Сбор нагрузок на обрез фундамента

Таблица 1

Месяц	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII
Температура, С^о	-12,7	-11,9	-6,4	2,0	8,8	14,4	17,0	14,5	8,5	1,7	-4,4	-10,1

При строительстве моста произведено инженерно-геологическое исследование грунта основания. Под каждую опору, включая, и береговую опору пробурены скважины с глубиной проходки 27,2 м.

 

 

Рис. 1. Температурный график.

Гидрологический режим реки: толщина ледяного покрова 0,8 м; река вскрывается в апреле месяце.

Для возведения моста предполагается рассмотреть 2-3 варианта фундамента с учетом выданных геологических условий. Проектируются фундаменты под одну промежуточную опору.

Оценка инженерно-геологических условий площадки

Необходимо оценить инженерно-геологические условия площадки для того, чтобы выбрать несущий слой грунта и назначить возможные варианты фундаментов под опору моста.

Исходные данные физико-механических свойств грунтов.

Инженерно-литологическое строение основания на месте возводимой опоры моста установ­лено бурением скважины (см. задание). Исходные показатели физико-механических свойств грунтов определены по результатам лабораторных и полевых инженерно гео­логических исследований. Эти показатели устанавливаются путем статистической обработки результа­тов испытаний образцов, отобранных из каждого слоя грунта при бурении скважины. Расчетные зна­чения основных характеристик приводятся в табл. 4.

Тип грунтов в основании и их состояние устанавливаются по производным характеристикам грунтов, которые определяются по основным свойствам, представленным в табл.4, используя следующие зависимости (табл. 5).

Расчетные зависимости производных характеристик грунтов

Таблица 5

№ п/п	Наименование характеристики грунта	Обозна чение	Расчетная формула	Единица измерения
1.	Плотность скелета грунта	rd	rd = r / (1+w)	г/см^3
2.	Число пластичности	IP	IP =wL - wP	--
3.	Показатель консистенции	iL	iL = (w - wP)/ IP	--
4.	Коэффициент пористости	e	e = (rs - rd)/ rd	--
5.	Степень влажности	Sr	Sr = w rs / (e rw)	--
6.	Удельный вес грунта	g	g = 9.81 r	кН/м^3
7.	Уд-ый вес грунта во взвеш. сост-ии	gsb	gsb = 9.81 (rs - rw)/(1+e)	кН/м^3
8.	Коэффициент бокового расширения	b	b = 1 – 2 m^2 / (1-m)	--
9.	Коэффициент относ, сжимаемости	mv	mv = b/ E	МПа ^-1
10.	Коэффициент консолидации	Сv	Сv = 365 kf / (mv gw)	м^2 /год

 

Результаты по определению производных характеристик грунтов по слоям представлены в табл. 6. Эти характеристики позволяют уточнить тип грунтов и их состояние.

Тип пылевато-глинистых грунтов определяется по числу пластичности Iр,а их консистенция по показателю текучести i_L. Плотность сложения песков определяется по коэффициенту пористости е, а их водонасыщенность по степени влажности S_r. Все эти характеристики определяются с учетом требований [2]. Также уточняется водопроницаемость грунтов, т.к. в водопроницае­мых грунтах следует учитывать взвешивающее влияние воды.

 

Геолого-литологическая колонка.

Установив, наименование грунтов и их состояние вычерчиваем геолого-литологическую колонку, рис. 2, при этом используем стандартные условные обозначения.

По геолого-литологической колонке рис.2 дается геологическая, гидрологическая харак­теристика площадки: глубину исследованных грунтов основания, наличие с поверхности воды, глубина местного размыва, толщина льда, описание грунтов сверху вниз, мощность каждого слоя, уровень грун­товых вод и наличие слабых слоев грунта.

Расчет фундамента мелкого заложения

Расчет размеров фундамента

К фундаментам мелкого заложения относятся такие, у которых глубина заложения обычно превышает 6 метров. Отметка обреза фундамента составляет 25,1 м.

Проектирование фундамента мелкого заложения ведется в следующей последовательности.

1. Определение минимальной ширины и длины обреза фундамента.

а_min = а₀+2С,

b_min = b₀+2C,

где С = 0,2..0,6 – запас на предполагаемую неточность.

а_min = 7,4+2×0,3=8м, b_min = 0,4+2×0,3=1,0м

2. Определение глубины заложения фундамента.

Глубина заложения фундамента определяется ниже значения глубины местного размыва на 2,5 метра. Помимо этого необходимо учесть, что фундамент должен опираться на грунт, способный выдержать нагрузку.

d=2.5 м

3. Определение расчетного сопротивления грунта.

