Проектирование фундамента

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

В курсе «Механика грунтов, основания и фундаменты» данный проект предназначен для закрепления теоретического материала по двум разделам дисциплины: «Механика грунтов» и «Основания и фундаменты» а также приобретения навыков проектирования двух вариантов фундаментов и их оснований:

а) фундамента мелкого заложения,

б) свайные фундаменты.

В процессе выполнения проекта изучается и ознакомляется с существующей по этой дисциплине литературой: учебниками учебными пособиями, СНиПоми, ГОСТами, справочниками.

В данном проекте ставится задачи проектирования основании и фундаментов железнодорожной мостовой опоры в различных инженерно-геологических и гидрогеологических условиях. Здесь рассматривается два случая:

1) фундамент опоры на суходоле.

2) фундамент опоры в русле реки.

В заключений на основании технико-экономического сравнения вариантов делается выбор основного экономичного варианта фундамента.

В проекте необходимо рассчитать и запроектировать фундамент под промежуточную опору моста. При этом разрабатывали два варианта: фундамент на естественном основании (мелкого заложения) и свайный фундамент.



1. Исходные данные

1.1 Исходные данные для проектирования

Таблица 1.1:

Показатели	Вариант
По последней цифре	шифра
Номер геологического разреза	8
Глубина размыва грунта hр, м	0,7
Расчетный пролет lр, м	33,0
Высота опоры l0, МН	6,4
Вес опоры Р0, МН	4,30
По предпоследней цифре	шифра
Вес пролетных строений Рп, МН	1,12
Сила воздействия от временной вертикальной подвижной нагрузки Рк, МН	5,40
Горизонтальная тормозная сила Т, МН	0,45
Коэффициент надежности временной подвижной нагрузки гf	1,14
Коэффициент Мt для расчета глубины промерзания грунта	27

1.2 Данные о грунтах строительной площадки

Таблица 1.2:

Номер слоя	1	2	3	4
Глубина подмыва слоя от поверхности, м	2,0	4,8	12,2	-
Мощность слоя, м	2,0	2,8	7,4	-
Абсолютная отметка подошвы слоя, м	134,4	131,6	124,2	-
Уровень подземных вод WL, м
Наименование грунта	Вода	Глина	Глина	Песок мелкий
Удельный вес твердых частиц грунта гs, кН/м3	-	27,5	27,4	25,8
Удельный вес грунта г, кН/м3	10,0	19,5	19,8	18,4
Природная влажность щ	-	0,29	0,25	0,10
Граница текучести щL	-	0,36	0,39	-
Граница раскатывания щp	-	0,18	0,19	-
Удельное сцепление C, кПа	-	38	57	4
Угол внутреннего трения ц, град	-	13	18
Модуль деформации Е, МПа	-	13	20	37



2. Анализ инженерно-геологические условия строительной площадки

На основе данных о грунтах (таблица 1.2) определяем физико-механические свойства грунтов каждого слоя основания и результаты приводим в свободной таблице 2.1, где даны все находимые для расчета формулы.

Таблица 2.1 - Свободная таблица физико-механических характеристик грунтов:

Показатели	Обозначения	Номер геологических слоев	Формула для расчета
		1-й	2-й	3-й
Удельный вес твердых частиц грунта	гS, кН/м3	27.5	27.4	25.8	Из задания
Удельный вес грунта	г, кН/м3	19.5	19.8	18.4	То же
Влажность грунта	щ,долиединицы	0.29	0.25	0.10	-
Удельный вес скелета грунта	гd, кН/м3	15.12	15.84	16.72
Коэффициент пористости	е	0.82	0.73	0.54
Удельный вес во взвешенном состоянии	гSb, кН/м3	97.2	64.4	34.3
Степень влажности	Sr,доли единицы	0.97	0.94	0.48
Граница раскатывания	щр, доли единиц	0.18	0.19	-	Из задания
Граница текучести	щL, доли единицы	0.36	0.39		То же
Число пластичности	Jp, долиединиц	0.18	0.20		Jp=щL - щp
Показатель текучести	JL, доли единицы	0.61	0.3
Модуль деформации	Е, МПа	13	20	37	Из задания
Угол внутреннего трения	ц, град	13	18	36	То же
Сцепление	С, кПа	38	57	4	-
Наименование грунтов: Песчаных по e, Sr
Глинистых по JP, JL



