Фундамент под опору моста

Для разработки курсового проекта по основаниям и фундаментам предусматривается следующий тип сооружения -мост балочного типа .

В зависимости от геологических условий строительной площадки курсовой проект разрабатывается в двух вариантах:

1-й тАУ фундамент мелкого заложения на естественном или искусственном основании при наличии прочных грунтов;

2-й тАУ свайный фундамент при наличии слабых грунтов на площадке строительства.

Исходными данными для выполнения курсового проекта являются:

1) Грунтовые условия строительной площадки, представленные буровыми колонками с характеристикой физических и механических свойств грунтов, полученных по результатам лабораторных испытаний.

2) Схема несущей части сооружения (общий вид, планы и разрезы) со всеми необходимыми для выполнения проекта размерами, с указанием района строительства.

Выполнение варианта фундаментов мелкого заложения рекомендуется производить в следующей последовательности: определить виды грунтов, слагающих площадку строительства, и оценить их физико-механические свойства; выбрать глубину заложения фундаментов и определить соответственно расчетные давления или условные расчетные сопротивления оснований; произвести расчет нагрузок, действующих на фундаменты; выбрать тип фундамента и определить его размеры исходя из уточненного расчетного давления; построить эпюры распределения напряжений ниже подошвы фундамента и определить сжимаемую (активную) зону грунта; вычислить вероятную осадку фундамента, рассчитать (если требуется) устойчивость фундамента на сдвиг и опрокидывание; наметить схему и порядок производства работ по устройству) фундаментов и произвести основные расчеты, связанные с креплением котлованов, устройством шпунтовых стенок, водопонижением и т.д.; выполнить рабочие чертежи фундаментов и показать схему производства работ.

Расчет свайного фундамента выполняется в следующем порядке: исходя из геологических условий площадки строительства выбрать тип, сечение и длину сваи; определить расчетную нагрузку, допускаемую на сваю; вычислить количество свай, распределить их в плане, установить размеры ростверка; назначить сечение ростверка и произвести его расчет; проверить усилие в сваях, определить отказ сваи; вычислить осадку свайного фундамента; выполнить рабочие чертежи фундаментов.

1.Фундамент мелкого заложения

1.1 Определение вида грунтов, слагающих площадку строительства, и оценка их физико-механических свойств

Для каждого из пластов, которые были вскрыты тремя скважинами, должны быть определены наименования грунтов и их расчетные характеристики. В соответствии со СНиП определяется вид песчаного грунта по гранулометрическому составу, а вид глинистого грунта тАУ по числу пластичности.

Затем по данным лабораторных испытаний грунтов необходимо подсчитать следующие грунтовые характеристики, необходимые для расчета оснований:

1. Объемную массу скелета грунта

2. Коэффициент пористости грунта

3. Степень влажности

При расположении песчаного грунта ниже УГВ значение G не вычисляется, а принимается равным 1;

4. Показатель консистенции для глинистых грунтов

Консистенция глинистых грунтов классифицируется в соответствии с СНиП;

5. Необходимо еще установить, не является ли рассматриваемый глинистый грунт просадочным или набухающим.

К набухающим относятся глинистые грунты, для которых П Ва0,3. Здесь Ва- коэффициент пористости грунта, соответствующий влажности на границе текучести.

Обозначения в приведенных выше формулах:

Ва- объемная масса твердых частиц грунта, т/м³;

- объемная масса воды, равная 1 т/м³ ;

- объемная масса грунта, т/м³;

W- природная массовая влажность в долях единицы:

W_L- предел текучести;

Wр - предел раскатывания.

Песчаные грунты подразделяются по степени влажности G на маловлажные, если степень влажности G<0,5; влажные, если 0.50,8.

По плотности сложения песчаные грунты разделяются на плотные, средней плотности и рыхлые, в зависимости от величины коэффициентов пористости е [1, приложение 4, табл. 2 ] .

По таблицам СНиП устанавливается условное расчетное давление на грунты основания R в мПа.

