Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство транспорта Российской Федерации

Дальневосточный государственный университет путей сообщения

Институт транспортного строительства

Кафедра «Железнодорожный путь,

основания и фундаменты»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине «Основания и фундаменты»

тема «Фундаменты опоры моста»

Выполнил студент

Балуев М.А.

Руководитель

Петерс А.А.

Хабаровск 2016



Введение

В соответствии с заданием необходимо рассчитать и запроектировать два варианта фундаментов под промежуточную опору моста и выбрать основной вариант, проведя технико-экономическое сравнение.

Проектирование оснований и фундаментов заключается во всесторонней оценке инженерно-геологических условий строительства, выборе надёжного основания, определении его несущей способности, основных размеров и конструкции фундаментов.

Основание, фундамент и наземная конструкция неразрывно связаны между собой, взаимно влияют друг на друга и должны рассматриваться как единая система.

Деформации и устойчивость грунтов основания зависят от особенностей приложения нагрузки, размеров и конструкции фундаментов и всего сооружения. Фундаменты мостов воспринимают, кроме больших вертикальных, значительные горизонтальные нагрузки от торможения подвижного состава, давления грунта, ветра, льда и навала судов.

Большие нагрузки передаются сосредоточенно на ограниченные по площади фундаменты отдельно стоящих опор. Временные нагрузки, воспринимаемые фундаментами мостов, имеют динамический характер и во многом отличаются от нагрузок, воздействующих на промышленные и гражданские сооружения.

Наличие воды и изменение её уровня, размывы дна водотоков, ледоход, возможные навалы судов оказывают решающее влияние на выбор оптимальной конструкции фундаментов и методов производства работ по их возведению.



1. Исходныеданныедляпроектирования

1.1 Описание местных условий строительства и характеристика сооружения

Мост будет строиться в северном районе Хабаровского края. Глубина промерзания грунта в данном районе 2.55 м.

Конструкция надфундаментной части (тела) опоры приведена на рисунке 1.

Рисунок 1.1.-Надфундаментная часть опоры моста

Размеры опоры представлены в таблице 1.1.

Таблица 1.1.-Размеры опоры

№ варианта	ao , м.	bo,м .	ho, м.
3	6,2	2,6	8

Нормативные нагрузки на фундамент представлены в таблице 1.2.



Таблица 1.2.-Нормативные нагрузки на фундамент

№ варианта	N0, кН.	Nп, кН.	Nвр, кН.	Fhx, кН.	Fhy, кН.	?f
4	3390	2230	9200	920	550	1,14

1.2 Анализ грунтовых условий строительной площадки

Физико-механические характеристики грунтов строительной площадки представлены в таблице 1.4.

Таблица 1.4.-Физико-механические характеристики грунтов

Номер грунта	s ,т/м3	, т/м3	, д.е.	l, %	p , %	, град.	С , кПа	Е , кПа
44	2,70	1,92	0,31	32	19	14	8	6500
23	2,69	1,93	0,20	26	20	23	6	16000
34	2,72	2,01	0,20	36	20	24	34	22000
39	2,73	1,89	0,24	60	25	19	56	21000

Определение физико-механических характеристик и наименования грунтов представлены в таблице 1.5.

Таблица 1.5.Сводная ведомость физико-механических характеристик грунта

Номер слоя	1	44	23	34	39
Исходные физико-механические характеристики грунтов	Толщина слоя, м	2	3,2	6,2	11,2	v
	Плотность грунтас,т/м3	3	2,7	2,69	2,72	2,73
	Плотность частиц грунта сs,т/м3	4	1,92	1,93	2,01	2,73
	Природная влажность	5	0,31	0,2	0,2	0,24
	Граница текучести	6	32	26	36	60
	Граница раскатывания	7	19	20	20	25
	Угол внутреннего трения	8	14	23	24	19
	Удельное сцепление	9	8	6	34	56
	Модуль деформации	10	6500	16000	2000	21000
Характеристики, определяемые при анализе свойств грунта	Удельный вес грунта ?(?sd),кН/м3	11	19,20	19,30	20,10	18,90
	Удельный вес частиц грунта ?s, кН/м3	12	27	26,9	27,2	27,3
	Число пластичностиIp	13	13	6	16	35
	Показатель текучести IL	14	0,923	-	-	-0,029
	Коэффициент пористости e	15	0,842	0,673	0,624	0,791
	Степень влажностиSr	16	0,99	0,8	0,87	0,83
	Наименование грунта и его состояние	17	Суглинок текучепластичный	Супесь пластичная	Суглинок полутвердый	Глина твердая
Условное сопротивление грунта Rо, кПа	18	-	325	360.8	1500
Коэффициент k1	19	0,02	0,06	0,04	0,04
Коэффициент k2	20	1,5	2	2	2

Геологическая колонка представлена на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2.-Геологическая колонка

Эпюра условных сопротивлений представлена на рисунке 1.3.