3. Проектирование фундамента мелкого заложения

3.1 Определение глубины заложения подошвы фундамента

Глубина заложения 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;

Нормативная глубина промерзания грунта, если она менее 2,5м, определяется по формуле:

Где: - коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе (принимаем по табл.1.1); - глубина промерзания в см, зависящая от вида грунта; принимается равной: для суглинков и глин - 23 см, супесей, песков мелких и пылеватых - 28 см, песков гравелистых, крупных и средней крупности - 30 см, крупнообломочных грунтов - 34см. Значение для грунтов неоднородного сложения принимается как средневзвешенное по глубине в пределах зоны промерзания.

При строительстве на суходоле минимальная глубина заложения подошвы фундамента:



м

При возможности размыва грунта фундаменты мостовых опор должны быть заглублены не менее чем на 2,5м от дна водотока после его размыва расчетным паводком.

Фактическая глубина заложения фундамента зависит от всех перечисленных факторов и при сооружении фундаментов при открытом котловане ее следует назначать в пределах от 3 до 6м, считая от поверхности грунта на суходоле и от поверхности воды в водоеме.

В выбранный несущий слой грунта фундамент должен быть заглублен не менее чем 0,5 м, учитывая возможность наклонного расположения слоев. Глубина заложения подошвы фундамента окончательно назначается при определении площади подошвы и проверке напряжений под подошвой фундамента.

3.2 Определение площади подошвы и размеров уступов фундаментов

Размеры обреза фундамента в плане принимают больше размеров над фундаментной части опоры на величину С = 0,15 +0 ,30 м в каждую сторону для компенсации возможных отклонений положения и размеров фундамента при разбивке и производстве работ.

Минимальная площадь подошвы фундамента:

= (2,6 + 20,2)(9,8 + 20,2) = 30,6 м²

Требуемая площадь подошвы фундамента:

N_I =1,1(+Р_п) + г_ѓ P_к = N_I =1,1 (4300+1120 )+1,14 · 5400 = 12118 кH



Где:

N_I- расчетная вертикальная сила по обрезу фундамента;

R - расчетное сопротивление грунта основания, МПа;

г_ср - средний удельный вес кладки фундамента и грунта на его уступках, в работе можно принять г_ср =20кН/м³;

г_ѓ - коэффициент надежности временной подвижной нагрузки из табл.1.1

з- коэффициент, учитывающий действие момента, з=1,2

3.3 Определение расчетного сопротивления грунта под подошвой фундамента

Расчетное сопротивление нескального грунта под подошвой фундамента определяется по формуле:

R = 1,7{ R₀ [ 1+K₁ (b - 2) ]+ K₂г(d - 3)} = 1,7{ 220[1+0,08(5 - 2)]+ 2,5· 20(4,1 - 3)} = 557,3 кПа

Где:

R₀ - условное сопротивлениегрунта, кПа, принимаемое по табл. 3.2 для Песчаных грунтов;

? - ширина подошвой фундамента

d- глубина заложения фундамента, м, принимаемая от поверхности грунта (на суходоле) или дна водотока после размыва (в русле реки) до подошвы фундамента;

г- осредненное по слоям расчетное значение удельного веса грунта , расположенное выше подошвы фундамента , возьмем г - 20кН/м³;

K₁, K₂ - коэффициенты, принимаем согласно по табл.3.3 в МУ, К₁=0,08м, К₂=2,5м,



3.4 Определение и проверка напряжений под подошвой фундамента

Расчет преследует цель определить средние, максимальные и минимальные напряжения под подошвой фундамента и сравнить их с расчетным сопротивлением грунта.