Полученные данные о свойствах грунтов заносим в таблицу 1.1.

Таблица 1.1.

1.2 Выбор глубины заложения подошвы фундамента

Глубина заложения подошвы фундамента зависит от ряда факторов и определяется с учетом:

а) геологических и гидрогеологических условий, места расположения сооружения;

б)Ва глубины промерзания и способности грунтов основания к пучению при промерзании;

в)Ва взаимовлияния фундаментов соседних сооружений и закладываемого фундамента сооружения:

г) условий размыва грунтов оснований:

д) величины и способов приложения нагрузок, которые действуют на основание.

Глубина промерзания грунтов в зависимости от района строительства принимается по карте, которая приводится в учебниках и справочной литературе.

При отсутствии размыва во все грунты, за исключением скальных, массивные фундаменты заглубляются не менее 1.0 м от поверхности грунта. Заглубление фундаментов при возможности размыва грунта принимается в соответствии с требованиями СНиП.

Не рекомендуется закладывать фундаменты мостовых опор на глинистых и суглинистых при I_L> 0,6 или использовать их в качества подстилающего слоя.

Глубина заложения подошвы фундамента из условий возможного пучения грунтов основания в соответствии с СНиП.

В дальнейшем глубина фундамента может корректироваться при выполнении расчетов осадки, устойчивости и т.д.

h_ф=1,2м.

1.3 Подсчет нагрузок, действующих на фундамент

Нагрузки, которые действуют на конструкции сооружений в гидротехническом строительстве, подразделяются на постоянные и временные (длительно действующие, кратковременные и особые). Постоянные нагрузки включают собственный вес конструкции, давление от веса грунта и воды, длительные нагрузки - вес оборудования, емкостей и жидкости в них, горизонтальная нагрузка от льда, а кратковременные нагрузки - давление ветра, нагрузки от транспорта, веса людей.

Рассмотрим схему фундамента рис.1.3.

а)ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа б)

G₁

ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаТ

R_л

G₂

ТВаВаВаВаВа ВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаG₁, G₂, N_Арх, G_ф

N_Арх

G_{ФВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВаВа}

R_лВа

Рис1.3.1 Схема нагрузок, действующих на фундамент. а) Фронтальная проекция, б) плановая проекция.

Общая нагрузка действующая на уровне поверхности земли:

Где:

Ва- нагрузка от веса конструкции моста.

Ва- нагрузка от веса колонны.

Ва- нагрузка от фундамента.

Ва- выталкивающая нагрузка (сила Архимеда).

Ва- нагрузка от воздействия льда.

Ва- по условию.

1) Нагрузка от веса конструкции моста:

2) Нагрузка от веса колонны:

где V=V₁+ V₂+ V₃+ V₄=4,16+2,66+46,02+5,88=58,81м³

3) Выталкивающая нагрузка (сила Архимеда):

4) Нагрузка от воздействия льда:

Табл.1.3 Виды нагрузок, действующих на фундамент

1.4 Выбор типа фундамента

При проектировании оснований и фундаментов всегда можно предложить ряд вариантов конструктивных решений.

На основе технико-экономических сравнений следует выбрать наиболее экономичный вариант. При этом система основания и принятые размеры подошвы фундамента должны удовлетворять следующим требованиям:

а) среднее давление по подошве не должно превышать расчетного сопротивления грунта;

б) краевое давление не должно превосходить 1.2 расчетного сопротивления грунта;

в) деформации основания не более предельных величин;

г) основание устойчиво;

д) фундамент имеет необходимую прочность.

Для выполнения этих требований рекомендуется следующий порядок расчета:

1. Назначив глубину заложения подошвы фундамента и определив вид и состояние грунта основания, устанавливают условное расчетное давление по СНиП;

2. Определяют площадь подошвы фундамента любой формы в плане при центральной нагрузке по формуле

F=.

где NВа- нормативная нагрузка на фундамент в уровне поверхности земли, кН;

R₀ - условное давление на грунт основания. кПа;

- средняя объёмная масса фундамента и грунта над его уступами, т/м³.

hВа- глубина заложения фундамента, м.

