Отметки слоев грунтового основания

Введение

Водопропускные трубы являются наиболее распространенным видом искусственных сооружений на дорогах. В среднем на каждые 1,35 км дороги приходится водопропускная труба.

Целью курсовой работы является приобретение студентами практических навыков по дисциплине «Основания и фундаменты» на примере проектирования основания и фундамента круглой сборной железобетонной водопропускной трубы под насыпью автомобильной дороги в районах сезонного промерзания грунтов.

Сущность курсовой работы состоит в привязке типового проектного решения сборного железобетонного фундамента трубы к заданным грунтово-гидрологическим условиям, заведомо требующим повышения прочности и устойчивости природного основания. При этом из известных способов создания искусственных оснований предлагается рассмотреть вариант замены слабого грунта природного основания на грунтовую подушку.

Варианты исходных данных для проектирования

Отметки слоев грунтового основания

Таблица 1

№ варианта	Дневная поверхность грунта, м	Подошва ИГЭ-1, м	Подошва ИГЭ-2, м
	0,04	-2,4	-6,4

 

Район строительства – Москва;

Категория дороги – III;

Высота насыпи – 5,0 м;

Отверстие круглой трубы – 1,5 м;

Уклон лотка трубы – 20‰;

Физические и механические характеристики грунтов слоев основания

Таблица 2

№ варианта	ИГЭ основания	Разновидности грунтов	Плотность частиц грунта ρs, т/м^3	Природная влажность W	Влажность на границе Wp	Влажность на границе текучести WL	Модуль деформации Е, МПа	Угол внутреннего трения φ1, град	Удельное сцепление с1, кПа
		Супесь Песок Глина	2,66 2,68 2,73	0,18 0,21 0,26	0,16 - 0,25	0,20 - 0,44	6,8 9,0		-

Рис.1 – Графическое оформление исходных данных

Проектирование основания и фундамента

Оценка грунтов основания

По исходным физическим характеристикам грунтов основания (табл.2) рассчитываются их производные характеристики.

Для глинистого грунта вычисляют:

• коэффициент пористости

e = ρ_s · W / ρ_w, (1)

е₁ = 2,66 · 0,18 / 1 = 0,48,

е₂ = 2,73 · 0,26 /1 = 0,71,

е₃ = 2,68 · 0,21/1 = 0,56,

где ρ_w – плотность воды, принимаемая равной 1 т/м³;

• плотность грунта, т/м³,

ρ = ; (2)

ρ ₁ = = 2,12 т/м³,

ρ ₂ = = 2,01т/м³,

ρ ₃ = = 2,08 т/м³,

• удельный вес грунта, кН/м³,

γ = ρg; (3)

γ ₁ = 2,12 · 9,81 = 20,80 кН/м³,

γ ₂ = 2,01 · 9,81 = 19,72 кН/м³,

γ ₃ = 2,08 · 9,81 = 20,40 кН/м³,

где g = 9,81 м/с² – ускорение свободного падения;

• плотность грунта во взвешенном состоянии, т/м³,

ρ_в = ; (4)

ρ_в1 = = 1,12 т/м³,

ρ_в2 = = 1,01 т/м³,

ρ_в3 = = 1,08 т/м³,

• удельный вес грунта во взвешенном состоянии, кН/м³,

γ_в = ρ_в g; (5)

γ_{в 1} = 1,12 · 9,81 = 10,99 кН/м³,

γ_{в 2} = 1,01 · 9,81 = 9,91 кН/м³,

γ_{в 3} = 1,08 · 9,81 = 10,59 кН/м³,

• число пластичности

J_p = W_L – W_p; (6)

J_p1 = 0,20 – 0,16 = 0,04 · 100 = 4,

J_p2 = 0,44 – 0,25 = 0,19 · 100 = 19,

• показатель текучести

J_L = . (7)

J_L1 = = 0,5,

J_L2 = = 0,05.

