Курсовая работа: Проектирование оснований и фундаментов причальных сооружений

Министерство науки и образования РФ

Кубанский государственный технологический университет

Кафедра строительных конструкций и гидросооружений.

Пояснительная записка

к курсовому проекту по дисциплине:

“Основания и фундаменты”

на тему: “Проектирование оснований и фундаментов причальных сооружений”

Выполнил: _________________________________________ст. гр. 07-С-ГТ-1 Даниленко Я.П.

Допущен к защите:______________________________________________________________

Руководитель проекта: _______________________________________________Дизенко С.И.

Нормоконтролёр:_______________________________________________________________

Защищен: ______________________Оценка_________________________________________

Члены комиссии:________________________________________________________________

Краснодар 2010

Содержание

Реферат……………………………………………………………………….……………..2

Введение………………………………………………………………………….................6

1. Анализ инженерно-геологических условий строительной

площадки………………………………………………………………………………..8

2. Сбор нагрузок на опору причала…………………...…………………........................11

3. Составление сочетаний нагрузок……………………………………………………...19

4. Проектирование свайного фундамента.…………………………..…………………..22

5. Определение конечных осадок свайного фундамента………..……………………..28

Заключение…………………………………………………………..……..……………....30

Список используемой литературы……………………………………...…………………………………………..31

Реферат

В данном курсовом проекте представлен расчеты свайного фундамента под морской причал, находящийся в городе Сухуми.

Данный курсовой проект содержит пояснительную записку объёмом страниц и чертёж, выполненный на формате А1.

Введение

Проектирование фундамента является одним из важнейших и ответственных этапов возведения любого гидротехнического сооружения.

Расчёт представленный в данной работе произведён для причального сооружения, спроектированного для акватории порта в городе Ейск.

На основании инженерно – геологических изысканий был выбран свайный тип фундамента с применением висячего типа свай. Причальное сооружение, для которого произведён расчет, предназначено для приёма сухогрузных судов водоизмещением

1 Анализ инженерно-геологических условий строительной площадки

Первый образец грунта.

Песок – мощность размываемого слоя 0,3 м - не рассчитывается.

Второй образец грунта.

Суглинок - мощность слоя 2,2 м.

1). Определяем расчётные удельные массы грунта.

2). Определяем коэффициент пористости грунта:

3). Определяем степень влажности грунта:

,

4). Определяем показатель текучести грунта:

5). Определяем число пластичности грунта:

6). Определяем нормативные значения удельного сцепления (по таблице 3.9):

7). Определяем нормативные значения угла внутреннего трения (по таблице 3.9):

8). Определяем нормативные значения модуля деформации (по таблице 3.10):

9).Определяем расчётное сопротивление грунта

Третий образец грунта.

Супесь - мощность слоя 2,0 м.

1). Определяем расчётные удельные массы грунта.

2). Определяем коэффициент пористости грунта:

3). Определяем степень влажности грунта:

,

4). Определяем показатель текучести грунта:

5). Определяем число пластичности грунта:

6). Определяем нормативные значения удельного сцепления (по таблице 3.9):

7). Определяем нормативные значения угла внутреннего трения (по таблице 3.9):

8). Определяем нормативные значения модуля деформации (по таблице 3.10):

9).Определяем расчётное сопротивление грунта

Четвёртый образец грунта.

Песок- мощность слоя 3,8м

1) - удельный вес грунта;

- удельный все твердых частиц грунта;

2) Определяем коэффициенты пористости ;

3) Определяем степень влажности

;

Песок - средней крупности, т.к. масса частиц крупнее 0,25 мм составляет 69+22,5+5,9=97,4% , - песок плотного сложения, таблица 3.4;

- песок насыщенный водой, таблица 3.5;

По таблице 3.7 Определяем расчетные сопротивления песчаных грунтов По таблице 3.8 Определяем нормативное значение удельного сцепления ,

нормативный угол внутреннего трения и нормативное значение модуля деформации .

Пятый образец грунта.

Суглинок - мощность слоя 7 м.

1). Определяем расчётные удельные массы грунта.