Эп. R0, кПа

Рисунок 1.3.-Эпюра условных сопротивлений.

1.3 Определение расчетных характеристик грунтов

Все расчеты оснований должны выполняться с использованием расчетных значений характеристик грунтов, определяемых по формуле(1):

,

Где Xn-нормативное значение данной характеристики; ?g - коэффициент надежности по грунту.

Коэффициент надежности по грунту принимается по таблице 1.6.

Таблица 1.6.-Коэффициент надежности

Характеристика грунта	Величина коэффициента надежности по грунту при расчетах
	По несущей способности	По деформациям
Удельный вес, ??	1,1	1,05
Угол внутреннего трения,	1,1	1,05
Удельное сцепление, С	1,5	1,1

Расчетные характеристики грунтов по двум видам предельных состояний определяются для всех слоев основания и представляются в таблице1.7.



2. Проектирование фундаментов мелкого заложения

2.1 Выбор материала фундамента

В соответствии со СНИП-ом 2.05.03-84 “Мосты и трубы малого заложения” принимаем материал фундамента бетон класса В20

2.2 Назначение отметки обреза фундамента и его минимальных размеров в плоскости обреза

При проектировании фундамента на суходоле отметка обреза назначается на 0,5м ниже поверхности грунта. Минимальные размеры фундамента в плоскости обреза назначаются в зависимости от размеров опоры и могут быть определены по формуле:

bmin= bo+ 2c

аmin = ao+ 2c

где аи b- минимальные размеры фундамента в плоскости обреза;

аои bo - ширина и длина опоры;

с - величина обреза, равная 0,5м.

bmin= b0 + 2*c = 2,6 +2*0,5 = 3,6м.

amin= a0 + 2*c = 6,2 + 2*0,5 = 7,2 м.

Конструкция фундамента представлена на рисунке 2.1.

2.3 Определение глубины заложения фундамента

Глубина заложения фундаментов мостовых опор назначается с учетом:

- конструктивных особенностей сооружения;

- глубины залегания прочных слоев грунта;

- глубины сезонного промерзания грунтов и способности их к пучению;

- условия местного размыва грунта у опор;

-положения уровня грунтовых вод.

Минимальная глубина заложения фундамента при отсутствии размыва грунтов у опоры и условия пучинообразования должна быть во всех грунтах, кроме скальных, не менее 1 м от или дна водотока.

Подошва фундамента заглубляется в несущий слой не менее, чем на 0,5 м от кровли слоя.

Назначаем глубину заложения подошвы фундамента из условий:

1) По конструктивным соображениям:

dk=hфк+0,5 = 3+0,5=3,5м ;

2) По инженерно-геологическим условиям:

dинж= hслоя+ 0,5 = 3,2 + 0,5 = 3,7 м ;

3) По промерзанию грунта:

df= kh*dfn = 1,3*2,55 = 3,32 м.

где kh - коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения, равный 1,3 при ширине опор моста по фасаду 4 м и более.

В дальнейших расчетах за минимальную глубину заложения принимается наибольшее значение d = 3,7 м.



2.4 Предварительное определение размеров подошвы фундамента

В первом приближении требуемая площадь подошвы фундамента при принятой глубине ее заложения определяется по формуле:

,

Где k- коэффициент, приближенно учитывающий действие момента,k=1,2;

- расчетная вертикальная нагрузка на фундамент, кН:

,

- расчетное сопротивление грунта основания, кПа:

R = 1.7{R0[1+k1(b-2)]+k21(d-3)},

R0 - условное сопротивление грунта, кПа ;

b - ширина (меньшая сторона) подошвы фундамента, м ;

d - глубина заложения подошвы фундамента, м ;

1 - приведенный удельный вес грунта, расположенного выше подошвы

фундамента, кН/м3, 1=19,62;

k1,k2 - коэффициенты, зависящие от вида грунта;

- высота фундамента, равная расстоянию от обреза до подошвы;

- средневзвешенное значение удельных весов тела фундамента и грунта на его уступах, =20 кН/м;



R =1,7*(325*(1+0,06*(2,6 -2)) + 2*19,62*(3,7-3))= 619,09 кПа;

=1,1*(3390+2230)+1,2*9200= 17222 кН;

= = 55,58 м2

Полученная величина площади подошвы фундамента должна удовлетворять условию:

,

где и - минимальная и максимальная площади подошвы фундамента, определяемые по формулам:

=3,6*7,2=25,92 м2;

=6,2+2*3,2*=9,9 м;

=2,6+2*3,2*=6,3 м;

=9,9*6,3=62,17 м.

