Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

• 1. Анализ исходных данных для проектирования фундамента промежуточной опоры моста
• 1.1 Исходные данные для проектирования
• 1.2 Анализ инженерно-геологических условий
• 1.2.1 Расчет дополнительных характеристик и определение полного наименования грунтов, слагающих основание
• 1.3 Расчёт сочетаний нагрузок
• 2. Проектирование массивных фундаментов мелкого заложения
• 2.1 Назначение размеров фундамента и его конструирование
• 2.1.1 Предварительное определение основных размеров фундамента
• 2.1.2 Конструирование фундамента мелкого заложения
• 2.1.3 Приведение нагрузок к подошве фундамента
• 2.2 Расчёты оснований и фундаментов по первой группе предельных состояний
• 2.2.1 Проверка несущей способности основания под подошвой фундамента
• 2.3 Проверка несущей способности слабого подстилающего слоя основания
• 2.3.1 Проверка устойчивости положения фундамента
• 2.3.2 Проверка положения равнодействующей внешних нагрузок
• 2.4 Расчёты оснований и фундаментов по второй группе нагрузок предельных состояний
• 2.4.1 Определение осадки основания фундамента
• 2.4.2 Проверка горизонтального смещения верха опор
• 3. Проектирование свайного фундамента
• 3.1 Краткие общие сведения
• 3.2 Назначение основных параметров фундамента
• 3.2.1 Выбор основных отметок и размеров фундамента
• 3.2.2 Определение несущей способности сваи
• 3.2.3 Предварительное определение необходимого числа свай и конструирование фундамента
• 3.2.4 Приведение нагрузок к подошве плиты ростверка
• 3.3 Расчёт усилий в сваях
• 3.3.1 Расчётная схема для определения усилий в сваях
• 3.3.2 Порядок определения усилий в сваях
• 3.4 Расчёты по первой группе предельных состояний
• 3.4.1 Проверки несущей способности свай на вдавливание в грунт и выдергивание из грунта
• 3.4.2 Проверка устойчивость грунта, окружающего сваю
• 3.4.3 Проверка прочности опорного и подстилающего слоев основания
• 3.5 Расчёты свайного фундамента по второй группе предельных состояний
• 3.5.1 Проверка по отклонению верха опоры
• 3.5.2 Расчёт осадки основания свайного фундамента
• Библиографический список
• 1. Анализ исходных данных для проектирования фундамента промежуточной опоры моста

1.1 Исходные данные для проектирования

фундамент свая мост проектирование

Вариант согласно шифру 06. Тип сооружения - I. Чертеж промежуточной опоры с указанием сил, действующих на нее сил представлен на рисунке 1. Вариант исходных данных - 2. Значения нормативных нагрузок на опору моста и геометрические параметры приведены в таблице 1.1. В основании опоры выделено три инженерно геологических элемента (слоя грунта) - грунты №2, №12, №18. Физико - механические и классификационные показатели данных грунтов приведены в таблицах 1.2 и 1.3.

Рисунок 1. Схема опоры, совмещённая со схемой геологического разреза основания.

Таблица 1.1. Значения нормативных нагрузок на опору моста и геометрические параметры

Наименование	Символ	Вариант 2
Нормативные нагрузки
Вес опоры до обреза фундамента, кН	РA	5150
Нагрузка от веса пролетных строений, кН	PF	1300
Нагрузка от подвижного состава в двух пролетах, кН	Pv	6200
Нагрузка от торможения или силы тяги, кН	Pvh	310
Продольная ветровая нагрузка на пролетное строение, кН	Pw1	80
Продольная ветровая нагрузка на опору, кН	Pw2	90
Геометрические параметры
Расчетный пролет, м	l0	44
Расстояние от обреза фундамента до линии действия сил Pvh, Pw1, м	l1	9,95
Расстояние от обреза фундамента до линии действия силы Р„г, м	l2	5,45
Данные по геологическому строению основания
Уровень дна реки	NL	2,3
Уровень местного размыва	DL	2,5
Отметка подошвы ИГЭ № 1, м	H1	6,8
Отметка подошвы ИГЭ № 2, м	H2	10,0
Номер грунта ИГЭ № 1	-	2
Номер фунта ИГЭ № 2	-	12
Номер грунта ИГЭ № 3	-	18

Инженерно-геологические данные

Таблица 1.2. Физико - механические показатели песчаного грунта

Номер грунта	гs,кН/м3	г, кН/м3	w	Е, МПа	ц °	с, кПа	Содержание частиц воздушно-сухого грунта, %, размером
							более 2 мм	более 0,5 мм	более 0,25 мм	более 0,1 мм
2	26,6	19,8	0,261	30	38	0	35	70	90	95

Таблица 1.3. Физико - механические показатели глинистых грунтов.

Номер грунта	гsкН/м3	г, кН/м3	w	wL	wp	Е, МПа	ц°	с, кПа
12	26,8	21,2	0,187	0,208	0,178	28	29	17
18	27,0	21,3	0,187	0,264	0,154	30	25	37

1.2 Анализ инженерно-геологических условий

1. 2.1 Расчёт дополнительных характеристик и определение полного наименования грунтов, слагающих основание

Для всех грунтов (и песчаных и глинистых) определяется следующие дополнительные характеристики:

коэффициент пористости грунта

, (1.1)

степень влажности

, (1.2)

Для глинистых грунтов, кроме того, вычисляются классификационные характеристики:

число пластичности

, (1.3)

показатель текучести

, (1.4)

где г удельный вес грунта т/м³; г_S удельный вес частиц грунта т/м³; г_w=10 кН/м³ удельный вес воды; w естественная влажность грунта; w_p предел пластичности; w_L предел текучести.