F=.

Приняв отношение сторон подошвы фундамента равным отношению сторон стойки , получим =2.15 м ,

тогда м.

Принимаем размеры фундамента =2,15м, l=12,9м.

3. После ориентировочного определения площади подошвы фундамента производится подсчет уточненных нагрузок на основание:

∑N=∑N+Q.

где QВа- вес фундаментной подушки, кН.

Q= G-N^Ф_Арх=814,38-518,07=218,93кН

G=V

V_ф.п.= F * h_ф=27,7*1,2= 33,24м³.

∑N=7507,01+296,31=7803,32кН

4. По принятым размерам и установленной глубине заложения подошвы фундамента определяется расчетное давление по формуле СНиП

R=.

где mВаи mВа- соответственно коэффициентыусловий работы грунтового основания и сооружения во взаимодействии с основанием, принимаемые по таблице [1, приложения 7];

k- коэффициент надежности, принимаемыйk= 1,0 при использовании характеристик грунтов, полученных по результатам непосредственных испытаний;

k=1,1 при использовании характеристик грунтов, полученных косвенно (без непосредственных испытаний, по справочным таблицам).

А, В, D - безразмерные коэффициенты, зависящие от величины расчетного значения угла внутреннего трения, принимаемые по таблице [1, прилож. 8];

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

h - глубина заложения фундамента от уровня планировки, м:

Ва- осредненное расчетное значение объемной массы грунта, залегающего выше отметки заложения фундамента, т/м;

Ва- то же, но залегающего ниже подошвы фундамента;

С - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, МПа;

R=

Окончательно площадь фундамента:

F=.

Принимаем размеры фундамента =2,04 м, l=12,24м.

1.4.1 Проверка принятых размеров фундамента

Напряжения под подошвой фундамента должны удовлетворять условиям:

P<1,2R ; P>0.

Напряжения под подошвой фундамента определяются из следующих зависимостей:

для центрально нагруженного фундамента

P=0,001.

P== 0,284MПа < R= 0,316MПа

Необходимое условие выполняется.

Для внецентренно нагруженного фундамента

P=.

P=.

где P, P, P - соответственно среднее, максимальное и минимальное давления на фунт под подошвой фундамента, кПа;

- расчетная нагрузка на уровне обреза фундамента, кН;

M_x, M_y - расчетные изгибающие моменты, кНВ·м;

F - площадь подошвы фундамента, м;

W тАУ момент сопротивления площади подошвы фундамента в направлении действия момента, м.

М,.

M=;

W

W

P==0,432MПа >1.2R=0,395 MПа,

Условие не выполняется, следовательно увеличиваем площадь фундамента.

l=12.9м

=2.15м

P==0,387MПа < 1.2R=0,395 MПа P==0,201 MПа > 0.

Необходимые условия выполняются, следовательно, размеры фундамента подобраны верно.

1.4.2 Проектирование поперечного профиля бетонного фундамента

При намеченных параметрах фундамента (высоте тела, ширине и длине подошвы) следует на изображении поперечного и продольного сечения показать возможность устройства жесткого фундамента, используя понятие "угол жесткости" . Если при намеченных параметрах, хотя бы в одном сечении, нельзя сделать фундамент жестким, то нужно в разумных пределах изменить намеченные параметры тела фундамента. В частности, уменьшить ширину (или длину) и увеличить длину (или ширину), увеличить глубину заложения, а, следовательно, высоту тела фундамента.

При принятых параметрах фундамент удовлетворяет условию жесткости (рис.1.4.1).

1.5 Построение эпюр распределения напряжений ниже подошвы фундамента и определение сжимаемой (активной) толщи грунта

На геологический разрез наносятся контуры сооружения или расчетные сечения фундамента. Затем от оси фундамента влево откладываются ординаты эпюры природного (бытового) давления РВав мПа, а вправо - ординаты эпюры дополнительного давления Р_z.