Так как 25,92<56,07<62,17 (условие выполняется), то в первом приближении принимаются максимальные размеры: =8,9 м; =6,3м.

Уширение фундамента осуществляется путем устройства уступов, высота которых hy принимается равной 1-2 м, а ширина by определяется из условия by? tg 30?

X = = = 1,85 м;



=1,1 м, =1,1 м, =1 м;

;

= = 0,64м;

==0,58м.

Окончательно принимается ширина уступов кратно 5 см с округлением в меньшую сторону: м; м; м.

2.5 Расчёт основания по несущей способности

_{Определение расчетного сопротивления грунта и давлений на основание при предварительных размерах подошвы фундамента}

Принятые размеры подошвы фундамента должны удовлетворять следующим требованиям:

;

;

,

где р - среднее давление на основание, кПа;

р- максимальное давление на основание, кПа;

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

- коэффициент условий работы, равный 1,2;

N - расчетная вертикальная нагрузка на основание, кН:



,

где N - постоянная нагрузка на фундамент, кН;

N- временная нагрузка на фундамент, кН;

- коэффициент надежности по нагрузке, равный 1,1;

N - нагрузка от веса фундамента, кН, с учетом взвешивающего действия воды, если фундамент расположен ниже уровня воды и врезан в слой водопроницаемого грунта;

N - нагрузка от веса грунта на уступах фундамента (с учетом взвешивающего действия воды, если оно имеет место), кН;

N- нагрузка от веса воды, действующей на уступы фундамента, если он врезан в водонепроницаемый грунт, кН;

;

где h- объем фундамента и грунта на его уступах, м;

- среднее взвешенное значение удельных весов тела фундамента и грунта на его уступах, равное 20 кН/м;

- расчётный опрокидывающий момент относительно оси, проходящей через центр подошвы фундамента поперек оси моста, кН·м:

;

где Fhx - горизонтальнаясила, действующая вдоль оси моста, кН;

W- момент сопротивления подошвы фундамента (м) определяется по формуле:.



кН;

кН;

;

.

Т.к. большой запас прочности , уменьшаем размер подошвы.

Условие выполняется.

кН;

м;

;

.

Условие выполняется.

;

;

Условие выполняется.

Несущая способность основания под подошвой фундамента принятых размеров не удовлетворяет 1 условию.

_{Конструирование фундамента и уточнение размеров и нагрузок по подошве фундамента}

Назначаем новые размеры a=8,3м, b=6 м и проверяем условия вторично.



A=8,3*6=49,8м2

кН;

кН;

;

.

?=

Условие выполняется.

кН;

м;

;

.

Условие выполняется.

;

;

Условие выполняется.

Несущая способность основания под подошвой фундамента принятых размеров удовлетворяет всем условиям.

X = = = 1,7 м;

=1,1 м, =1,1 м, =1 м;



;

= = = 0,58м;

==0,53м.

Окончательно принимается ширина уступов кратно 5 см с округлением в меньшую сторону: м; м; м.

Рис. 2.2. Схема фундамента с уточненными размерами

_{Проверка давления на подстилающий слой.}

Проверка производится в том случае, если под несущим слоем грунта, воспринимающим давление подошвы фундамента, залегает слой менее прочного грунта, условное сопротивление которого R0 меньше, чем несущего. Условие проверки:

?1 - среднее (по слоям) значение расчетного удельного веса грунта, расположенного под кровлей проверяемоуго подстилающего слоя грунта, ?1= 19,32 кН/м3;

d - глубина заложения подошвы фундамента, м;

zi - расстояние от подошвы фундамента до поверхности проверяемого подстилающего слоя грунта, м; zi=5,6

б - коэффициент, зависящий от z/b и ?/b, б = 0,467(рассчитан по билинейной интерполяции);

Rпс - расчетное сопротивление подстилающего слоя грунта, кПа;

?n - коэффициент надежности по назначению сооружения, принимаемый равным 1.4;

кПа;

Rпс = 1,7*(325*(1+0,06*(6 -2)) + 2*19,62*(3,7-3))= 712,57 кПа;

330,24

330,24508,98 кПа

Условие выполняется.219,74

2.6 Расчет фундамента на устойчивость

_{Проверка на опрокидывание}

Проверка на опрокидывание производится по формуле:

;

где Mu- момент опрокидывающих сил относительно оси возможного поворота (опрокидывания) фундамента, проходящий по крайним точкам опирания, Mu=MI;

Mz-момент удерживающих сил относительно оси возможного поворота (опрокидывания) фундамента, проходящий по крайним точкам опирания;

?с- коэффициент условий работы, принимаемыйдля фундаментов на нескальных основаниях равным0,8;

гn - коэффициент надежности по назначению, принимается 1;

Рис. 2.3. Схема к расчету проверки на опрокидывание

;

кНм

;

= 1,1 * 920 (1,1+3,2) = 4351,6 кНм

;

2448,6 < 42813,58 кНм - проверка выполняется.