Грунт №2.

В соответствии с ГОСТ 25100-82, для установления грунта по таблице 1.1 [1] Наименование грунта принимается по первому удовлетворяющему показателю в порядке расположения наименований в таблице.

Таким образом, грунту №2 соответствует песок гравелистый.

0,694,

В соответствии с таблицей 1.2 [1] вид грунта: средней плотности.

В соответствии с таблицей 1.3 [1] разновидность грунта: насыщенный водой.

В соответствии с таблицей 1.6 [1] R₀=343 кН.

В соответствии с таблицей 1.8 [1] k₁=0,10; k₂=3,0.

Грунт №12.

Тип глинистого грунта и его консистенция определяется по классификационным таблицам

В соответствии с таблицей 1.2 [1] вид грунта: средней плотности.

В соответствии с таблицей 1.3 [1] разновидность грунта: насыщенный водой.

число пластичности грунта , отсюда в соответствии с таблицей 1.4[1] грунт по типу является супесью.

показатель текучести , отсюда в соответствии с таблицей 1.5[1] грунт по разновидности является пластичным.

В соответствии с таблицей 1.7 [1] R₀=196 кН.

В соответствии с таблицей 1.8 [1] k₁=0,06; k₂=2,0.

Грунт №18.

Тип глинистого грунта и его консистенция определяется по классификационным таблицам

В соответствии с таблицей 1.2 [1] вид грунта: средней плотности.

В соответствии с таблицей 1.3 [1] разновидность грунта: насыщенный водой.

число пластичности грунта , отсюда в соответствии с таблицей 1.4[1] грунт по типу является суглинком.

показатель текучести , отсюда в соответствии с таблицей 1.5[1] грунт по разновидности является пластичным.

В соответствии с таблицей 1.7 [1] R₀=245 кН.

В соответствии с таблицей 1.8 [1] k₁=0,02; k₂=1,5.

Таблица 1.4 Дополнительные характеристики грунтов.

Номер слоя	Номер грунта	e	Sr	Ip %	IL	Наименование грунта	R0	k1	k2
1	2	0,694	1	-	-	Песок гравелистый	343	0,10	3,0
2	12	0,5	1	3	0,3	Супесь пластичная	196	0,06	2,0
3	18	0,504	1	11	0,3	Суглинок пластичный	245	0,02	1,5

1.3 Расчёт сочетаний нагрузок

Составим четыре сочетания нагрузок. Сочетания I и II (для расчётов по первой группе предельных состояний на прочность и устойчивость) и сочетания III и IV (для расчётов по второй группе предельных состояний на крен фундамента и осадку основания). Нагрузки приводятся к центру обреза фундамента.

Расчёт сочетаний нагрузок следует выполнить по следующим формулам:

Сочетание I

(1.5)

Сочетание II

(1.6)

Сочетание III

(1.7)

Сочетание IV

(1.8)

Подставив исходные данные получим:

Сочетание I

Сочетание II

Сочетание III

Сочетание IV

Таблица 1.5 Нагрузки, действующие в плоскости обреза фундамента

Обозначение усилий	Нагрузки для расчётов по первой группе предельных состояний	Нагрузки для расчётов по второй группе предельных состояний
	Сочетание I	Сочетание II	Сочетание III	Сочетание IV
кН	12799	11509	6522	12650
кН	366.2	1203.58	860.25	0
кНм	3339.94	3339.94	2802.4	0

2. Проектирование массивных фундаментов мелкого заложения

2.1 Назначение размеров фундамента и его конструирование

2.1.1 Предварительное определение основных размеров фундамента

Основными размерами фундамента мелкого заложения является глубина заложения фундамента d, отсчитываемая от расчётного уровня поверхности грунта с учётом срезки или размыва, соответствующая ей высота фундамента h, а также размеры подошвы фундамента b и a (соответственно вдоль и поперёк моста).

Назначим глубину заложения d=2,5 м (минимальная глубина заложения) с учётом размыва.

Определяем значения максимальных и минимальных размеров подошвы фундамента. Исходя из правил конструирования жёстких фундаментов мелкого заложения размеры подошвы находятся в границах:

(2.1)

где (2.1)

(2.2)

Где с₀=0,2…0,5м - уступ фундамента, а b₀ и a₀ - размеры опоры в плоскости обреза фундамента вдоль и поперёк моста.

3. Зададимся размером b.

Пусть b=b_min=3.4 м.

4. Рассчитаем расчётное сопротивление грунта.

При b<6м,(2.3)

Где R₀ - условное сопротивление грунта несущего слоя основания, кПа, г = 20 кН/м³ - средний, в пределах глубины заложения удельный вес грунта.

5. Считаем a необходимое по формуле:

,(2.4)

Где и - вертикальная и горизонтальная силы; - момент из первого сочетания нагрузок. гс=1,2 , гn=1,4 - коэффициенты условий работы и надёжности; гF=23кН/м3 - расчётный удельный вес материала фундамента с грунтом на его уступах.