 

где Rо - условное сопротивление грунта кПа (кГс/см ²), Ro = 147 кПа;

b - ширина (меньшая сторона или диаметр) подошвы фундамента, м.

d - глубина заложения фундамента;

g' - осредненное по слоям расчетное значение удельного веса грунта, расположенного выше подошвы фундамента, вычисленное без учета взвеши­вающего действия воды;

4. Определение площади подошвы фундамента с учетом R₀

где m – коэффициент, учитывающий внецентренное приложение нагрузки, m = 1,5;

N₀ – вертикальная нагрузка, действующая на обрез фундамента, No=4597,93 кН;

g_n – коэффициент надежности по нагрузке для фундаментов под мосты 1,4;

d – высота фундамента (2,5 м);

g_ср – средний удельный вес грунта и материала фундамента

(20 кН/м³).

м²

5. Определение ширины уступов исходя из определенной площади фундамента.

 

,

м

6. Определение размера подошвы фундамента с учетом установленного уширения.

а₁ = 7,4+2×2,79=12,98м, b₁ = 0,4+2×2,79=5,98м

7. Установление высоты фундамента, с таким учетом чтобы, назначенная величина уступов вписывалась в призмы распределения сжимающих усилий.

С_У £ h_f×tg 30,

где h_f – высота фундамента, 2,5-0,3=2,2м

2,79>2,2·0,58=1,28м,

значит фундамент не удовлетворяет требованиям и необходимо увеличение глубины заложения, а следовательно и перерасчет ширины уступов.

Принимаем d = 5 м, тогда

м²

м

Проверяем опять условие по назначению величины уступов

 

1,6<4,7·0,58=2,71

Для дальнейших расчетов принимаем размеры подошвы фундамента с установленной величиной уступов 1,6 м.

а₂=7,4+2·1,6=10,6 м;

в₂=0,4+2·1,6=3,6 м.

8. Зная, размеры подошвы фундамента и глубины его заложения назначаем количество уступов и их высоту: 3 уступа по 1,6 м.

9. Выполняем конструирование фундамента рис. 3.

Рис. 3. Схема фундамента

 

10. Определение веса фундамента и грунта над обрезом фундамента.

G_f = 1.1 × V_f × g_f,

где V_f – обьем фундамента, м³;

g_f - удельный вес бетона, равный 25 кН/м³.

G_g = 1.2 × V_g × g_g,

где V_g - обьем грунта, м³;

g_g - удельный вес грунта принимается во взвешенном состоянии, равен

10,6 кН/м³.

G_f = 1.1 × (10,6·3,6·1,6+9,54·2,54·1,6+1,48·8,48·1,6) × 25 = 3297,45кН

G_g = 1.2 × (10,6·3,6·5 -119,91) × 10,6=901,72 кН

11. Определение давления по подошве фундамента.

N₁=N₀+G_f+G_g

T₁=H₀

M₁=M₀+H₀×hf

N₁ =4597,93+3297,45+901,72=8791,1 кН

T₁=79,03 кН

M_1x= 889,1+79,03·4,7= 1260,54кН×м

M_1y=2367,8+271,21 ·4,7= 3642,77кН×м

12. Определение среднего давления действующего по подошве фундамента.

,

 

- условие выполнено

13. Опреленение максимального давления под подошвой фундамента от действия внецентренного приложения нагрузки.

,

где М₁х – расчетный момент действующий в плоскости подошвы

фундамента;

W – момент сопротивления площади подошвы фундамента,

определяется по формуле.

W_х = a×b²/ 6=10.6·3.6²/6=22,90 м³

- условие выполнено

 

W_y = b×а²/ 6=3.6·10.6²/6=67.42 м³

- условие выполнено

 

14. Опреленение минимального давления под подошвой фундамента от действия внецентренного приложения нагрузки

 

W_х = a×b²/ 6=10.6·3.6²/6=22,90 м³

 

- условие выполнено

W_y = b×а²/ 6=3.6·10.6²/6=67.42 м³

- условие выполнено

 

1) - условие выполнено.

2) - условие выполнено.

Так как фундамент удовлетворяет всем требованиям, то окончательно принимаем размеры фундамента: а=10,6 м, b=3,6 м, 3 уступа по 1,6 м высотой.

 

 

Расчет ожидаемой осадки

Расчет осадки ведется методом послойного суммирования с построением эпюры сжимающих напряжений (рис 4).

Расчет осадки ведется в табличной форме (таблица 8).

Определяем дополнительное давление по подошве фундамента

P_g=P-gd,

P_g=270,18 - 98=172,18кПа

 

 

Дополнительное сжимающее напряжение на глубине z=0,2·b = 0,2·3,6 = 0,72 м определяется по формуле.

s_zg=α· P_g

где a_i – коэффициент, принимаемый по [8].

Среднее значение дополнительных напряжений определяется по формуле.

 

Осадка определяется по формуле.