_{Проверка на плоский сдвиг по подошве}

Расчет на устойчивость против скольжения (плоский сдвиг) по грунту производится по формуле

;

где Qr -сдвигающая сила, равная сумме проекций сдвигающих сил на направление возможного сдвига, кН;

Qz - удерживающая сила, равная сумме проекций удерживающих сил на направление возможного сдвига, кН;

?с - коэффициент условий работы, равный 0,9;

гn- коэффициент надежности по назначению, принимаемый 1;

;

;

где мn - коэффициент трения фундамента по грунту (принимаемый для глин равным 0,3).

;

;

;

1012 < 3763,5 кН - проверка выполняется.

_{Проверка на выпучивание фундамента}

Поскольку первым слоем основания является глинатекучая и мощность данного слоя превышает глубину промерзания, то необходимость в проверки на выпучивание фундамента полностью отпадает.

2.7 Расчет основания по деформациям

Расчет осадки основания и сравнение ее с предельно допустимой

Расчет оснований по деформациям производится исходя из условия:

;

где S - совместная деформация основания и сооружения, см;

Su - предельное значение совместной деформации основания и сооружения, устанавливаемое нормами проектирования.

Расчет осадки основания:

1. Строим геологический разрез, на который наносим контуры фундамента.

2. Определяем среднее давление на грунт под подошвой фундамента, кПа:

;

где NII - расчетная вертикальная нагрузка в плоскости подошвы, включая собственный вес фундамента и грунта на его обрезах, кН;

А - площадь подошвы фундамента, м2;

p - среднее давление на грунт.

;

;

.

3. Определяем вертикальное напряжение от собственного веса грунта в уровне подошвы фундамента:

где уzg,o -вертикальное напряжение от собственного веса грунта в уровне подошвы фундамента, кПа;

гII- удельный вес грунта выше подошвы фундамента, кн/м3;

d -глубина заложения подошвы фундамента, принимая от поверхности грунта без учета срезки или размыва, м;

.

4. Определяем дополнительное вертикальное напряжение от внешней нагрузки в уровне подошвы фундамента:

;

.

5. Толща грунта ниже подошвы фундамента разбивается на элементарные слои.

Мощность слоя принимается равной

;

где b - меньшая сторона подошвы фундамента.

.

В дальнейшем принимается h=1,5м.

6. Определяется вертикальное напряжение от собственного веса грунта на границах однородных слоев ниже подошвы фундамента:

;

где уzg,o - вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента, кПа;

гIIi - удельный вес отдельных однородных слоев грунта, кН/м3;

hi - толщина отдельных слоев грунта, м.

7. Определяется дополнительные вертикальные напряжения от внешней нагрузки на глубине ziот подошвы фундамента:

;

где бi - коэффициент, принимаемый в зависимости от формы подошвы фундамента.

Коэффициент представлен в [1;таблица 3.3]

8. Устанавливается нижняя граница сжимаемой толщи грунта. Она располагается там, где соблюдается условие

;

9. Определяется осадка каждого элементарного слоя

;

где hi - толщина элементарного слоя, см;

0,8 - безразмерный коэффициент;

Е - модуль деформации элементарного слоя.

10. Определяется полная осадка грунта



S ? Su

4,71 ? 6,6см

Условие выполняется.

Все вычисления сведены в таблице 2.1



3. Проектирование свайного фундамента

3.1 Выбор материала ростверка и назначение его размеров

Принимаем материал ростверка бетон класса В-20. Принимаем размер ростверка в плане равным:

3.2 Определение глубины заложения ростверка

Подошву низкого ростверка свайного фундамента закладывают в пучинистых грунтах (глина) ниже расчетной глубины промерзания на 0,25 м:

Глубина заложения ростверка:

d= 2,55 + 0,25 = 2,8 м.

Схема заложения подошвы ростверка представлена на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1.-Схема глубины заложения подошвы ростверка.



3.3 Назначение конструкции и размеров свай

В данной курсовой работе принимются призматические железобетонные сплошные сваи мостовых опор с ненапрягаемой арматурой. Размеры поперечного сечени40 х 40см.

Рисунок 3.2.-Схема к определению длины сваи.

Длина сваи определяется по следующей формуле:

Lсв=2d+(h1-d)+h2+Lзад

,

Для дальнейших расчетов принимаем сваи марки СМ 8-30.

3.4 Определение несущей способности сваи по материалу

Сопротивление сваи по материалу определяется как сопротивление элемента, работающего на сжатие, без учета продольного изгиба.