- полученный размер находится в допустимом интервале, подбор основных размеров на этом заканчивается.

2.1.2 Конструирование фундамента мелкого заложения

Развитие размеров массивного фундамента мелкого заложения от обреза к подошве выполнено поперёк моста тремя ступенями шириной 0,7м, высотой 1,35м.

Вдоль моста - одной ступенью шириной 0,5м.

Рисунок 2. Конструкция фундамента

2.1.3 Приведение нагрузок к подошве фундамента

Прежде чем преступить к расчётам основания и фундамента, приведём нагрузки к центру тяжести подошвы фундамента. Вертикальная сила, действующая в уровне подошвы фундамента, определяется выражением

. (2.5)

Здесь расчётные значения веса фундамента G_F, веса грунта G_g и веса воды G_w, расположенных на уступах фундамента, рассчитываются по формулам:

, , (2.5)

Установим объем фундамента V_F, воды V_w, объем грунта Vg на его уступах в соответствии с выполненным чертежом конструкции фундамента.

V_F=47,79м²*3,40м=162,486 м³,

V_g=0.7м*1.35м*3.4м*2=2.646 м³,

W_w=2.30м*1,4м*3,4*2+0,95м*0,5м*9м*2=21,896+17,1=38,996м³.

кН,

кН,

кН

г_f =1 принимается для сочетания III и IV, для сочетания I г_f =1,1, для сочетания II г_f =0,9.

Взвешенная сила давления воды на подошву фундамента равна

(2.6)

кН.

Подошва фундамента расположена в водопроницаемом песчаном грунте, значит Pw учитывается во всех сочетаниях.

Момент в уровне подошвы фундамента считается по формуле:

(2.7)

Результаты расчётов запишем в сводную таблицу.

Таблица 2.1 Нагрузки, действующие по подошве фундамента.

Обозначение усилий	Нагрузки для расчётов по первой группе предельных состояний	Нагрузки для расчётов по второй группе предельных состояний
	Сочетание I	Сочетание II	Сочетание III	Сочетание IV
, кН	15240,5	13176,2	8576,38	14704,4
кН	366.2	1203.58	860.25	0
кНм	5170,94	9357,82	7103,65	0

2.2 Расчёты оснований и фундаментов по первой группе предельных состояний

2.2.1 Проверка несущей способности основания под подошвой фундамента

Проверки несущей способности основания под подошвой фундамента мелкого заложения выполняют от первого сочетания нагрузок вдоль моста по формулам:

, (2.7)

, (2.8)

где p и p_max - среднее по подошве и максимальное под краем фундамента давление, кПа.

F_v и M - расчётные нагрузки из первого сочетания нагрузок. г_с=1,2 - коэффициент условия работ; г_n=1.4 - коэффициент надёжности по назначению сооружения. R - расчётное сопротивление грунта несущего слоя. W=ba²/6 и А=ab - момент сопротивления и площадь подошвы фундамента.

W=13.2²*3,4/6=98,736

A=13.2*3.4=44.88

Условие выполняется. Проверка несущей способности основания под подошвой фундамента пройдена.

2.3 Проверка несущей способности слабого подстилающего слоя основания

Несущий слой грунта подстилается более слабым грунтовым слоем, у которого условное расчётное сопротивление R₀=196, что меньше, чем у несущего. Проверим напряжение в уровне кровли этого слоя, находящейся на глубине z=1,8м от подошвы фундамента.

(2.9)

где =0.8 коэффициент рассеивания напряжений в основании от дополнительного давления по подошве фундамента, принят по таблице 2.2 [1] в зависимости от соотношения размеров подошвы фундамента a\b и отношения z/b.

(2.10)

.

Условие выполняется, подстилающий слой способен выдержать нагрузки.

2.3.1 Проверка устойчивости положения фундамента

1. Проверка устойчивости положения фундамента против опрокидывания.

Проверка возможности опрокидывания фундамента вокруг одного из нижних рёбер от действия нагрузок в плоскости моста (второе сочетание нагрузок).

,(2.11)

где M_u - момент опрокидывающих сил из второго сочетания нагрузок, Mz - момент удерживающих сил. m=0.8 - коэффициент условий работы, г_n=1.1 - коэффициент надёжности по назначению сооружения.

,(2.12)

,

,

Условие выполняется, проверка на устойчивость против опрокидывания пройдена.

2. Проверка устойчивости фундамента против сдвига в плоскости его подошвы.

Эта проверка выполняется по условию:

,(2.13)

где Q_r - сдвигающая сила в курсовом проекте разрешается принять равной горизонтальной нагрузке F_h (из второго сочетания нагрузок), Q_z -удерживающая сила.

,(2.14)

здесь ш - коэффициент трения кладки материала фундамента по грунту, принимаемый для песков - 0,4, . m=0.9 - коэффициент условий работы, г_n=1.1 - коэффициент надёжности.

,

Условие выполняется, проверка на устойчивость против сдвига пройдена.

2.3.2 Проверка положения равнодействующей внешних нагрузок

Для обеспечения равномерного загружения подошвы фундамента положение равнодействующей внешних нагрузок относительно центра тяжести подошвы должно отвечать условию:

,(2.15)

Относительный эксцентриситет определяется выражением:

, , (2.16)

где F_v и M - нагрузки из второго сочетания нагрузок, в данном случае равна 1,0.

,

,

.

