Проектирование фундамента мелкого заложения мостовой опоры

Проектирование фундамента мелкого заложения мостовой опоры

Содержание

Введение

1. Исходные данные для проектирования и их анализ

.1 Исходные данные для проектирования

2. Инженерно-геологические условия строительной площадки

3. Проектирование фундамента мелкого заложения

3.1 Определение глубины заложения фундамента, возводимого на водотоке

3.2 Определение размеров фундамента в плане

3.3 Определение расчетного сопротивления грунта под подошвой фундамента

3.4 Проверка напряжений под подошвой фундамента

4. Проектирование свайного фундамента

.1 Определение глубины заложения и размеров ростверка

4.2 Длина и поперечное сечение свай

4.3 Определение несущей способности сваи по грунту

4.4 Определение числа свай, их размещение и уточнение размеров ростверка

4.5 Расчет максимальной нагрузки на сваю

4.6 Расчет свайного фундамента как условно массивного

5. Экономическое сравнение вариантов фундаментов

Заключение

Список литературы

Приложение А

Приложение Б

Введение

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

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

Расчет по первой группе включает:

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

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

в) проверку несущей способности свай.

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

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

строительный фундамент свая подошва

1. Исходные данные для проектирования и их анализ

.1 Исходные данные для проектирования

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

Таблица 1.1 -Нормативные нагрузки на опору моста и геометрические параметры

Таблица 1.2 - Геологический разрез

2. Инженерно-геологические условия строительной площадки

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

Таблица 2.1 -Физико-механические и классификационные показатели грунтов

удельный вес грунта во взвешенном состоянии ( =10кН/м3)

, кН/м3

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

1. Вода;

. Песок пылеватый - грунт водонасыщенный

. Супесь - грунт влажный, пластичный;

. Суглинок - грунт тугопластичный.

3. Проектирование фундамента мелкого заложения

.1 Определение глубины заложения фундамента, возводимого на водотоке

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

н1 ≥ hнес. сл. + 0,25,

где . - глубина промерзания, м.

dн1 ≥ 1,9+0,25;

dн1 ≥ 2,15 м.

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

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

н2 ≥ dpаз + 2,5,

где dpаз - глубина размыва, м;

dн2 ≥ 0,3+2,5;

dн2 ≥2,8 м.

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

dн3 ≥  + 0,5,

где - глубина кровли несущего слоя, м.

dн3≥ ;

dн3≥3,9м.

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

.2 Определение размеров фундамента в плане

Минимальные размеры фундамента по обрезу равны:

аoбр = аo + 2∙с;

boбр = bo + 2∙с;

Аmin = aoбр∙boбр;

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

аoбр = 9,8+2∙0,2=10,2 м;

boбр =2,6+2∙0,2=3 м;

 = 10,2∙3=30,6 м².

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

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

=a0+2∙hф∙tg30o;

bmax=b0+2∙hф∙tg30o;

Аmax = amax∙bmax;

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

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

hф=3,4 м;

= 9,8+2·0,577·3,4=13,72 м;

= 2,6+2·0,577·3,4=6,52 м;

= 13,72·6,52=89,5 м².

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

,

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

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

=10 -удельный вес воды;

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

 - условное сопротивление грунта несущего слоя, кПа;

- расчетная вертикальная нагрузка на обрез фундамента.

Расчетная вертикальная нагрузка на обреза фундамента:

,

где - вес опоры, кН;

Pн- вес пролетных строений, кН;

- временная нагрузка от подвижного состава, кН;

=1,13- коэффициент надежности подвижной нагрузки.

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

Полученная площадь должна отвечать неравенству

АminА Аmax

,6<61,2<89,5 - условие выполняется.

Окончательно принимаем размеры Аmax.

Подсчитываем размеры подошвы фундамента:

Задаемся соотношением сторон =2.

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

;

;

Принимаем ширину уступов

3.3 Определение расчетного сопротивления грунта под подошвой фундамента

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

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

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

b - ширина подошвы фундамента, м;

dн - глубина заложения фундамента, м;

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

Расчетное значение удельного веса грунта, расположенного выше подошвы фундамента:

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

3.4 Проверка напряжений под подошвой фундамента

Среднее давление под подошвой фундамента рассчитываем по формуле:

а максимальное:

где А- принятая площадь подошвы фундамента, м2;

- коэффициент условий работы, равный 1,2;

- коэффициент сопротивления по подошве фундамента;

W- момент сопротивления по подошве фундамента.