Р =?; Р_max = + ? ; Р_min = - ? 0

W =

N_э = 1,1 (Р₀ + Р_п + Р_ф ) + г_ѓ · Р_к ; М_э = 1,1 Т(1,1+ h₀ +h_ф)

Решения:

W= 29,8 м³.

Р_ф = l · b · d · г = 11,2 · 4 · 4,1 · 20 =3673 кН

N_э = 1,1 (4300 + 1120 + 3673 ) + 1,4 · 5400= 16158 кН.

А = ? · b = 11,2 · 4 = 44,8 м²

М_э = 1,1 ·540(1,1+ 6,4 +5,3 ) = 7603 кН,

Р = ? = 360,6 ? 398 МПа,

Р_max = 360,6 + ? = 615,7 ? 477,7 МПа,

Р_min = 360,6 - 255,1 = 105,5 ? 0 МПа,

Где:

Р, Р_max, Р_min - соответственно среднее, максимальное и минимальное давления подошвы фундамента на основание, МПа;

N_э - расчетная вертикальная нагрузка на основание с учетом гидростатического давления, если оно имеет место, мН;

М_э - расчетный момент относительно оси, проходящей через центр тяжести подошвы фундамента, мН·м;

W - момент сопротивления по подошве фундамента, м³;

- ширина и длина подошвы фундамента;

R - расчетное сопротивление грунта под подошвой фундамента, МПа;

г_с и г_п - коэффициент условий работы и надежности принимаемый равным 1,2 и 1,4

Р₀, Р_п, Р_к, Т, г_ѓ, h₀- берем из данных исходных;

h_ф - высота фундамента;

3.5 Расчет осадки фундамента

Метод послойного суммирования рекомендуется СНиПом для расчета осадок фундаментов шириной менее 10 м. Величина осадки фундамента определяется по формуле:

S = в

Где: в - безразмерный коэффициент, равный 0,8;

у_zpi - среднее вертикальное напряжение в i -м слоев грунта;

h_i и E_i - соответственно толщина и модуль деформации i - го слоя грунта (табл.1,2); - число слоев, на которое разбита сжимаемая толща основания.

Техника расчетов сводится к следующему:

1. Сжимаемую толщину грунтов, расположенную ниже подошвы фундамента, разбивают на элементарные слои толщиной h_i? 0,4b, где b- ширина подошвы фундамента. Границы элементарных слоев должны совпадать с границами слоев грунтов и уровнем подземных вод. Глубина разбивки должна быть примерно равна 3b.

2. Определяют значения вертикальных напряжений от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента и на границе каждого подслоя:

у_zg = у_zgo + Уг_i ·h_i

Где:

у_zgo- вертикальное напряжение от собственного веса на уровне подошвы фундамента;

г_i- удельный вес грунта i - го слоя;

h_i - толщина i - го слоя грунта.

3. Определяют дополнительное вертикальное напряжение в грунте под подошвой фундамента по формуле:

у_zрo = Р - у_zgo

Среднее давление на грунт от нормативных постоянных нагрузок:

Р =

N_ээ = Р₀ + Р_п + Р_ф + Р_в + Р_г

Значение ординат эпюры распределения дополнительных вертикальных напряжений в грунте вычисляется, как у_zрi = бу_zрo.

4. Определяют нижнюю границу сжимаемой толщи (В.С.). Она находится на горизонтальной плоскости, где соблюдается условие у_zр ? 0,2у_zg.

5. Определяют осадку каждого слоя основания по формуле:

S = в



Где:

в = 0,8 - безразмерный коэффициент для всех видов грунтов;

у_{zpi ср}- среднее дополнительноевертикальное напряжение в i- ом слое грунта, равное полусумме указанных напряжений на верхней и нижней границах слоя, толщиной h_i.

Осадка фундамента определяется по формуле:

S = h · A₀ · P

A₀ = = = 0,04 · МПа; h = 1,5 - 2 м

Р = = = 360,6

S = 2 · 0,04 · 0,36 = 0,028м ? 2,8 см

Осадка фундамента - 2,8 см.