Проверка положения равнодействующих внешних нагрузок тогда проверка пройдена.

2.4 Расчёты оснований и фундаментов по второй группе нагрузок предельных состояний

2.4.1 Определение осадки основания фундамента

Осадка основания определяется от среднего дополнительного давления на грунт от вертикальных нагрузок (четвёртое сочетание нагрузок).

Расчёт выполняется методом послойного суммирования в соответствии со схемой на рис. 3.

Рисунок 3. Схема к расчёту осадки основания фундамента.

1. Определяют среднее давление, кПа, по подошве фундамента:

,(2.17)

где F_v - результирующая вертикальной нагрузки в уровне подошвы фундамента из четвёртого сочетания нагрузок.

кПа,

2. Определяют природное напряжение в уровне подошвы фундамента от собственного веса грунта:

,(2.18)

где - усреднённый по глубине удельный вес грунта (кН/м³) при средней в пределах этой глубины плотности грунта с учетом взвешивающего действия воды на грунт во всех случаях, кроме суглинка и глины;

- глубина заложения фундамента от природной поверхности грунта или дна водотока (без учёта размыва), м.

Удельный вес грунта с учётом взвешивающего действия воды определяется по формуле

(2.19)

3. Определение избыточного над природным среднего давления по подошве фундамента:

(2.20)

4. Разобьём грунтовую толщу ниже подошвы фундамента на отдельные слои толщиной 0,3=0,3*3,4?1,0м. Разбивку основания на слои производим с таким расчётом, чтобы их границы совпадали с границами геологических слоёв.

5. Определение напряжения от собственного веса, лежащего выше грунта на границах выделенных слоёв под центром тяжести подошвы фундамента

,(2.21)

где - удельный вес грунта iтого слоя (водопроницаемые грунты - с учётом гидростатического взвешивания), кН/м³;

h_i - толщина i того слоя грунта; - число слоёв.

Для 3ИГЭ, являющимся водоупором (суглинком) на его границе и ниже к напряжениям добавляют давление воды, равное , где =10 и =10м.

По вычисленным значениям слева от вертикальной оси построена эпюру этих напряжений.

6. Определяют напряжения, дополнительные к природным, на тех же уровнях, что и в п.5.

(2.22)

где - коэффициент рассеивания напряжений, принимают по табл.2.2[1]. На рисунок 2.3 справа от вертикальной оси по вычисленным значениям строят эпюру дополнительных напряжений до той глубины, где:

(2.23)

Для удобства расчётов составлена таблица со значениями бытовых и дополнительных напряжений в заданных точках.

Таблица 2.2 - Значения напряжений в заданных точках

№ ИГЭ
1	0	1	0	26.46	0	1	301.18	5.292
1	1	1	1	46.26	0.29412	0.928	261.119	9.252
2	2	1	2	66.06	0.58824	0.7493	196.001	13.212
2	3	1	3	87.26	0.88235	0.5795	139.299	17.452
2	4	1	4	108.46	1.17647	0.46	100.822	21.692
2	5	1	5	129.66	1.47059	0.35	69.2924	25.932
2(водоупор)	5	1	5	229.66	1.47059	0.35	34.292	<45.932
3	6	1	6	250.96	1.76471	0.29	22.2367	50.192
3	7	1	7	272.26	2.05882	0.2482	13.7449	54.452

Условие (2.23) выполняется на нижней границе 5-го слоя (на границе водоупора) принимаем эту точку за нижнюю границу расчетной зоны сжатия основания. Получаются следующие значения и :

7. Определение среднего в каждом iтом слое дополнительного напряжения:

(2.24)

где и - дополнительные напряжения по верхней и нижней границам iтого слоя.

С помощью формулы (2.24) определим среднее напряжение на каждом участке

8. Определяют осадки в (м) каждого выделенного слоя от давления по формуле

(2.25)

где 0,8 безразмерный коэффициент;

- модуль деформации грунта в iтом слое, кПа.

По формуле (2.25) определяем осадку каждого отдельного слоя грунта

9. Вычисление полной осадки основания ведётся по формуле

(2.26)

где - число слоёв в пределах сжимаемой толщи основания.

10. Расчётная осадка S не должна превосходить предельно допустимую для данного сооружения осадку S_u, которую для опор балочных разрезных мостов рекомендуется принимать равной:

(2.27)

Расчётную осадку S можно признать удовлетворительной, так как она не превышает допустимого значения S_u.

2.4.2 Проверка горизонтального смещения верха опор

Горизонтальное перемещение верха опоры определяют по формуле

(2.28)

где - горизонтальное перемещение опоры за счет деформации изгиба тела опоры и фундамента, которое при жесткой конструкции опоры и фундамента разрешается считать равным нулю;

, - высота опоры и фундамента;

- угол поворота фундамента (крен), рад.

Крен прямоугольного фундамента определяется по формуле в плоскости моста (третье сочетание нагрузок)

,(2.29)

где =0,17 - безразмерный коэффициент, принятый по таблице 2.4[1];

, средние в пределах расчётный зоны сжатия основания значения коэффициента Пуассона и модуля деформации грунтов;

M - момент из 3-его сочетания нагрузок.

Значения коэффициента поперечного расширения грунта (коэффициента Пуассона) можно принимать равным: 0,27 - для песков; 0,30 - для супесей; 0,35 - для суглинков; 0,42 - для глин.