Значение ординат эпюры природного давления определяется по формуле

Р=

где Ва- объемная масса грунта 1-го слоя;

g -ускорение силы тяжести;

hВа- толщина слоя фунта, м.

Величина бытового давления определяется на границе каждого слоя грунта. Если в пределах выделенной толщи залегает горизонт грунтовых вод, то объемный вес грунтов определяется с учетом гидростатического взвешивания:

где Ва- плотность твердых частиц грунта;

g - ускорение силы тяжести;

е - коэффициент пористости грунта.

Для построения эпюры дополнительного давления Р_z, толщина грунта ниже подошвы фундамента в пределах глубины, приблизительно равной трехкратной ширине фундамента, разбивается на ряд слоев мощностью не более 0,4 (обычно 0.2). Дополнительное давление P_Z0 непосредственно под подошвой фундамента определится как разность между средним давлением по оси фундамента и природным давлением на том же уровне:

P=P- P

Дополнительное давление PВадля любого сечения, расположенного на глубине z ниже подошвы фундамента, вычисляется по формуле

P=,

где- коэффициент рассеивания, определяемый по таблице СНиП в зависимости от =l/, где lи - соответственно длина и ширина фундамента.

Построив эпюры бытового и дополнительного давлений, определяют нижнюю границу сжимаемой (активной) зоны грунта, находящегося ниже подошвы фундамента в точке, где Р_z = 0,2Р_бz.

Рассчитаем бытовое и дополнительное давления :

Pб_z0=0 кПа;

Pб_z1= ρ₁*g*h₁= γ_вз* h₁=16,82*1,2=20,19 кПа;

γ_вз=Ва;

Pб_z1= ρ*g*h +Pб_z1== 2,07*9,81*5+20,19=121,62 кПа;

Pб_z2= ρ₂*g*h₂+Pб_z1=2,04*9,81*4+121,62=201,59 кПа;

Pб_z3= ρ₃*g*h₃+Pб_z3=2,15*9,81*10+201,59=412,29 кПа;

P_z0=270,52-20,19=250,33 кПа;

P_z1=250,33 *0,929=232,55 кПа;

P_z2=250,33 *0,667=166,97 кПа;

P_z3=250,33 *0,507=127,04 кПа;

P_z4=250,33 *0,385=96,37кПа;

P_z5=250,33 *0,315=78,85 кПа;

P_z6=250,33*0,250=62,58 кПа;

P_z7=250,33*0,208=52,07 кПа;

P_z P_z8=250,33*0,172=43,05 кПа.

По вычисленным значениям строим эпюры бытового и дополнительного давлений (рис.1.5.1)

По эпюре определяем нижнюю границу сжимаемой (активной) зоны грунта: Н_сж=6,9м .

1.6 Вычисление осадки фундамента

Основным методом определения полной (конечной) осадки фундаментов является метод послойного суммирования. По этому методу осадка каждого элементарного слоя, выделенного ниже подошвы фундамента, определяется по формуле

где S- конечная осадка отдельного фундамента, см;

h_i, - толщина i-ro слоя грунта основания, см;

а_o- показатель относительной сжимаемости, МПа.

Ва- среднее вертикальное давление для i-го слоя, МПа.

Для определения " а_o" в приложении даны результаты испытания грунтов на сжимаемость. По данным задания следует построить компрессионные кривые для каждого из трёх грунтов площадки строительства в соответствующем масштабе.

Давление , (в МПа) принимается равным бытовому давлению в середине рассматриваемого пласта грунта, давление Ва- равным сумме бытового и дополнительного давления в середине того же пласта.

Расчет конечной осадки фундамента удобно выполнять в табличной форме (табл. 1.6.).

Задача расчета по второму предельному состоянию (по деформациям) сводится к удовлетворению условия

где SтАУ расчетная величина деформации основания;

Ва- предельная величина деформации основания, принимаемая согласно СНиП, которая не должна превышать , где L тАУ длинна пролёта моста.

Расчет осадки грунта приведен в таблице 1.6.

Таблица 1.6.