Проект свайной набережной стенки

Проект свайной набережной стенки

Содержание

Исходные данные

1.    Выбор основных габаритных размеров свайной набережной

2.       Определение нагрузок, действующих на сооружение

.        Уточнение схемы свайного основания

.        Определение глубины забивки свай

.        Расчет шпунтовой стенки

.        Статический расчет свайных набережных

.        Проверка общей устойчивости сооружения

.        Определение ориентировочной стоимости строительства сооружения

Список литературы

Исходные данные

Разрабатывается проект свайной набережной стенки с передним шпунтом. Этот тип набережной наиболее распространен в морских и речных портах. Курсовой проект имеет следующие исходные данные:

1.   Место расположения сооружения - море.

2.       Профиль причала - вертикальный.

.        Расчётные уровни воды:

·    Низкий - +1,00 м

·        50% обеспеченности - +4,80 м

·        Высокий - +6,50 м

4.   Глубина у причала - 8,25 м

5.       Характеристики грунтов:

·    Основание:

Песок мелкий с показателями:

·    Засыпка:

Песок крупный с показателями:

6.   Материал сооружения:

·    Шпунт - сталь

·        Ростверк - бетон

·        Сваи - железобетон

7.   Равномерная распределённая поверхностная нагрузка на территории порта

1. Выбор основных габаритных размеров свайной набережной

Выбор габаритных размеров производится в следующей последовательности:

1.    Наносим отметки уровней воды, кордона и территории, от низкого расчетного уровня откладываем глубину у причала;

2.       Намечаем положение передней грани ростверка, переднюю грань ростверка принимаем вертикальной;

.        Намечаем положение нижней грани ростверка, которое зависит от материала ростверка, свай, расчетных уровней воды и условий производства работ - выше НРУ на 0,50 м;

.        Лицевой ряд свай располагается на расстоянии а=0,6 м от передней грани ростверка. Глубину забивки шпунтового ряда ориентировочно принимаем 0,6H м.

.        Положение ближайшей к переднему ряду козловой сваи определяется радиусом . Уклон козловой сваи принимаем 3:1. Положение растянутой сваи козловой опоры, с тем же уклоном, определяется точкой пересечения ее с осью сжатой козловой сваи на расстоянии от низа ростверка.

.        Для определения полной ширины ростверка необходимо отложить от точки пересечения наклонных свай козловой опоры

.        Количество свай, находящихся между шпунтовой стенкой и козловой опорой, определяется из условия максимального расстояния, равного 3 метра, между осью переднего ряда и осью шпунта, а также нагрузку из нагрузки, которую воспринимает ростверк.

Расчётная схема набережной представлена на рис. 1.

2. Определение нагрузок, действующих на сооружение

. Вес ростверка и грунта, расположенного на нем определяем по известным габаритам сооружения. Результат расчета представлен в табл. 1.

Таблица 1 Определение веса и моментов от сооружений

Полная вертикальная нагрузка  на сооружение получается при сложении собственного веса ростверка, грунта и полезной нагрузки на причал.

. Швартовые нагрузки

Для морских судов швартовые нагрузки равны . Расчетное усилие нормальное к кордону (),определяется по формуле:

,

гдеугол наклона швартовного усилия к горизонтальной плоскости;

 угол между нормалью к линии Кордона и направлением швартовного усилия;

длина секции;

число швартовых тумб в секции.

Распределение нормальной составляющей к линии кордона швартового усилия тросах производится на всю длину секции

. Активное давление грунта

Горизонтальная нагрузка от бокового давления грунта на ростверк.

Определение давления грунта, действующего на надстройку набережной, производится для вертикальной плоскости, проходящей через заднюю грань ростверка. Ординаты давления определяются при самом низком расчетном уровне воды с учетом эксплуатационной нагрузки по формуле:

, где

где удельный вес грунта засыпки;

глубина;

 - коэффициент активного давления грунта:

Таблица 2 Горизонтальная нагрузка от бокового давления грунта на ростверк

свайный набережная строительство шпунтовый

Горизонтальная нагрузка от бокового давления грунта на шпунтовую стенку

Из-за того, что ростверк оказывает экранирующее воздействие, эпюра активного давления строится от нижней грани ростверка. Для вычисления реакции  от бокового давления грунта на шпунтовую стенку строится эпюра активного давления. Абсциссы эпюры определяются по формуле:

Учёт полезной нагрузки происходит следующим образом: из точки "А" проводятся 2 прямых до пересечения со шпунтовой стенкой - плоскость естественного откоса - АБ, под углом , и плоскость обрушения - АВ, под углом , так эта плоскость пересекает уровень изменения слоёв, то будет наблюдаться излом. Затем принимается, что выше точки "Б" полезная нагрузка давления на стенку не оказывает, ниже точки "В" эпюра строится с учётом полезной нагрузки, а на участке "БВ" происходит соединение прямой линией. Так как на участке "БВ" происходит изменение слоёв грунта, то на эпюре наблюдается излом и скачок.