Определим средние по глубине характеристики грунта по следующим формулам:

(2.30)

(2.31)

Далее определим крен фундаментной плиты по формуле (2.39)

Таким образом, отклонение верха опоры окончательно определяется по формуле (2.31)

Горизонтальное перемещение верха опоры, вычисленное по формуле (2.32), ограничивается предельно допустимым его значением , которое назначается равным:

(2.35)

Проведём проверку вычислений по следующему соотношению

Проверка пройдена.

3. Проектирование свайного фундамента

3.1 Краткие общие сведения

Свайный фундамент состоит из группы свай, объединённых сверху общей плитой, называемой ростверком. Ростверк изготавливается из монолитного конструктивно армированного бетона предназначенного для передачи нагрузки от сооружения на сваи.

Свайные фундаменты относятся к фундаментам глубокого заложения и передают нагрузку на грунтовое основание через боковую поверхность свай и их нижние концы.

Свайный фундамент характеризуется тремя основными отметками: обреза фундамента , подошвы ростверка , и нижних концов свай . Обрез фундамента дан в задании. Поэтому в курсовой работе можно варьировать лишь отметками подошвы плиты ростверка и нижних концов свай.

3.2 Назначение основных параметров фундамента

3.2.1 Выбор основных отметок и размеров фундамента

При фиксированной отметке обреза фундамента отметка подошвы ростверка определяется его высотой h_р. Минимальное значение высоты h_{p min} определяется по формуле:

,(3.1)

где t₁ - не менее половины периметра сваи, примем для сваи 40x40 равной 0,8м , t₀ - расчётная единица, для курсовой работы разрешается принимать без расчёта, равной 0,5м.

В пучинистых грунтах глубина заложения подошвы низкого ростверка, как и подошвы массивного фундамента назначается не менее расчётный глубины промерзания. При проектировании фундамента русловых опор моста это требование отпадает.

Размеры плиты ростверка, на уровне OL, как и в случае фундаментов мелкого заложения, должны быть больше размеров опоры на ширину обреза с₀=0,2…0,6 м в каждом направлении.

Минимальные значения размеров плиты ростверка принимаются, как и размеры массивного фундамента, по формуле (2.1).

В курсовой работе используем сваи мостовые СМ, железобетонные, сплошного квадратного сечения, с ненапрягаемой арматурой.

Расчёт длины сваи:

Отметка подошвы ростверка: FL=OL-h_pmin=-0.950-1.3=-2.250

Отметка низа свай не менее: PL_min=H2-t₂=-10.000-1=-11.000

Минимально допустимая длинна сваи:

L_min= |PL_min |-| FL|+ t₁=11-2.25+0.8=9,55 м.

Округляем длину в большую сторону, до ближайшей стандартной длинны L=10м. Из таблицы 3.1[1] выбрана свая марки СМ 10-35.

Соответственно отметка низа свай PL=-11,450.

Таблица 3.1 Характеристика выбранной сваи:

Марка сваи	Расчетная прочность на сжатие Fdm, кН	Расчетная прочность на растяжение Fdum, кН	Масса сваи, т
СМ 10-35	1250	240	3,10

3.2.2 Определение несущей способности сваи

Несущая способность по грунту на вдавливание (кН) забивных висячих свай сплошного поперечного сечения определяют по формуле (3.1):

(3.1)

где - коэффициент условий работы сваи в грунтах, принимаемый 1;

- расчётное сопротивление грунта под нижним концом сваи, определяемое по таблице 3.2 [1],

- площадь поперечного сечения сваи, м2 (d_c²=0,35²=0,1215м²);

- периметр поперечного сечения сваи, м (d_c =4*0.35=1.4м);

- расчётное сопротивление i - того слоя грунта по боковой поверхности сваи, определяемое по таблице 3.3[1], кПа;

- толщина того i - слоя грунта, м;

- число слоёв;

- коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи. Принято .

Руководствуясь данными таблицы 3.2 [1] и соответствующими к ней положениями, определяем значение R=3500кПа при I_L=0.3, грунт - суглинок, глубина от уровня размыва 9м;

Суммирование в формуле (3.1) распространяется на все пройденные сваей слои грунта (с учётом размыва).

При подсчёте сопротивлений геологические слои основания пройдённое сваей разбивают на однородные расчётные слои толщиной не превышающей 2 м. Подсчёт сил трения по боковой поверхности сваи сведено в таблицу 3.2, в соответствии со схемой на рисунке 4.

Таблица 3.2. Расчёт несущей способности сваи.

Номер грунта	Наименование грунта	Номер расчётного слоя	hi, м	Li, м	fi, кПа	fihi,
						кПа·м
№2	Песок крупный	1	1.43	0.715	33	47.19
		2	1.43	2.145	43	61.49
		3	1.43	3.575	49	70.07
№12	Супесь пластичная	4	1.6	5.09	41.5	66.4
		5	1.6	6.69	42.5	68
№18	Суглинок пластичный	6	1.45	8.215	44.2	64.09
Сумма = 377,24

Рисунок 4. Схема к расчёту несущей способности свай.

Откуда по формуле (3.1) находим:

кН.

Несущая способность материала сваи по сжатию F_dm=1250 кН.

Для проектирования принимаем несущую способность сваи F_d=1250кН.