Несущая способность сваи определяется по формуле:



где - коэффициент условий работы, принимаемый равным 1;

- коэффициент условий работы бетона, принимаемый для данного свай сечением 30х30 и более равным 1;

R - расчетное сопротивление бетона осевому сжатию, кПа, принимаемый по [1, прил. 1, табл. 11];

А- площадь поперечного сечения сваи, м;

R- расчетное сопротивление арматуры, кПа, принимаемый по

[1, прил. 1, табл. 12];

А- площадь поперечного сечения продольной арматуры сваи, м.

Кн.

3.5 Определение несущей способности сваи по грунту

Несущую способность сваи по грунту рассчитываем по формуле:

где - коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый равным 1;

А- площадь опирания на грунт сваи, м;

R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, принимаемый по [1, прил. 1, табл. 10];

u - наружный периметр поперечного сечения сваи, м;

, - коэффициент условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияния способа погружения свай на расчетные сопротивления грунта, принимаемые для забивных свай равными 1;

h- толщинаi-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м; фундамент заложение давление свая

f- расчетное сопротивление i-го слоя грунта на боковой поверхности сваи, кПа, принимаемый по [1, прил. 1, табл. 9].

Расчет произведения производится в табличной форме и представлен в таблице 9

Таблица 3.1.- Расчет несущей способности сваи по грунту

Харктеристика грунта	Zi	hi	fi	fi*hi
Суглинок тягучепластичный	3,0	3.2	5.6	17,92
Супесь пластичная	6,3	6.2	56.81	352.22
Суглинок полутвердый	9.8	0.8	75.9	60.72
итого	430.86

кН.

3.6 Определение количества свай

Определение количества свай осуществляется по формуле:

;

гдеk - коэффициент учитывающий вес ростверка, принимаем 1,3;

NI- расчетная вертикальная нагрузка на фундамент, кН;

Fd - минимальная несущая способность сваи по материалу или грунту, кН;

гk - коэффициент надежности, принимаем гk = 1,4;

кН

Принимаем 32

3.7 Размещение свай в ростверке и уточнение размеров ростверка

При размещении свай в ростверке расстояние между их осями должно быть в пределах 3d-6d, где d - сторона сваи. Из этого условия определяется минимальное и максимальное количество свай в ряду.

3.8 Расчет свайного фундамента по несущей способности

_{Проверка нагрузки на сваю и уточнение количества свай}

Проверка нагрузки на сваю сводится к обеспечению условия, чтобы действующая на сваю нагрузка не превышала наименьшую расчетную нагрузку на нее по грунту или по материалу. При внецентренно нагруженном фундаменте наибольшую нагрузку испытывают сваи крайнего ряда, для них нагрузку допускается определять по формуле:

,

Нагрузка на угловую сваю определяется по формуле:

,

где - полная расчетная вертикальная нагрузка с учетом веса ростверка и свай, определяемая по формуле:

,

Где P -вес одной сваи

,

,- расчетные моменты относительно главных осей плоской подошвы ростверка соответственно от тормозной силы и от поперечных ударов определяются по формулам:

,

,

- коэффициент повышения расчетной нагрузки на сваю;

- минимальная несущая способность сваи по грунту или по материалу, кН;

-коэффициент надежности, принимаемый для фундаментов опор мостов с низким ростверком 1,4;

, - количество свай соответственно общее и в ряду;

, - расстояние от главных осей до оси каждого ряда свай, м;

, - расстояния от главных осей до крайних свай, м.



,

,

851,45<913,65кН

Д= 8 %

Условие не выполняется.

Для дальнейших расчетов принимаем сваи марки СМ 8-40.

3.9 Определение несущей способности сваи по материалу

Сопротивление сваи по материалу определяется как сопротивление элемента, работающего на сжатие, без учета продольного изгиба.

Несущая способность сваи определяется по формуле:

где - коэффициент условий работы, принимаемый равным 1;

- коэффициент условий работы бетона, принимаемый для данного свай сечением 30х30 и более равным 1;

R - расчетное сопротивление бетона осевому сжатию, кПа, принимаемый по [1, прил. 1, табл. 11];

А- площадь поперечного сечения сваи, м;

R- расчетное сопротивление арматуры, кПа, принимаемый по

[1, прил. 1, табл. 12];

А- площадь поперечного сечения продольной арматуры сваи, м.

Кн.



3.10 Определение несущей способности сваи по грунту

Несущую способность сваи по грунту рассчитываем по формуле:

где - коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый равным 1;

А- площадь опирания на грунт сваи, м;

R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, принимаемый по [1, прил. 1, табл. 10];

u - наружный периметр поперечного сечения сваи, м;

, - коэффициент условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияния способа погружения свай на расчетные сопротивления грунта, принимаемые для забивных свай равными 1;

h- толщинаi-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м;

f- расчетное сопротивление i-го слоя грунта на боковой поверхности сваи, кПа, принимаемый по [1, прил. 1, табл. 9].