2). Определяем коэффициент пористости грунта:

3). Определяем степень влажности грунта:

,

4). Определяем показатель текучести грунта:

5). Определяем число пластичности грунта:

6). Определяем нормативные значения удельного сцепления (по таблице 3.9):

7). Определяем нормативные значения угла внутреннего трения (по таблице 3.9):

8). Определяем нормативные значения модуля деформации (по таблице 3.10):

9).Определяем расчётное сопротивление грунта

Вывод: четвёртый образец грунта (песок, плотный) обладает достаточной прочностью и деформативностью, и может служить основанием для фундамента.

Таблица 1 - Характеристики грунтов

Рисунок 1.1 Геологический разрез (по скважине №1)

2 Сбор нагрузок на опоры причала

2.1 Постоянные нагрузки на фундамент причала

Собственный вес ростверка:

,

где - удельная масса материала ростверка,

V - геометрический объем ростверка.

Собственный вес верхнего строения причала:

Итого постоянная нормативная нагрузка:

2.2 Нагрузки на морской причал от складируемых грузов

По заданию задана III категория нагрузок по табл.4.2 [1] выписываем значения эксплуатационных нагрузок:

1)Нормативная нагрузка от грузов:

где – нагрузка от складируемых грузов на зоне линии кордона (зона А),

– нагрузка от складируемых грузов на прикордонной зоне (зона Б),

– нагрузка от складируемых грузов на переходной зоне (зона В),

q - величина нагрузки от складируемых грузов на данную зону причала,

l_А,Б,В - длины зон причала, соответственно А,Б,В

l – шаг свай вдоль причала.

Нагрузка на опору от грузов со всех зон причала:

2,2 Нагрузки от транспортных средств

Чтобы определить максимальную нагрузку от действия кранов, строим линию влияния опорной реакции и загружаем её крановой нагрузкой согласно таблице 4.3 [1]

Рисунок 2.1 – Схема для определения крановой нагрузки

Максимальную вертикальную крановую нагрузку (реакцию), действующую на один поперечный ряд свай, определяем как сумму произведений величин соответствующих давлений колес крана на величины ординат линии влияния, взятых под соответствующей силой

где - максимальное давление катка крана (таблица 4.3 [1]),

- ординаты линии влияния, взятые под соответствующими силами;

2,3 Нагрузки от транспортных средств

- от автодорожного транспорта

Нагрузка от автомобильного транспорта для категории нагрузки III учитываем автомобильные нагрузки Н – 300. Для этого типа погонная нормативная нагрузка составляет:

Величина автомобильной нагрузки на опору причала вычисляется по формуле:

где n - количество полос движения, L - шаг сваи.

Нагрузка от ж/д транспорта:

Суммарная нагрузка от транспортных средств:

Вывод: Далее расчет ведётся по транспортным нагрузкам ввиду того, что они оказывают большее воздействие на причал чем нагрузки от загружения его грузами.

2.5 Нагрузка от воздействия судов

Нагрузка от ветрового навала судна, поперечная и продольная находится по формуле:

где - давление ветра (в кН/м² )

где с - аэродинамический коэффициент, для поперечной составляющей

равен 1,2; для продольной равен 0,8,

- коэффициент, зависящий от длины судна, принимается по табл.4.4.[1],

равный 0,65

- нормативный скоростной напор ветра,

,

где - скорость ветра обеспеченностью 4% за навигационный период

принимается по табл.4.5 [1], для данного района строительства

(г. Ейск) 24 м/с.

– парусность судна определяется по приближенной формуле:

,

где - коэффициент, принимаемый по табл.4.6.[1], равен 0,12,

- длина (ширина) судна,

Поперечная составляющая нагрузки от ветрового навала судна передается на причал по длине прямолинейного участка судна в виде распределенной нагрузки р_н , которая находится по формуле:

При ,

где К_Э – коэффициент, учитывающий эксцентричность действия N_B по отношению к середине l_B , принимаем равным 1,1

для сухогрузов

В нашем случае длина причала больше прямолинейной длины судна:

кН

Нагрузка, действующая на опору причала от ветрового навала судна:

Нагрузка от натяжения швартов:

Значение углов принимаются по табл.4.8

Для морского грузопассажирского:

=30° и =20°

Количество работающих тумб принимаем в зависимости от длины судна:

L=200; n=6

Рисунок 4- Схема нагрузки от натяжения швартовов.

Определяем горизонтальную нормальную к линии кордона нагрузку:

где N_Т - нагрузка к швартовой тумбе,

n_Т - количество швартовых тумб, равное 6,

расстояние между тумбами равно 30 м..