Несущую способность сваи на выдёргивание из грунта (кН) определяют по формуле

,(3.2)

где обозначения те же что и формуле (3.1), но 0,8.

3.2.3 Предварительное определение необходимого числа свай и конструирование фундамента

В курсовой работе фундамент запроектирован с простейшей рядовой расстановкой свай, симметричной относительно плоскости моста и плоскости опоры. Общее количество свай ориентировочно определяют по формуле (с округлением до целого числа):

, (3.3)

где - наибольшая вертикальная сила в плоскости обреза фундамента (первое сочетание нагрузок), кН;

- вес ростверка с учётом взвешивания водой, кН;

коэффициент неравномерного загружения свай за счёт действия момента, принимают в пределах 1,3 … 1,5; - коэффициент надёжности, принимаемый для фундаментов с низким ростверком равным 1,4 , а для фундаментов с высоким ростверком в зависимости от числа свай в фундаменте:

- 1,4 при 21;

- 1,55 при 11 … 20;

- 1,65 при 6 … 10.

При проектировании фундамента с высоким ростверком коэффициент надёжности предварительно назначают 1,4 , затем после определения числа свай корректируют и расчёт повторяют.

Для предварительного определения числа свай по формуле (3.3) вес ростверка вычисляют по его минимальным размерам:

(3.4)

где 1,1 - коэффициент надежности по нагрузке;

-минимальные размеры ростверка в плане по обрезу и его минимальная высота, назначаемая с учетом рекомендаций [1] изложенных в п.3.2.1.

Таким образом, число свай будет определено по (3.3)

Конструирование свайного фундамента заключается в эффективной расстановке необходимого числа свай в ростверке и его конструктивном оформлении.

При размещении свай в фундаменте необходимо выполнять требования норм проектирования: расстояние между осями соседних свай в уровне подошвы ростверка должно быть не менее 1,5, а в уровне нижних концов свай не менее 3, где - размер стороны поперечного сечения сваи. Минимальное расстояние между гранью сваи и гранью ростверка в плоскости его подошвы должно быть не менее 0,25 м.

Для увеличения несущей способности, равномерного распределения нагрузки путём симметричной расстановки свай примем их число равным n=24.

3.2.4 Приведение нагрузок к подошве плиты ростверка

Прежде чем приступить к расчётам предварительно запроектированного фундамента, необходимо привести нагрузки к плоскости подошвы ростверка, первоначально уточнив его вес с учётом взвешивающего действия воды по формуле

(3.5)

где - объем ростверка, вычисленный по уточненным размерам, м³.

После этого поступают следующим образом. К вертикальной составляющей сочетаний нагрузок добавляют силу , рассчитанную для первого сочетания при 1,1 , для второго сочетания при 0,9 , для третьего и четвёртого сочетаний при 1. Горизонтальные силы во всех сочетаниях остаются без изменений.

К моменту любого сочетания нагрузок добавляют величину

,

где - горизонтальная сила из того же сочетания нагрузок ().

Перечисленные нагрузки сводят в таблицу, форма которой подобна таблице 2.1 для сочетаний нагрузок, действующих в плоскости подошвы фундамента мелкого заложения.

Проведём расчёт нагрузок. Для этого сначала определим все G_p

I сочетание

II сочетание

III и IV сочетание

Используя полученные значения G_p и приведённые ранее положения по расчёту, рассчитаем нагрузки

I сочетание

II сочетание

III сочетание

IV сочетание

Полученные результаты сведём в таблицу.

Таблица 3.3 Нагрузки, действующие в плоскости подошвы ростверка

Обозначение усилий	Нагрузки для расчётов по первой группе предельных состояний	Нагрузки для расчётов по второй группе предельных состояний
	Сочетание I	Сочетание II	Сочетание III	Сочетание IV
, кН	13499.57	12001.83	7118.7	13246.7
, кН	366.2	1203.58	860.25	0
, кНм	3816	4904.5875	3920.725	0

3.3 Расчёт усилий в сваях

3.3.1 Расчётная схема для определения усилий в сваях

Свайный фундамент в расчётах рассматривают как многостоечную раму, в которой стойками являются сваи, а ригелем служит ростверк. Для определения усилий в сваях применяют известный в строительной механике метод перемещений.

Деформируемость свай в грунте зависит от упругих свойств грунта, жёсткости ствола сваи , длины погруженной части сваи h и характеризуется приведённой глубиной погружения

(3.6)

где - коэффициент деформации, м¹, определяемый по формуле

(3.7)

где =100000 - коэффициент пропорциональности (кН/м⁴), принимаемый в зависимости от вида грунта, окружающего сваю, по табл. 3.5 [1], - коэффициент условий работы, принимаемый равным 3, - условная ширина сваи, м, принимаемая по зависимости ;

- модуль упругости материала сваи, кПа, разрешается принимать для бетона 30000000 кПа;

- момент инерции поперечного сечения сваи, принимается по зависимости

, м⁴.

Таким образом, определим по формуле (3.10)

Далее определим по формуле (3.6)

Фактическая длина сваи в расчётах заменяется расчётной длиной на сжатие , которая вычисляется по формуле

(3.11)

где - расстояние от подошвы ростверка до поверхности грунта с учётом размыва, м;

и в м² и кН, соответственно - площадь поперечного сечения сваи и несущая способность сваи на вдавливание.