Расчет произведения производится в табличной форме и представлен в таблице 9

Таблица 3.1.- Расчет несущей способности сваи по грунту

Харктеристика грунта	Zi	hi	fi	fi*hi
Суглинок тягучепластичный	3,0	3.2	5.6	17,92
Супесь пластичная	6,3	6.2	56.81	352.22
Суглинок полутвердый	9.7	0.6	75.9	45,54
итого	415,68



кН.

3.11 Определение количества свай

Определение количества свай осуществляется по формуле:

;

гдеk - коэффициент учитывающий вес ростверка, принимаем 1,3;

NI- расчетная вертикальная нагрузка на фундамент, кН;

Fd - минимальная несущая способность сваи по материалу или грунту, кН;

гk - коэффициент надежности, принимаем гk = 1,4;

кН

Принимаем 18

3.12 Размещение свай в ростверке и уточнение размеров ростверка

При размещении свай в ростверке расстояние между их осями должно быть в пределах 3d-6d, где d - сторона сваи. Из этого условия определяется минимальное и максимальное количество свай в ряду.



Рис. 3.3.-Схема размещения свай в ростверке

3.13 Расчет свайного фундамента по несущей способности

_{Проверка нагрузки на сваю и уточнение количества свай}

Проверка нагрузки на сваю сводится к обеспечению условия, чтобы действующая на сваю нагрузка не превышала наименьшую расчетную нагрузку на нее по грунту или по материалу. При внецентренно нагруженном фундаменте наибольшую нагрузку испытывают сваи крайнего ряда, для них нагрузку допускается определять по формуле:

.

Нагрузка на угловую сваю определяется по формуле:

,

где - полная расчетная вертикальная нагрузка с учетом веса ростверка и свай, определяемая по формуле:

,

,

Где P -вес одной сваи

,

,- расчетные моменты относительно главных осей плоской подошвы ростверка соответственно от тормозной силы и от поперечных ударов определяются по формулам:

,

,

- коэффициент повышения расчетной нагрузки на сваю;

- минимальная несущая способность сваи по грунту или по материалу, кН;

-коэффициент надежности, принимаемый для фундаментов опор мостов с низким ростверком 1,4;

, - количество свай соответственно общее и в ряду;

, - расстояние от главных осей до оси каждого ряда свай, м;

, - расстояния от главных осей до крайних свай, м.

Проверка условий:



,

1367,92<1431,23 кН

Д= 8 %

Условие не выполняется.

Для дальнейших расчетов принимаем сваи марки СМ 10-40.

3.14 Определение несущей способности сваи по материалу

Сопротивление сваи по материалу определяется как сопротивление элемента, работающего на сжатие, без учета продольного изгиба.

Несущая способность сваи определяется по формуле:

где - коэффициент условий работы, принимаемый равным 1;

- коэффициент условий работы бетона, принимаемый для данного свай сечением 30х30 и более равным 1;

R - расчетное сопротивление бетона осевому сжатию, кПа, принимаемый по [1, прил. 1, табл. 11];

А- площадь поперечного сечения сваи, м;

R- расчетное сопротивление арматуры, кПа, принимаемый по

[1, прил. 1, табл. 12];

А- площадь поперечного сечения продольной арматуры сваи, м.



Кн.

3.15 Определение несущей способности сваи по грунту

Несущую способность сваи по грунту рассчитываем по формуле:

где - коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый равным 1;

А- площадь опирания на грунт сваи, м;

R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, принимаемый по [1, прил. 1, табл. 10];

u - наружный периметр поперечного сечения сваи, м;

, - коэффициент условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияния способа погружения свай на расчетные сопротивления грунта, принимаемые для забивных свай равными 1;

h- толщинаi-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м;

f- расчетное сопротивление i-го слоя грунта на боковой поверхности сваи, кПа, принимаемый по [1, прил. 1, табл. 9].

Таблица 3.1.- Расчет несущей способности сваи по грунту

Харктеристика грунта	Zi	hi	fi	fi*hi
Суглинок тягучепластичный	3,0	3.2	5.6	17,92
Супесь пластичная	6,3	6.2	56.81	352.22
Суглинок полутвердый	10.7	2,6	75.9	197,34
итого	567,48



кН.

3.16 Определение количества свай

Определение количества свай осуществляется по формуле:

;

гдеk - коэффициент учитывающий вес ростверка, принимаем 1,2-1,4;

NI- расчетная вертикальная нагрузка на фундамент, кН;

Fd - минимальная несущая способность сваи по материалу или грунту, кН;

гk - коэффициент надежности, принимаем гk = 1,4;

кН

Принимаем 18

3.17 Размещение свай в ростверке и уточнение размеров ростверка

При размещении свай в ростверке расстояние между их осями должно быть в пределах 3d-6d, где d - сторона сваи. Из этого условия определяется минимальное и максимальное количество свай в ряду.