Определяем нагрузку, приложенную к швартовной тумбе и направленную по швартовым тросам вверх и в сторону от тумбы:

где а=30°; b=20°

Определяем нагрузку, приложенную к тумбе вертикально:

Определяем нагрузку, приложенную горизонтально:

-количество опор, приходящихся на одну тумбу.

Нагрузки на один опору причала:

Нагрузка, возникающая при подходе судна к причалу:

Величина энергии навала судна на причал определяется по формуле:

где - коэффициент, равный 0,65 по табл.4.9.;

D_с - водоизмещение судна,

n_n , - скорость судна при подходе.

Тип амортизатора Д400.

Величина нормальной составляющей нагрузки (рис. 4.7.[1])

,

Интенсивность навала судна при подходе к сооружению:

Таблица 2 - Результаты сбора нагрузок на опоры причала

3 Составление сочетаний нагрузок

Таблица 3 - Расчетные сочетания нагрузок

Рисунок 5- Схема сочетаний.

4 Проектирование свайного фундамента

4.1 Назначение параметров свайного фундамент

Сваи принимаем висячего типа

Заведем сваю в четвёртый слой грунта.

Примем забивную составную железобетонную сваю-оболочку с ненапрягаемой арматурой СО 17-80 (ГОСТ 19804-91).

- Глубину защемления сваи в грунте определяем по ф-ле А.В. Паталеева

;

где: h_a - высота слоя в котором происходит сдвиг грунта при воздействии на него сваи.

h_a = 0.14t= 0.14(0.6+1.4+8)=1.4

Следовательно:

4.2 Определение несущей способности сваи по грунту

Одиночную сваю по несущей способности грунтов основания следует рассчитывать исходя из условия [1]:

где - расчетная нагрузка на сваю

- коэффициент надежности, принимаем равным 1,4

- несущая способность висячей сваи по грунту, работающая на сжимающую нагрузку, определяется по формуле:

,

где - коэффициент условий работы сваи в грунте, равный ,

- расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа,

- площадь опирания сваи на грунт, м,

- наружный периметр поперечного сечения сваи, м,

- расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой

поверхности сваи, кПа, (табл. 6.5.[1]),

- толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью

сваи, м. (пласты грунтов следует расчленить на слои толщиной не

более 2 м.),

- коэффициенты условий работы грунта, соответственно под нижним

концом и на боковой поверхности сваи (табл. 6.6.[1]).

Рис 5.1-Схема к расчёту нагрузки на сваи

Определим расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа, принимаемое по табл. 6.5.[1] методом интерполяции:

Определим расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи по табл. 6.4.[1], R=3670 кПа.

Расчетная несущая способность свай с учетом коэффициента надежности:

Рисунок 6- Расчетная схема для определения сопротивления на боковой поверхности сваи

4.3 Расчет свайного фундамента по первой группе предельных состояний

Расчетная нагрузка на сваи, определяется по формуле [1]:

,

где - соответственно, расчетные вертикальные нагрузки и

моменты всех сил относительно центра тяжести подошвы

ростверка, кН, кНм из сочетаний нагрузок,

- количество свай в ростверке,

- расстояние в направлении действия момента до оси

наиболее удаленной сваи от центра тяжести свайного

поля, м,

- то же, до оси каждой сваи, м.

I сочетание

II сочетание

III сочетание

IV сочетание

V сочетание

При проверке условия следует добиваться запаса несущей способности не более 20%[1], т.е.:

- условие выполняется, принимаем сваю диаметром 0.8м.

4.4 Расчет фундамента по второй группе предельных состояний

Расчет фундамента по деформациям выполняется как условного массивного фундамента на естественном основании. Границы условного фундамента определяются следующим образом: сверху – поверхностью планировки, с боков вертикальными плоскостями АВ и БГ, снизу – плоскостью в уровне нижних концов сваи в границах условной площади подошвы фундамента (рис. 8).

Рисунок 7- Схема к расчету условного массива фундамента.

Средневзвешенное значение угла внутреннего трения грунтов, залегающих в пределах длины сваи, при напластовании, определяется:

,

где j_i - расчетное значения углов внутреннего трения грунта i-го слоя,

град

h_i - соответствующие толщины слоев грунта.

Определяем ширину и длину условного фундамента:

,

.