где Е_i – модуль упругости слоя.

 

Осадка определяется в пределах сжимаемой толщи, которая определяется при построении эпюры

s_zp=0,2·∑γ_i·h_i

s_zp= 0,2·(5·19,6+2,2·19,6+3,5·19+6,7·19,6+9·20,7)=105,05 кПа

Таблица 8

№	Zi	Zi / byc	ai	szg	scpi	0,2 Быт.	Si, м
				172,18	170,29	19,6	0,004
	0,7	0,19	0,978	168,4	160,15	22,34	0,004
	1,4	0,39	0,8822	151,9	141,81	25,09	0,0036
	2,1	0,58	0,765	131,72	121,55	27,83	0,0031
	2,8	0,78	0,6468	111,37	102,89	30,88	0,0034
	3,5	0,98	0,5483	94,41	87,51	33,54	0,0029
	4,2	1,18	0,468	80,6	73,0	36,20	0,0024
	4,9	1,38	0,3796	65,4	60,4	38,86	0,0020
	5,6	1,58	0,3219	55,4	51,55	41,52	0,0017
	6,3	1,78	0,277	47,69	44,18	43,88	0,00096
	7,0	1,98	0,2362	40,67	38,69	46,62
	7,7	2,18	0,2132	36,71		49,36
Итого	0,0281

 

 

Предельно допустимая осадка для мостов определяется по формуле.

см.

Ожидаемая осадка фундамента составляет 2,81 см и находится в пределах нормы.

 

Определение типа ростверка

Отметка низа ростверка назначается с таким расчетом, чтобы общая высота была не более двух метров и рассчитывается на компьютере. Фактическая длина ростверка зависит от его типа. Минимальные размеры на уровне обреза фундамента назначаются с учетом возможных погрешностей разбивки и возведения, исходя из размеров над фундаментной части опоры а_min, b_min.

а_min = а₀+2С

b_min = b₀+2C

С = 0,2..0,6 – выступ ростверка за грани опоры 0,2-0,5.

а_min =7,4+2·0,3=8,0м b_min = 0,4+2×0,3=1,0м

Минимальная глубина заложения подошвы ростверка.

где d_min – глубина заложения подошвы, считая от местного размыва;

Н₁⁰ – максимальная горизонтальная нагрузка, 271,21 кПа;

j - расчетный угол внутреннего трения грунта выше подошвы, 26;

g - удельный вес грунта выше подошвы ростверка, 10,6 кН.

м.

Так как d >3, то фундамент с низким ростверком, отметка подошвы 24,4м.

Расчет размеров ростверка на компьютере представлен в табл. 9.

 

Выбор размеров и типа сваи

Для устройства фундамента используется типовая сборная железобетонная свая, квадратного сечения. Сечение 0,3х0,3 м. Длина сваи 11 метров. Марка сваи СМ11 – 30Т4С.

Для защиты от коррозии, свая предварительно покрывается синтетическими смолами.

 

 

Содержание

Введение.

1. Сбор нагрузок на обрез фундамента.

2. Оценка инженерно-геологических условий и выбор вариантов фундамента.

2.1 Оценка инженерно-геологических условий площадки.

2.2 Определение расчетного сопротивления грунта основания.

3. Расчёт фундамента мелкого заложения.

3.1 Расчёт размеров фундамента.

3.2 Расчёт устойчивости фундамента на опрокидывание.

3.3 Расчёт устойчивости фундамента против плоского сдвига.

3.4 Проверка слабого подстилающего слоя.

3.5 Расчёт ожидаемой осадки.

4. Проектирование свайных фундаментов.

4.1 Определение типа ростверка.

4.2 Выбор размеров и типа свай.

4.3 Определение несущей способности сваи.

4.4 Расчёт осадки свайного фундамента.

4.5 Подбор механизмов для погружения сваи.

5. Рекомендации по производству работ

Литература

Таблица 1

Месяц	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII
Температура, С^о	-12,7	-11,9	-6,4	2,0	8,8	14,4	17,0	14,5	8,5	1,7	-4,4	-10,1

При строительстве моста произведено инженерно-геологическое исследование грунта основания. Под каждую опору, включая, и береговую опору пробурены скважины с глубиной проходки 27,2 м.

 

 

Рис. 1. Температурный график.

Гидрологический режим реки: толщина ледяного покрова 0,8 м; река вскрывается в апреле месяце.

Для возведения моста предполагается рассмотреть 2-3 варианта фундамента с учетом выданных геологических условий. Проектируются фундаменты под одну промежуточную опору.

Сбор нагрузок на обрез фундамента

Расчет оснований и фундаментов производят по двум предельным состояниям: по первому предельному состоянию проверяют прочность основания и устойчивость фундамента против опрокидывания и сдвига; по второму предельному состоянию определяется деформация основания и фундамента (осадки, крен, горизонтальное смещение), проверяется на трещенностойкость железобетонные конструкции фундаментов.