3.3.2 Порядок определения усилий в сваях

1. Определим перемещения в уровне расчётной поверхности основания от единичных усилий, приложенных к свае в этом уровне:

(3.12)

где - горизонтальное перемещение и угол поворота сечения сваи от действия горизонтальной силы 1;

- горизонтальное перемещение и угол поворота сечения сваи от действия момента 1;

- безразмерные коэффициенты, принимаемые по таблице Ж.4 приложения Ж в зависимости от приведенной глубины погружения сваи в грунт , определяемой по формуле (3.6). Определим перемещения по формулам (3.12)

2. Вычисляют - горизонтальное смещение и угол поворота сечения сваи со свободным верхним концом в уровне подошвы ростверка от горизонтальной силы 1, приложенной в том же уровне (рисунок 3.4 а), и - то же от момента 1 (рисунок 3.4 б) по формулам

(3.13)

где - свободная длина сваи длина от уровня расчётной поверхности основания до подошвы ростверка. Определим элементарные перемещения по формуле (3.13)

3. Определяют характеристики жёсткости свай:

(3.14)

где - сила, действующая вдоль оси сваи на ростверк при смещении ростверка в этом направлении на единицу;

- сила, действующая на ростверк в направлении, перпендикулярном к оси сваи при смещении ростверка на единицу в этом направлении;

- момент, действующий от сваи на ростверк при его смещении на единицу в направлении, перпендикулярном к оси сваи и на основании принципа взаимности реакций, сила, действующая на ростверк в направлении, перпендикулярном к оси сваи при повороте ростверка на единицу;

- момент, действующий на ростверк при повороте ростверка на единицу;

- разница между и .

4. Вычисляют коэффициенты канонических уравнений (3.13) в расчётной плоскости

(3.15)

Суммирование в этих формулах распространяется на все свай.

Поскольку в проекте все сваи вертикальны, т.е. _i =0. Отсюда следует cos _i =1, sin _i =0. Формула (3.15) примет вид:

(3.16)

для 16-и свай, отстоящих от оси на 1,125м

5. Подсчитывают вертикальные и горизонтальные перемещения ростверка, а также угол его поворота в расчётной плоскости

(3.17)

В расчётах принимаем нагрузку по первой группе предельных состояний расчёт по I сочетанию нагрузок

6. Определяют продольную , поперечную силы и момент , действующие в месте сопряжения с ростверком на каждую сваю

(3.18)

Поскольку в проекте все сваи вертикальны т.е. _i =0. Отсюда следует cos _i =1, sin _i =0. Формула (3.18) примет вид:



7. Результаты расчёта контролируют по выполнению равенств

(3.19)

Поскольку в проекте все сваи вертикальны т.е. _i =0. Отсюда следует cos _i =1, sin _i =0. Формула (3.19) примет вид:

Проверка сошлась.

3.4 Расчёты по первой группе предельных состояний

3.4.1 Проверки несущей способности свай на вдавливание в грунт и выдёргивание из грунта

Проверки несущей способности свай на вдавливание в грунт и выдёргивание из грунта

По несущей способности грунтов в основании сваи в составе фундамента следует рассчитывать исходя из условия

(3.20)

где =1,4 при n>21. N_i = 577,04 - продольное усилие

,

что больше N_i = 577,04

Максимальное давление на сваю не превышает допустимое значение, проверка проходит.

3.4.2 Проверка устойчивость грунта, окружающего сваю

При поперечных перемещениях свай может произойти потеря устойчивости грунта в виде пластического выпора его, что приведёт к ухудшению работы свай. Соответствующий расчёт сводится к проверке неравенства

(3.21)

где - коэффициенты, принимаемые в курсовой работе ;

- расчётные значения удельного сцепления, кПа, и угла внутреннего трения грунта(нижний слой);

- расчётный удельный вес грунта, определяемый в водонасыщенных грунтах с учётом взвешивания в воде;

- коэффициент, принимаемый для забивных свай равным 0,6.

Расчётное давление на грунт , кПа, боковой поверхности сваи, определяемое на глубине следует определять по формуле

(3.22)

где =100000 - то же, что и формуле (3.7).

Проведём анализ состояния грунта по формуле (3.21)

Проверка пройдена, грунт устойчив.

3.4.3 Проверка прочности опорного и подстилающего слоёв основания

Эти проверки выполняются по схеме условно массивного фундамента. Условный фундамент принимают в форме прямоугольного параллелепипеда. Определим его размеры.

Рисунок 5. Расчёт свайного фундамента с высоким ростверком как массивного фундамента.

Для начала найдём ц_т - средневзвешенное значение угла внутреннего трения для пройдённых сваей грунтов, по формуле:

(3.23)

Так как в курсовом проекте =0, то очертание условного фундамента принимается по углу ц/4=8,17°

Несущую способность основания условного фундамента следует проверить, как и фундамента мелкого заложения по среднему давлению по его подошве.

(3.28)

где - нормальная составляющая давления условного фундамента на грунт основания, кН, определяется с учётом веса грунтового массива вместе с заключёнными в ней сваями;

- размеры в плане условного фундамента в направлении, параллельном плоскости действия нагрузки и перпендикулярном ей, м;

- расчётное сопротивление грунта несущего слоя основания условного фундамента, определяемое по формуле (2.5) с учетом его размеров;

- то же, что и в формуле (2.12).