Конструирование трубы

Параметры элементов трубы

Таблица 4

Лекальный блок фундамента под цилиндрическое звено	Цилиндрическое звено
Номер цилиндрического блока	lлб, см	bлб, см	Объем 1 м блока Vлб м^3	Номер цилиндрического звена	lзв, см	dо, см	δзв, см	Объем 1 м звена Vзв, м^3
8 а			0,57					0,84
Локальный блок фундамента под коническое оголовочное звено	Коническое оголовочное звено
Номер лекального блока	lлбог, см	bлбог, см	Объем 1 м блока Vлбог м^3	Номер оголовочного звена	lог, см	Dог, см	δог, см	Объем 1 м звена Vог, м^3
			0,87					1,04
Откосные крылья
Номер откосного крыла	lок, см	bок, см	Pок, см	mок, см	Объем 1 м откосного крыла Vок, м^3
41ПЛ					2,16

 

Определяем минимальную длину средней части трубы по лотку L_ТPmin по формуле

L_ТPmin = B + 2m(H_H – d₀ – δ), (8)

L_ТPmin = 12 + 2 · 1,5(5,0 – 1,5 – 0,16) = 22,02 м,

где B – ширина земляного полотна, м, принимаемая по СНиП 2.05.02-85 в зависимости от категории дороги;

m – коэффициент заложения откоса, назначаемый по СНиП 2.05.02-85;

H_H – высота насыпи, м;

d₀ – отверстие трубы, м;

δ – толщина стенки, м.

Длину средней части трубы l_ТРср с учетом выбранных конструктивных элементов (табл. 4) и стыковых омоноличиваемых швов, исходя из условия l_ТРср ≥ L_ТPmin:

l_ТРср = nl_зв + 2 l_ог + (n_ш · h_ш), (9)

l_ТРср = 23 · 1,0 + 2 · 1,32 + (24 · 0,01) = 25,88 м,

l_ТРср ≥ L_ТPmin 25,88 м ≥ 22,02 м,

где n – количество звеньев части трубы;

l_зв – длина звена средней части трубы, м;

l_ог – длина конического звена входного оголовка = 1,32 м;

n_ш – количество стыковых омоноличиваемых швов, включая звенья конических оголовков;

h_ш – толщина стыковочного омоноличиваемого шва равная 0,01 м.

Полная длина трубы l_тр определяется по формуле

l_тр = l_ТРср + b_пс + 2 l_окcosβ, (10)

l_тр = 25,88 + 0,35 + 2 · 3,22 · 0,707 = 31,13 м,

где b_пс – ширина портальной стенки – 0,35 м;

l_{о к} – длина откосного крыла, м (табл. 4);

β – угол растекания = 45°.

Расчет осадки фундамента

Расчет осадки фундамента производится методом послойного суммирования согласно СНиП 2.02.01, который позволяет учесть неоднородность основания, выражающуюся в изменении модуля деформации грунта по глубине основания. Для горизонтальных площадок, лежащих на вертикальной оси, проходящей через центр подошвы фундамента, вычисляют природное давление от веса грунта s_пр и давление от веса сооружения s_z (Приложение 1).

На осадку фундамента влияет толща грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента, определённой мощности h_сж, которая подлежит определению.

Нижняя граница сжимаемой толщи (НГСТ) находится на глубине, где дополнительные напряжения от сооружения s_z составляют 20% от природного давления в основании s_пр. Эту границу можно найти графически путем наложения на эпюру давления от сооружения эпюры природного давления, уменьшенного в 5 раз.

Сжимаемую толщу делят на элементы, толщина которых Dh_i не должна превышать 0,4b_лб. Границы элементов необходимо совмещать с границами естественных слоев грунта и подушки, т.к. модули деформации грунтов (материалов) различны.

Осадку фундамента определяют путем суммирования осадков по элементам слоев (табл.5):

S = β , (30)

где β – безразмерный коэффициент, равный 0,8;

σ_i – среднее дополнительное вертикальное напряжение в i -м слое грунта от веса сооружения и действующих нагрузок, кПа;

h_i и E_i – соответственно толщина и модуль деформации i -го слоя грунта;

n – число слоев, на которое разбита сжимаемая толща основания.

Напряжение от давления, создаваемого сооружением, под центром подошвы фундамента на глубине z от его подошвы вычисляется по формуле

σ_z = α.·p_ос, (31)

где α – коэффициент, учитывающий затухание напряжений по глубине основания.

Напряжение по подошве фундамента, влияющее на осадку, определяют по формуле

p_ос = p - γ´h, (32)

p_ос = 145,23 – 20,80 · 0,37 = 137,53 кПа,

где p – давление по подошве фундамента при высоте насыпи H_n ≤ 2,0 м, определенное по формуле (24);

если H_n ≥ 2,0 м, то p = p - p_vψ; p = 174,57 – 29,34 = 145,23

γ´ - удельный вес грунта первого слоя, кН/м³;

h – глубина заложения фундамента, м.

Природное напряжение на глубине z = h_i от дневной поверхности вычисляют по формуле

σ_пр = γ_ih_i, (33)

где γ_i и h_i – соответственно удельный вес и толщина каждого слоя грунта.