Расчеты по первому предельному состоянию ведутся на расчетную нагрузку с учетом коэффициентов перегрузки для каждого вида нагрузок, которые устанавливаются СниП 2.05.03 – 84 “Мосты и трубы”.

Расчет по второму предельному состоянию ведется на нормативные нагрузки с коэффициентом перегрузки равным 1.

Для расчета оснований и фундаментов рассматривается два сочетания нагрузок наиболее невыгодные:

I сочетание – нагрузки действующие в продольном направлении;

II сочетание – дополнительные нагрузки в поперечном направлении.

В мостах действуют постоянные и временные нагрузки. В основное I сочетание нагрузок будут входить: постоянные нагрузки – вес пролетного строения, вес покрытия моста, вес опоры, вес фундамента и грунта на обрез фундамента; временные нагрузки – вертикальная нагрузка от подвижного транспорта в продольном направлении и в поперечном направлении, нагрузка от воздействия ветра и давления льда.

Отметка обреза фундамента при наличии размыва находится на 20-30 см. ниже отметки местного размыва. Для курсовой работы отметка обреза фундамента составляет

27,6-0,3=27,3 м.

Для подсчета нагрузки от собственного веса бетонных и железобетонных конструкций следует учесть их удельный вес g ^ж/б=25 кН/м³, g^б = 24 кН/м³.

Высота промежуточной опоры моста находится выше УВВ на 0,5…1,0 м. Для курсовой работы высота опоры равна

Н_о=35,0-27,3+1=8,7 м.

По установленным размерам пролетного строения, высоты опоры и всем параметра опоры вычерчивается схема моста и опоры в поперечном и продольном направлении с указанием всех размеров (прил.1).

За относительную нулевую отметку принимается отметка обреза фундамента. При сборе нагрузок в основное сочетание в продольном направлении моста должны входить следующие нагрузки:

1) постоянные – вес пролетного строения, вес опоры;

2) временные – вертикальные нагрузки от подвижного состава и горизонтальные нагрузки от продольного торможения транспорта.

Дополнительное сочетание нагрузок: в поперечном направлении моста (ось Y-Y) учитываются постоянные нагрузки: от собственного веса пролетного строения и опоры; и временные нагрузки: вертикальные от подвижного состава, горизонтальные в поперечном направлении от торможения транспорта и ледовая нагрузка.

Фундамент рассчитывается на действие нормативных и расчетных нагрузок, причем эти нагрузки принимаются в различных сочетаниях, а к расчету берется максимальное из них. В работе приняты два сочетания нагрузок

1. Основное. Нагрузки только в продольном направлении.

2. Дополнительное. Нагрузки в поперечном направлении.

Нормативная нагрузка принимается с коэффициент надежности 1, а расчетные, равны произведению нормативной и коэффициент надежности по нагрузке, который принимается в соответствии с СНиП.

Нормативная временная нагрузка от движущегося транспорта принимается в виде равномерно распределенной нагрузки по каждой полосе движения. Класс нагрузки зависит от категории дороги (для V категории - 8).

кН/м

где К – класс нагрузки;

n – число полос движения

кН

Нормативная временная нагрузка от людского потока

кН/м

где L_ПР – длина пролета.

кН

Нормативная горизонтальная нагрузка поперечная нагрузка от торможения транспорта.

кН/м

кН

Нормативная горизонтальная нагрузка от тормозящего транспорта. Принимается равной 50% от Q_М., но не более 24,5К и не менее 7,8К

Нормативная интенсивность ветровой нагрузки.

кН,

где Кбпр – высота пролетной балки.

Общая сила воздействия льда на опору определяется по формуле.

где j₁ – коэффициент, учитывающий форму носовой части опоры (1,0)

R_ZN – предел прочности льда (441*1,25=551,25 кН)

b – ширина опоры по фундаменту движения льда (0,4 м.)

t – толщина льда (0,8 м.)

кН

 

Все расчеты по сбору нагрузок представлены в табл. 2. Результирующие усилия на отметке 0.00 обреза фундамента промежуточной опоры представлены в табл. 3. Схема приложения нагрузок для определения моментов действующих по обрезу фундамента представлена в прил.1. Необходимо также определить эксцентриситет по формуле

е = М/N

где М – сумма моментов сил действующих на конструкцию, кНм;

N – сумма усилий действующих на конструкцию, кН.

Эксцентриситет определяется для продольного и поперечного направления.

е_x = 889,1/4597,93=0,193

е_y = 2367,8/3202,78=0,740

 

2 Оценка инженерно-геологических условий и выбор варианта фундаментов