Момент сопротивления по подошве фундамента:

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

где , ,,,, T, - из задания;

 = 1,13 - коэффициент надежности подвижной нагрузки;

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

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

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

кН;

Нагрузка от веса грунта на уступах:

,

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

.

Вес воды на уступах:

,

где -глубина подошвы от поверхности воды, м.

= 16393,99кН.

 - условие выполняется.

.

.5 Расчет осадки фундамента

Расчет осадок фундамента проводим методом послойного суммирования по формуле:

S=β,

где β-коэффициент, равный 0,8

 среднее вертикальное напряжение на i-м слое, кПа;

- мощность i-го слоя;

- модуль деформации i-го слоя.

Глубина Zi=.

Природное давление на глубине Zi равно:

= +,

где - природное давление на уровне подошвы фундамента:

=+*,

где - мощность грунтов;

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

Дополнительное давление на глубине z:

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

Среднее напряжение для каждого слоя:

=.

Расчеты ведутся в таблице 3.1

Таблица 3.1- Расчет осадки фундамента

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

Su=0,002*lp,

где lp- длина расчетного пролета.

0,0450,086 - условие выполняется

4. Проектирование свайного фундамента

.1 Определение глубины заложения и размеров ростверка

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

.2 Длина и поперечное сечение свай

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

Предварительно длина свай определяется по формуле:

= dн.с. + hз.г. + hз.р.- dp ,

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

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

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

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

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

Принимаем l=8м.

Размеры поперечного сечения рекомендуются следующие:

Принимаем 0,35×0,35м.

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

.3 Определение несущей способности сваи по грунту

Расчетное сопротивление висячей сваи определяется по формуле:

,

где γс - коэффициент условий работы, равный 1;

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

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

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

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

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

fi- коэффициент трения по боковой поверхности сваи;

γсr, γсf- коэффициенты условий работы, зависящие от способа погружения свай.

.4 Определение числа свай, их размещение и уточнение размеров ростверка

Количество свай определяется по формуле :

где η= 1,1- коэффициент перегрузки.

Расчетная нагрузка определяется по формуле:

Вес ростверка:

 ,

где  площадь ростверка, ;

=10,2∙3=30,6

;

=∙h∙,

где вес воды, кН/;

h высота слоя воды, м;

 площадь опоры, ;

=кН;

=кН;

Принимаем n=21.

Сваи в ростверке размещаем в рядовом порядке.

.5 Расчет максимальной нагрузки на сваю

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

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

;

Продольную силу определяем по формуле:

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

Расчетный момент в плоскости подошвы фундамента:

,

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

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

=1,1∙440∙(8,2+1,2)=4342,8 кН∙м.

,

Вес свай:

где A- площадь сечения сваи, м2;

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

l- полная длина сваи, м;

n- число свай, штук;

γb- объемный вес свай, γb= 25кН ̸ м3.

0,1225∙(8-0,5)∙21∙25 = 482,343 кН;

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

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

.6 Расчет свайного фундамента как условно массивного

Размеры условного фундамента определяются следующими параметрами:

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

длина и ширина соответственно:

,

,

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

Угол наклона наклонных свай:

где - угол внутреннего трения i-го слоя;

hi- мощность i-го.

9,8+ tg 5,798∙(8-0,5) =10,57 м;

2,6+ tg 5,789∙(8-0,5) =3,37 м;

Несущая способность основания должна удовлетворять следующим условиям:

где γс= 1,2- коэффициент условий работы;

γn= 1,4- коэффициент надежности.

Расчетное сопротивление грунта несущего слоя, определяется по формуле:

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

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

 - ширина подошвы фундамента, м;

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

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

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

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

Среднее давление под фундаментом равно:

Расчетная нагрузка  определяется по формуле:

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

,694809,94 - условие выполнено.

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

MI- момент, MI=4435,2 кН∙м;

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

Св- коэффициент постели грунта основания, Св=50000.

5771,93- условие выполнено.

5. Экономическое сравнение вариантов фундаментов

Расчет стоимости возведения фундаментов рекомендуется проводить по укрупненным условным расценкам.

Определение строительной стоимости проводится в форме таблицы.

При определении объемов работ следует учитывать следующее:

размеры котлована в плане принимать:

=а + 2 м, =b + 2 м.

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

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

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

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

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

Заключение

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

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

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

Список литературы

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

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

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

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

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

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