Таблица 3 Определение активного давления грунта на шпунтовую стенку

Эпюра активного давления представлена на рис. 2.

. Порядок определения силы , приложенной к низу ростверка, представлен на рис. 2 и 3. Последовательность определения силы :

-        эпюру активного давления на плоскость шпунта строим с учетом экранирующего действия ростверка и свайных рядов;

         строим суммарную эпюру;

         далее суммарную эпюру разбиваем на части;

         прикладываем в центр тяжести этих фигур силы, равные площадям этих фигур;

         строим силовой и веревочный многоугольники;

         проводим замыкающую до пересечения с продолжением последнего луча веревочного многоугольника;

         проведя в силовом многоугольнике луч параллельно замыкающей, получим значение искомой силы ().

. Уточнение схемы свайного основания

Выбор схемы свайного основания при проектировании сооружений с высоким свайным ростверком является важнейшей задачей. Для вертикальных набережных усилия в сваях определяют для двух случаев загружения:

-        при отсутствии временной равномерно распределенной поверхностной нагрузки  на территории порта в пределах ширины ростверка

         при ее наличии

В первом расчете получаем наибольшие усилия в растянутых сваях, а во втором - в сжатых.

Жесткий ростверк рассматривается как абсолютно жесткое недеформируемое тело, и распределение равнодействующей всех внешних сил между сваями производят по схемам , приведенным на рис. 4 и 5.

Допустимая нагрузка на ж/б сваи: 800 кН - для сжатых и 500 кН - для растянутых свай.

Величины усилий в сваях жесткого ростверка представлены в табл. 4.

Таблица 4 Величины усилий в сваях

4. Определение глубины забивки свай

Принятые элементы:

Глубина забивки свай определяется по формуле несущей способности висячей забивной сваи.

Для сжатой сваи:

где:

-        несущая способность сваи;

-        коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый равным 1,0;

-        коэффициенты условий работы грунта, соответственно, под нижнем концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи;

-        расчетное сопротивление грунта под нижнем концом сваи;

-        площадь опирания на грунт сваи;

-        периметр поперечного сечения сваи в i-том слое грунта;

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

-        длина сваи в i-м слое грунта.

Для растянутой сваи:

где: коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый равным 0,8.

Примечание: сопротивление грунта засыпки на боковой поверхности не должно превышать одной четвертой усилия в сжатой свае.

Расчеты по определению глубины забивки сваи сведены в табл. 5

Таблица 5 Определение глубины забивки свай

А2,В , сечением 0,25Х0,3 м.

С ,сечением 0,3Х0,35 м.

Схемы к расчету определения глубины забивки свай показаны на рис.

5. Расчет шпунтовой стенки

Шпунтовые стенки набережных с высоким свайным ростверком по схеме своей работы являются заанкерованным больверком. Особенности их расчета вытекают из наличия за шпунтовым рядом вертикальных и наклонных свайных рядов, снижающих активное давление грунта.

) Определяем коэффициенты k - для уточнения значений абсцисс эпюры пассивного давления грунта с учетом трения о грунт материала стенки. Эпюра показана на рис. 7.

Таблица 6 Горизонтальная нагрузка от бокового давления грунта на ростверк

,,,

2) Характер заделки шпунтовой сваи в ростверк - защемление. Замыкающая уравнивает 3 момента (рис. 9). Точка пересечения замыкающей и веревочного многоугольника в нижней части определяет точку приложения равнодействующей обратного отпора (определяется в силовом многоугольнике.) Также эта точка определяет величину t₀ =0,88 м.

) По величине р/д обратного отпора определяем расстояние от низа стенки до точки приложения :

-суммарная вертикальная нагрузка в точке приложения .

) Полная глубина забивки:

Так как глубина забивки шпунта не может быть меньше 3 метров окончательно принимаем:

) Определяем расчетный момент от грунта, расположенного между шпунтовой стенкой и экранирующей плоскостью:

.

Так как Z₁> Z₂ - расчет окончен.

6) Далее подбирается сечение шпунта по расчетному моменту.

Подбираем шпунт зетового профиля PU 28 ( b=750мм, h=441мм, e=10,5 мм, а=9,1мм,W=554см³, ω=112,7см², для 1п.м. ω=150,3 см²)

6. Статический расчет свайных набережных

Расчет набережных с жестким ростверком рекомендуется проводить по методу упругого центра. Жесткий ростверк можно считать абсолютно не деформируемым телом на упруго податливых опорах. Основная система получается путем закрепления ростверка связями, предотвращающими любые смещения системы. Расчетную схему набережной принимают с условным шарнирным закреплением свай к ростверку и в основании, включая шпунт, так как он несущий. Начало координат принимается на пересечении передней и нижней гранях ростверка. Схема набережной к статическому расчету представлена на рисунке 10.

