтов, основания и фундаменты. М.: Транспорт, 1981.

6. Кирилов В. С. Основания и фундаменты. М.: Транспорт,1980.

Размещено на Allbest.ru