4. Проектирование свайного фундамента

4.1 Определение глубины заложения и предварительное назначение размеров ростверка

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:

а) в непучинистых грунтах - на любом уровне;

б) в пучинистых - на глубине не менее d_fn+0,25 м;

в)в русле реки - ниже линии местного размыва.

Минимальная толщина ростверка h_p= 1,2 - 1,5 м. Допускается заделка свай не менее 0,15 м при условии остальной заделки выпуском продольной арматуры.

Разметы ростверка по верху определяется размерами над фундаментной конструкции ( нормы уширения ростверка по обрезу - так 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 h_у = 0,7-2,0 м и шириной более 0,5h_у . В настоящих методических указаниях рассматривается ход проектирования и расчета применительно к низкому ростверку.

4.2 Длина и поперечное сечение свай

В работе рекомендуется применять забивные железобетонные сваи сплошного квадратного сечения. 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:

а) при крупнообломочных грунтах, гравелистых, крупных и средней крупности песках, а также глинистых грунтах с показателем текучести J_L<0,1 - не менее 0,5 м;

б) при прочих нескольких грунтах - не менее 1,0 м.

Глубина погружений сваи от поверхности грунта (в руслу реки - с учетом размыва ) не должна быть менее 4 м. Наиболее распространенный в практике мостостроения сплошные сваи сечением от 30?30 до 40?40 см.

4.3 Определение расчетной нагрузки, допускаемой на сваю

При небольших горизонтальных нагрузках и низких ростверках свай, как правило, размещается 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 определяется по формуле:

F_d = г_g(г_c.RR · A +UУг_c.ff_ih_i) = 1( 1 · 3,3 · 0,16 +0,44) =0,968 МПа ?968кПа

U(f₁· h₁ + f₂· h₂ + f₃· h₃ + f₄· h₄ ) = 1,6 (0,008 · 2+0,035 · 2+0,040 · 2+0,043 · 2) = 0,44 м

Где:

г_c - коэффициент условий работы свай, принимаемый г_c - 1;

г_g - коэффициент надежности по грунту, принимаемый г_g = 1;

R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, определяют по таблице 4.1 МПа, R = 3,3 МПа;

А - площадь поперечного сечения сваи, м², А = 0,16 м²;

U- наружный периметр свай, м, U = 1,6 м;

f_i - расчетное сопротивление i - го слоя грунта основания по боковой поверхности сваи, определяемое по таблице 4.2, МПа;

h_i - толщина i - го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхности сваи, зависящие от способа погружения сваи (для свай, погружаемых забивкой.

4.4 Определение числа свай, их размещение и уточнение размеров ростверка

Количество свай определяется по формуле:

n=

Р = =691,4; n = = 27сваи.

Где:

N_i - расчетная нагрузка, передаваемая на сваю, определяемая, в общем случаи по формуле:

N_э = 1,1 (Р₀ + Р_п + Р_р) + г_ѓ · Р_к = 1,1 (4300+1120+2576) + 1,14· 5400 =14952 кН

Где:

Р_р - вес ростверка, г_ѓ , Р_к, Р₀, Р_п - берем из исходных данных;

Р_в - нагрузка от веса воды, действующей на уступы фундамента (учитывая, если фундамент врезан в водонепроницаемый грунт), мН;

Р_г - соответственно нагрузки от веса грунта на его уступах (с учетом взвешивающих действия воды, если оно имеет место), мН;

F_d- расчетная нагрузка, опускаемая на сваю;

з - коэффициент, учитывающий перегрузку отдельных свай от действующего момента, равный 1,1 - 1,2.

4.5 Поверочный расчет свайного фундамента по несущей способности

Обычно проверяют расчетную нагрузку на крайнюю сваю со стороны наибольшего сжимающего напряжения.