Сначала составляется таблица с данными для расчета.

Шпунт принят несущим, поэтому расчет начинают с определения допускаемой нагрузки на 1 пог. м. шпунтовой стенки.

Таблица 7 Данные для приближенного расчета

Определение коэф. податливости опор.

Статический расчет набережной производят с учетом упругой осадки свай. Коэф. податливости определяется по формуле Смородинского. В начале необходимо определить коэф. упругой податливости сваи (перемещение головы под действием продольной силы Р = 1).

где  и  - соответственно свободная длина и поперечное сечение сваи. Свободная длина - расстояние от низа ростверка до поверхности естественного грунта.

 - модуль упругости материала сваи (; );

 - коэф. принимаемый, для железобетонных и металлических свай, равным 350 1/м.

 - допустимая нагрузка на сваю, определенная в таблице 5.

Т.к. расчет производится на один погонный метр для сооружения, то расчетное значение величины коэф. упругой податливости определим так:

, где а - продольный шаг свай.

Так же можно воспользоваться значением коэф. упругой осадки свай, равной .

Расчет коэф. упругой податливости сведен в таблицу 8. В таблице 9 приведены вычисления усилий в сваях от единичных смещений и реакций в связях. Графы 9-13 заполняют после определения координат упругого центра: для этого предварительно вычисляют вспомогательные величины 18-19.

Координаты упругого центра определяют по формулам:

Реакции в связях от внешней нагрузки вычисляют по формулам:

- c учетом q

 - без учета q

Смещения ростверка определяются по формулам:

а) с учетом нагрузки q₀

а) без учета нагрузки q₀

Заключительные вычисления усилий в сваях сведены в таблицы 10 и 11. Максимальные нагрузки для сжатых свай получаются, если расчеты производить с учетом нагрузки на поверхность q₀, для растянутых - без учета q₀. Схема к статическому расчету набережной показа на рис. 8.

Таблица 10 Вычисления усилий в сваях (с учетом q₀)

Вычисления усилий в сваях (без учета q₀)

7. Проверка общей устойчивости сооружения

Общую устойчивость сооружения проверяют на скольжение по круглоцилиндрической поверхности. Кривая скольжения должна проходить через низ шпунтовой стенки. До начала расчета необходимо построить эпюру приведенных нагрузок, в которой все действующие нагрузки приводятся к объемному весу грунта во взвешенном состоянии. Приведенная высота в данном случае откладывается от НРУ и определяется по следующей формуле:

где:

плотность i-того слоя;

мощность i-того слоя грунта;

g - ускорение свободного падения;

-плотность материала основного массива, к которому осуществляют приведение (в нашем случае - грунт во взвешенном состоянии, =1,0 т/м³ ).

Приведенная высота для ростверка:

Определяем координаты центра и радиус кривой скольжения:

где расстояние от поверхности до дна;;-относительные координаты

Ширина полоски принимается равной

Расчет слагаемых для определения коэффициента К представлен в таблице 10.

Таблица 11 Расчет слагаемых для определения коэффициента К

…

где - сумма моментов удерживающих от сползания сил;

- сумма моментов сдвигающих сил;

 - момент сил трения;

 - момент сил сцепления; силы сцепления появляются только в том случае, если грунт обладает связностью;  - сцепление грунта;

L - длина дуги поверхности скольжения, на которой действует сцепление;

-устойчивость обеспечена

8. Определение ориентировочной стоимости строительства набережной

Проектирование набережной завершается составлением сметно-финансового расчета на ее строительство. Расчет производится для одной секции причала равной 20м. Расчет представлен в табл. 12.

Таблица 12

Для определения полной стоимости строительства набережной и суммы прямых расходов необходимо добавить 10 % от этой суммы на неучтенные расходы:

К полученной таким образом стоимости добавляем 25 % на накладные расходы и плановые накопления:

- общая стоимость 1 секции набережной.

Стоимость одного метра набережной составит:

Список литературы

1.  Штенцель В.К., Перевязкин Ю.А. Порты и портовые сооружения. Часть 2: рабочая программа и методические указания по курсу и курсовому проекту "Свайная набережная с высоким ростверком" - СПб.: СПГУВК, 2000. - 84 с.

2.       Ляхницкий В.Е. Портовые гидротехнические сооружения. Часть 1: учебник для гидротехнической специальности ВУЗов водного транспорта - Ленинград: Ленинград, 1955. - 624с.

.        Смирнов Г.Н,Горюнов Б.Ф., Курлович Е.В. Порты и портовые сооружения - Москва: Стройиздат, 1979. - 607с.