3.18 Расчет свайного фундамента по несущей способности

_{Проверка нагрузки на сваю и уточнение количества свай}

Проверка нагрузки на сваю сводится к обеспечению условия, чтобы действующая на сваю нагрузка не превышала наименьшую расчетную нагрузку на нее по грунту или по материалу. При внецентренно нагруженном фундаменте наибольшую нагрузку испытывают сваи крайнего ряда, для них нагрузку допускается определять по формуле:

,

Нагрузка на угловую сваю определяется по формуле:

,

где - полная расчетная вертикальная нагрузка с учетом веса ростверка и свай, определяемая по формуле:

,

Где P -вес одной сваи

,

,- расчетные моменты относительно главных осей плоской подошвы ростверка соответственно от тормозной силы и от поперечных ударов определяются по формулам:



,

,

- коэффициент повышения расчетной нагрузки на сваю;

- минимальная несущая способность сваи по грунту или по материалу, кН;

-коэффициент надежности, принимаемый для фундаментов опор мостов с низким ростверком 1,4;

, - количество свай соответственно общее и в ряду;

, - расстояние от главных осей до оси каждого ряда свай, м;

, - расстояния от главных осей до крайних свай, м.

Проверка условий:

,

,

1442,76<1648,55кН

Д= 4%

Условие выполняется.

,

,

<1813,4 кН

Д=2 %

Условие выполняется.

_{Проверка давления на грунт по подошве свайного фундамента}

Для данной проверки свайный фундамент рассматривается как условный массивный фундамент в форме прямоугольного параллелепипеда, состоящий из ростверка, свай и грунта, ограниченный контуром А-Б-В-Г.

Размеры подошвы условного фундамента определяются по формулам:

,

,

где , - соответственно длина и ширина подошвы условного фундамента, м;

, - соответственно длина и ширина свайного поля по наружным граням крайних свай, м;

- глубина погружения свай в грунт ниже подошвы ростверка, м;

- приведенное среднее значение расчетных углов внутреннего трения грунтов, прорезанных сваями, определяемое по формуле:

,

Рис. 3.4.-Схема условного массивного свайного фундамента

Проверка несущей способности основания условного фундамента заключается в том, чтобы среднее и максимально давления на грунт в сечении А-Б (рис. 3.5) по подошве условного фундамента удовлетворяли следующим условиям:

,

,

где - расчетное сопротивление грунта в уровне нижних концов свай, кПа;

, - соответственно длина и ширина условного фундамента, м;

- глубина погружения свай в грунт ниже подошвы ростверка, м;

- тормозная сила, кН;

- момент тормозной силы в уровне подошвы ростверка, кНм.

k - коэффициент пропорциональности, кН/м4,;

cb - коэффициент постели грунта в уровне подошвы условного фундамента,

кН/м3;cb=k*d1

- нормальная составляющая давления условного фундамента на грунт основания, кН, определяемая с учетом веса грунтового массива А-Б-В-Г вместе с заключенным в нем ростверком и сваями по формуле:

,

где - нагрузка от веса грунта в пределах всего условного фундамента А-Б-В-Г, определяемая по формуле:

,

,

R = 1,7 (R0 (1+k1 (3.6-2)) +k2 гI (d-3))=1,7*(360,8*(1+0,04*(6-2))+2*19.44*(12-3))=1319.58кПа,

Проверка условий:

,

,

кН

Условие выполняется.

=801.42 кН

,

кН

Условие выполняется.

3.19 Расчет свайного фундамента по деформациям

_{Расчет осадки основания и сравнение ее с предельно допустимой}

Расчет осадки основания:

1. Строим геологический разрез, на который наносим контуры фундамента.

2. Определяем среднее давление на грунт под подошвой фундамента, кПа:

;

,

,

,

.

3. Определяем вертикальное напряжение от собственного веса грунта в уровне подошвы фундамента:

1

.

4. Определяем дополнительное вертикальное напряжение от внешней нагрузки в уровне подошвы фундамента:

;

.

5. Толща грунта ниже подошвы фундамента разбивается на элементарные слои.

Мощность слоя принимается равной

;

.

В дальнейшем принимается h=1,5м.

6. Определяется вертикальное напряжение от собственного веса грунта на границах однородных слоев ниже подошвы фундамента:

;

7. Определяется дополнительные вертикальные напряжения от внешней нагрузки на глубине ziот подошвы фундамента:

;

8. Устанавливается нижняя граница сжимаемой толщи грунта. Она располагается там, где соблюдается условие

;

9. Определяется осадка каждого элементарного слоя

;



10. Производится проверка условия

S? ; 6,5? 6,6 см

Условие выполняется.