Площадь условного фундамента вычисляется по формуле:

Среднее давление под подошвой условного фундамента:

,

где - максимальная расчетная нагрузка на опору причала из

сочетания нагрузок по второй группе предельных состояний, кН,

- вес сваи, кН,

- вес грунта, в объеме условного фундамента, кН,

- площадь подошвы условного фундамента.

,

,

,

,

Проверяем условие:

где: - расчетное сопротивление грунта основания условного фундамента, определяется по формуле:

где - условное сопротивление грунта несущего слоя из расчета грунтов,

кПа;

- ширина подошвы условного фундамента, м,

- глубина заложения фундамента (от дна моря), м,

- усредненное по слоям расчетное значение удельного веса грунта,

расположенного выше подошвы фундамента, вычисленное без

учета взвешивающего действия воды,

- коэффициенты, принимаемые по табл.6.7.[1].

.

- условие выполняется.

5 Определение конечных осадок свайного фундамента, методом послойного суммирования осадок отдельных слоев

Осадка свайного фундамента определяется как для условного грунтосвайного массива, методом послойного суммирования по формуле:

где b - безразмерный коэффициент, равный 0,8,

- среднее значение дополнительных вертикальных нормальных

напряжений в i-м слое грунта, равное полусумме указанных

напряжений на верхней Z_i-1 и нижней Z_i границах слоя по

вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента,

h_i ,E_i - соответственно толщина и модуль деформации i-го слоя грунта.

Деформация слоев грунта начинается от подошвы условного фундамента, т.е. от уровня конца свай.

Сжимаемую толщу грунта под подошвой условного фундамента делим на элементарные слои, толщиной не более 0,4 ширины подошвы условного фундамента. При слоистом основании каждый элементарный слой должен включать однородный грунт и не должен быть более двух метров.

Для вертикали, проходящей через середину подошвы условного фундамента, определяем напряжения от собственного веса грунта s_zq и дополнительные напряжения s_zp .

Вертикальные напряжения от собственного веса грунта на границе слоя, расположенного на глубине z от подошвы условного фундамента, определяем по формуле:

где - вертикальное напряжение от собственного веса грунта в уровне

подошвы условного фундамента,

, - соответственно, удельный вес и толщина i-го слоя грунта.

Дополнительные (уплотняющие) давления вычисляем по формуле:

,

где - коэффициент затухания, принимаемый по табл. 1.1.[2],

- дополнительное вертикальное давление на основание в уровне подошвы

условного фундамента.

,

где - среднее давление под подошвой условного фундамента.

Вычисление напряжений от собственного веса грунта и дополнительных напряжений сводим в табл. 4.

Расчет производим до тех пор, пока не будет выполнено условие:

Таблица 4- Расчет осадки фундамента

Рисунок 8- Схема к расчету осадок.

В слое №4 необходимое условие выполняется:

s_zр =29,78 кПа<0,2s_zq =41,89 кПа.

Определяем расчетную осадку (в пределах сжимаемой толщи, мощностью 0,98 м):

Предельно допустимая осадка для данного типа сооружения (табл. 1.2.[2]) равна:

, где Lmin = 25 м

,

что удовлетворяет требованиям СНиП 2.02.01-83*.

Заключение.

Сваи приняты по ГОСТ 19804-91 “Сваи железобетонные”.

Расчет фундаментов выполнен в соответствие с требованиями СНиП:

СНиП 2.02.01-83*. Основания зданий и сооружений. М: Госстрой СССР,

1983

СНиП 2.02.03-85*. Свайные фундаменты. М: Госстрой СССР, 1985

СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия. М: Госстрой СССР, 1985

СНиП 2.05.03-84*. Мосты и трубы. М: Госстрой СССР, 1985

СНиП 2.06.04-82*. Нагрузки и воздействия на гидротехнические

сооружения. М: Госстрой СССР, 1982

Список используемой литературы

1. Учебно-методическое пособие по курсовому проектированию по дисциплине «Основания и фундаменты» для студентов очной формы обучения по специальности 270104 - Гидротехническое строительство. Краснодар: изд. КубГТУ, 2005

2. Расчет осадки фундамента с использованием ЭВМ. Методические указания по курсовому и дипломному проектированию для студентов всех форм обучения специальности 1202 - Промышленное и гражданское строительство. Краснодар: изд. КПИ, 1988