Для начала необходимо определить средневзвешенный вес грунта г

Далее определяем N_c по формуле (3.31)

(3.31)

- то же, что и в формуле (2.5) для первого сочетания нагрузок.

- глубина заложения условного фундамента по отношению к расчётной поверхности грунта, м;

Определим R по формуле (2.3)

На основании полученных данных, производим проверку по формулам (3.28)

Проверка пройдена, опорный слой основания держит нагрузку.

3.5 Расчёты свайного фундамента по второй группе предельных состояний

3.5.1 Проверка по отклонению верха опоры

Горизонтальное перемещение верха опоры вычисляют по формуле

(3.32)

где - горизонтальное перемещение верха опоры за счет собственных деформаций (в курсовой работе эта величина не рассчитывается и принимается равной нулю);

- горизонтальное перемещение и угол поворота ростверка, определённые по формулам (3.15) для третьего сочетания нагрузок;

- высота опоры

Расчёт сводится к проверке неравенства

(3.33)

где - длинна расчётного пролёта (в м).

Проверка пройдена, отклонение верха опоры в допуске.

3.5.2 Расчёт осадки основания свайного фундамента

Осадка свайного фундамента рассчитывается по схеме условно массивного фундамента.

Расчёт производится по среднему давлению по подошве условного фундамента на четвёртое сочетание нагрузок:

(3.34)

Обозначения в этой формуле те же, что и в формуле (3.28).

Здесь N_c по формуле (3.31)

- то же, что и в формуле (2.5) для четвёртого сочетания нагрузок.

Расчёт осадки основания свайного фундамента выполняется методом послойного суммирования аналогично расчёту осадки основания фундамента мелкого заложения (см. п.2.4.2).

1. Определение среднего давления (кПа) по подошве фундамента

2. Определение природного напряжения в уровне подошвы фундамента от собственного веса грунта по формуле (2.18)

Удельный вес грунта с учётом взвешивающего действия воды определяется по формуле (2.19) для песков и супесей



Для суглинка (водоупора) берём табличные данные.

Усреднённый удельный вес грунта определяется по формуле

(3.35)

По формуле (2.18)

3. Определение избыточного над природным среднего давления по подошве условно массивного фундамента (по 2.20)

4. Разобьём грунтовую толщу ниже подошвы условно массивного фундамента на отдельные слои толщиной 0,2=0,2*5,17?1,0м. (См. рис.6)

Рисунок 6.Схема к расчёту осадки основания условно массивного фундамента.

5. Определение напряжения от собственного веса, лежащего выше грунта на границах выделенных слоев под центром тяжести подошвы фундамента по формуле (2.21)

,

По вычисленным значениям слева от вертикальной оси построена эпюру этих напряжений. (См. рис.6)

6. Определяют напряжения, дополнительные к природным, на тех же уровнях, что и в п.5. по формуле (2.22)

где - коэффициент рассеивания напряжений, принимают по табл.2.2[1]. На рисунок 2.3 справа от вертикальной оси по вычисленным значениям строят эпюру дополнительных напряжений до той глубины, где:

Для удобства расчётов составлена таблица со значениями бытовых и дополнительных напряжений в заданных точках.

Таблица 3.5 - Значения напряжений в заданных точках

0	1	0	216.075	0.000	1.000	197.708	43.215
1	1	1	237.375	0.193	0.976	193.012	47.475
2	1	2	258.675	0.387	0.875	173.054	51.735
3	1	3	279.975	0.580	0.740	146.205	55.995
4	1	4	301.275	0.774	0.612	120.977	60.255
5	1	5	322.575	0.967	0.505	99.842	64.515
6	1	6	343.875	1.161	0.445	83.968	68.775
7	1	7	365.175	1.354	0.350	69.198	73.035

Условие (2.23) выполняется на нижней границе 7-го слоя, принимаем эту точку за нижнюю границу расчетной зоны сжатия основания. Получаются следующие значения и :

7. Определение среднего в каждом iтом слое дополнительного напряжения по формуле (2.24):

8. Определяют осадки в (м) каждого выделенного слоя от давления по формуле(2.25):

9. Вычисление полной осадки основания ведётся по формуле(2.26):

Для удобства расчётов вычисления сведём в таблицу.

Таблица 3.6 - Расчет осадки основания.

0	1	197.708
1	1	193.012	195.360	0.005
2	1	173.054	183.033	0.005
3	1	146.205	159.629	0.005
4	1	120.977	133.591	0.004
5	1	99.842	110.410	0.003
6	1	88.968	94.405	0.003
7	1	69.198	79.083	0.002

10. Расчётная осадка S не должна превосходить предельно допустимую для данного сооружения осадку S_u, которую для опор балочных разрезных мостов рекомендуется принимать равной:

Расчётную осадку S можно признать удовлетворительной, так как она не превышает допустимого значения S_u.

Библиографический список

1. Проектирование фундамента промежуточной опоры моста. A.M. Караулов, К.В. Королев. Новосибирск 2012. Методические указания.

2. Основания и фундаменты транспортных сооружений / Под ред. A.M. Караулова. М., 2008. 293 с.

3. СНиП 2.02.01-83*. Основания зданий и сооружений (Актуализированная редакция). М., 2011.

4. СНиП 2.05.03-84. Мосты и трубы (Актуализированная редакция). М., 2011.

Размещено на Allbest.ru

...