При этом распределение вертикальных нагрузок между сваями фундаментов мостов определяется расчетом их как рамной конструкции. В курсовой работе разрешается проверить усилие в свае с учетом действия по заданию одной горизонтальной силы Т по следующей упрощенной методике:

N = + ?F_d = + = 534 + 421 = 955 мН? 968 мН

М_I =1,1 · Т ( 1,1 +h₀ + h_р ) = 1,1 · 540 ( 1,1 + 6,4 +2,3 ) + 594 · 9,8 =5821,2 кН

Где:

М_i - расчетный момент в плоскости подошвы ростверка от сил торможения,

y_max - расстояние от главной центральной оси инерции подошвы фундамента до оси крайнего ряда свай в направлении действия момента М_i,

у_i- расстояние от той же оси каждого сваи, м,

N_i - плотная расчетная вертикальная нагрузка с учетам веса сваи, мН; определяемая по формуле:

N_э = 1,1 ( Р₀ + Р_п + Р_р +Р_св ) + г_ѓ · Р_к = 1,1(4300 + 1120 + 2576 + 28,8) + 1,14 · 5400 =14983 кН



Где:

Р_св - вес свай, мН;

Р_р - вес ростверка;

Остальные обозначения берем из исходных данных, мН;

F_d - расчетная нагрузка на сваю, МПа; n - число свай.

Если условие N_i ? F не удовлетворяется, то необходимо пересчитать несущую способность сваи, увеличив ее длину или поперечное сечение.

Расчет осадки свайного фундамента производится совершенно аналогично расчету осадки фундамента низкого заложения на естественном основании. При этом верхняя граница сжимаемой толщи соответствует подошве условного массивного фундамента и расчет производится от действия нормативных постоянных нагрузок. В курсовой работе разрешается расчет осадки свайного фундамента не производит.

4.6 Расчет свайного фундамента как условного массивного

Предварительно определяется граница условного массивного фундамента. Для этого находят средневзвешенное значение угла внутреннего трения углов, пройденных сваями:

ц_m =

Где: ц_i- расчетные значения углов внутреннего трения отдельно пройденных сваями слоев грунта;

h_i - толщина этих слоев, м;

d =Уh_i - глубина погружения свай от подошвы ростверка или от уровня размыва, если подошва ростверка расположена выше этого уровня. Проверка напряжении по подошве условного фундамента производится по формулам:



Р = ?

Р = + ?

Где:

N_Ic- расчетная нормальна нагрузка в основании условного массивного фундамента с учетом веса свай и грунта в пределах условного массивного фундамента, мН;

М_Ic - расчетный момент по подошве ростверка, мН·м;

- соответственно длина и ширина условного и массивного фундамента;

R - расчетное сопротивление грунта в уровне подошвы условного массивного фундамента, кПа;

d- расстояние от подошвы низкого ростверка до нижних концов свай;

К - коэффициент пропорциональности, определяющий нарастание с глубины коэффициента постели грунта, расположенного выше подошвы фундамента;

c_b -коэффициента постели грунтов уровне подошвы условного фундамента, кН/м³; проектирование строительный фундамент

Т - заданная тормозная сила, МПа;



Литература

1. Цытович Н.А. «Механика грунтов» 1983 г.

2. Глотов Н.М. и. др. «Основания и фундаменты транспортных сооружений» М.: Транспорт , 1996 г.

3. Исаханов Е.А. «Основы геотехники»; учебное пособие. Алматы: КазАТК, 2008 г.

4. Исаханов Е.А., Джалаиров А.К. «Проектирование фундаментов опор мостов» МУ. Алматы :КазАТК, 2003 г.

5. Квашнин М.Я. « Геотехника 2 в примерах и задачах»; Учебное пособие. Алматы: КазАТК, 2007 г.

6. Квашнин М.Я. Методическая указания к КП по дисциплине «Механика грунтов, основания и фундаменты», Алматы: КазАТК, 2012 г.

7. Исаханов Е.А., Меньшикова А.С. «Механика грунтов, основания и фундаменты» »; учебное пособие. Алматы: КазАТК, 2000 г.

Размещено на Allbest.ru

...