Поскольку величина осадки меньше предельно допустимой, запроектированный фундамент удовлетворяет требованиям СНиП [8]

Все вычисления сведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1.-Расчет осадки основания



4. Технико-экономическое сравнение фундаментов

После расчета и конструирования двух вариантов фундаментов необходимо произвести их технико-экономическое сравнение.

Для этой цели по каждому варианту подсчитываются обьемы основных работ по возведению фундамента и их стоимость, результаты отражаются в ведомости.

4.1 Определение объемов работ по вариантам

А) Фундамент мелкого заложения

1) Устройство металлического шпунтового ограждения котлована:

т

где: a= 9,4 м-длина основания фундамента;

b= 5,9 м-ширина основания фундамента;

d= 3,7 м-глубина заложения основания;

=3 м-необходимая глубина ниже дна будущего котлована;

2) Разработка котлована механизированным способом без водоотлива:

м3

где

м-ширина шпунта;



3) Кладка фундамента монолитного бетона:

м3

где: м- длина нижней ступени фундамента;

м-ширина нижней ступени фундамента;

м- высота первой ступени фундамента;

м- высота первой и второй ступени фундамента;

м- длина верхней ступени фундамента;

м-ширина верхней ступени фундамента;

4) Обратная засыпка пазух:

м3

где: м3-объем грунта выемки под котлован;

м3-объем фундамента;

м3-объем опоры входящей в грунт;

Б) Свайный фундамент

1) Устройство металлического шпунтового ограждения котлована:

т

где: a=7,2 м-длина основания фундамента;

b=3,6 м-ширина основания фундамента;



d= 2,8 м-глубина заложения основания;

=3 м-необходимая глубина ниже дна будущего котлована;

2) Разработка котлована механизированным способом без водоотлива:

м3

где

м-ширина шпунта;

3) Погружение железобетонных призматических свай на суше:

м3

где -объем одной сваи;

18-количество свай;

4) Кладка монолитного железобетонного ростверка:

м3

где: м- длина ростверка;

м-ширина ростверка;

м- высота ростверка;

5) Обратная засыпка пазух:

м3



где: м3-объем грунта выемки под котлован;

м3-объем фундамента;

м3-объем опоры входящей в грунт;

4.2 Определение стоимости фундаментов

Все вычисления производятся в табличной форме:

Таблица 4.1. - Расчет стоимости вариантов фундаментов

Наименование работ и затрат	Единицы измерения	Количество работ	Стоимость
			Единичная	Общая
I вариант - Фундамент мелкого заложения
Устройство металлического шпунтового ограждения котлована	т	40,74	222,7	9072,80
Разработка котлована механизированным способом без водоотлива	м3	217,76	1,53	333,17
Кладка фундамента монолитного бетона	м3	84,52	64,4	5443,09
Обратная засыпка пазух	м3	125,18	1.0	125,18
Итого в ценах 1991г.				14974,24
Итогов текущих ценах с учетом индекса =50	747212
II вариант - Свайный фундамент
Устройство металлического шпунтового ограждения котлована	т	25,06	222,7	5580,86
Разработка котлована механизированным способом без водоотлива	м3	81,26	1,53	124,33
Погружение свай	м3	28,8	127	4276,2
Кладка монолитного железобетонного ростверка	м3	36,29	82,9	3008,44
Обратная засыпка пазух	м3	20,95	1.0	20,95
Итого в ценах 1991г.				12980,78
Итогов текущих ценах с учетом индекса =50	637404,1



Коэффициент сборности конструкций фундамента второго варианта определяется по формуле:

где: м3-объем сборного бетона и железобетона;

м3-общий объем бетона и железобетона;

На основании технико-экономического сравнения вариантов, учитывая, что наиболее рациональным является вариант с меньшей строительной стоимостью, к производству работ принимаетсяфундамент мелкого заложения, как наиболее рациональный.



Список использованной литературы

1. Бахарев И.И., Грачева Н.П.,Бахарев В.И. Механика грунтов, осования и фундаменты. Хабаровск: ДВГУПС, 2008.

2. Кириллов В.С. Основания и фундаменты. М.: Транспорт,1980. 362 с.

3. СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты / Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986. 48 с.

4. Бахарев И.И., Грачева Н.П. Методические указания по курсовому проектированию фундаментов мостовых опор. Хабаровск: ХабИИЖТ, 1987.

5. Бахарев И.И., Грачева Н.П. Кудрявцев С.А. Учебно-методическое пособие для выполнения лабораторных работ «Механика грунтов». Хабаровск: ДВГУПС, 1998. - 64 с.

6. СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты / Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986. - 48 с.

Размещено на Allbest.ru

...