При расчете природного давления грунтов, расположенных ниже уровня подземных вод, необходимо учитывать взвешивающее действие воды. В этом случае вместо γ_i используют γ_в.

Расчет осадки фундамента

Таблица 5

nz = z/ bлб	z = nzbлб, м	α	σz = α.·pос, кПа	hi, м	γihi, кПа	σzn = γihi, кПа	0,2 σпр
0,17 0,57 0,97 1,29	0,27 0,91 1,55 2,07	0,998 0,818 0,550 0,470	137,53 137,25 112,50 75,64 64,62	0,64 0,64 0,64 0,52	7,03 7,03 7,03 5,71	7,03 14,06 21,09 26,80	1,41 2,82 4,22 5,36
1,69 2,09 2,49 2,89 3,69 3,79 4,19	2,71 3,35 3,99 4,63 5,27 5,91 6,07	0,356 0,184 0,158 0,137 0,118 0,106 0,100	48,96 25,31 21,73 18,84 16,23 14,58 13,75	0,64 0,64 0,64 0,64 0,64 0,64 0,16	6,34 6,34 6,34 6,34 6,34 6,34 1,58	33,14 39,48 45,82 52,16 58,50 64,84 66,42/129,59	6,63 7,90 9,16 10,43 11,70 12,97 13,28/25,92
4,19 4,59 4,99 5,39 5,79 6,19	6,71 7,35 7,99 8,63 9,27 9,91	0,098 0,080 0,079 0,075 0,69 0,066	13,48 11,00 10,86 10,31 9,49 9,08	0,64 0,64 0,64 0,64 0,64 0,64	13,08 13,08 13,08 13,08 13,08 13,08	142,67 155,75 168,83 181,91 194,99 208,07	28,53 31,15 33,77 36,38 38,99 41,61

Далее рассчитываем осадки для каждого слоя основания и суммарную осадку насыпи:

S₁ = [() · 0,64 + () · 0,64 +() ·0,64 + () · 0,52] = 0,031 м = 3,1 см,

S₂ = [() · 0,64 + () · 0,64 + () · 0,64 + () · 0,64 + () · 0,64 + () · 0,64 + () · 0,16 ] = 0,0049 м = 0,49см,

S₃ = [() · 0,64 + () · 0,64 + () · 0,64 +

() · 0,64] = 0,00378 м = 0,378 см,

S = 3,1+0,49+0,38=3,97 см.

Обобщение проектных решений

Проектные решения (рис.7) по курсовой работе оформляются в табличной форме и в виде чертежа, полученные отметки выставлены на чертеже (Приложение 2).

Рис.7. Схема отметок проектных решений

Проектные решения

 

Таблица 6

Угол пересечения трубы с трассой, град
Ширина земляного полотна, м
Высота насыпи, м	5,0
Длина трубы, м	31,13
Положение входного оголовка	Вертикал.
Уклон лотка трубы, ‰
Проектные отметки	лотка трубы	у входного оголовка Z3	0,31
по оси Z0	0,00
у выходного оголовка Z4	-0,31
бровки	у входного оголовка Z2	5,00
у выходного оголовка Z1	5,00
укрепление откосов	у входного оголовка Z5	3,25
у выходного оголовка Z6	2,63
котлован	входного оголовка	Z3	0,31
Z7	-1,02
выходного оголовка	Z4	-0,31
Z8	-1,64
по оси Z9	-1,33
	Грунт	русла	(послойно)		Супесь пластичная
	Песок средней крупности
	Глина полутвердая
Режим протекания воды в трубе	Безнапор.
Фундамент	Тип фундамента	Сборный
Разбивка на секции, м
Глубина заложения, м	0,37

 

Отметка проектных решений определяются по формулам

Z₁ = Z₀ + H_H = 0,00 + 5,0 = 5,00м;

Z₂ = Z₀ + H_H = 0,00 + 5,0 = 5,00 м;

Z ₃ = Z ₀ + i L_тр/ 2 = 0,00 + 0,02 · 31,13/2 = 0,31 м;

Z ₄ = Z ₀ – i L_тр/ 2 = 0,00– 0,02 · 31,13/2 = –0,31 м;

Z ₅ = Z ₃ + D_ОГ + d + 1,0 = 0,31 + 1,8 + 0,14 + 1 = 3,25 м;

Z ₆ = Z ₄ + D_ОГ + d + 1,0 = – 0,31 + 1,8 + 0,14 + 1 = 2,63м;

Z ₇ = Z ₃ – h-h_п = 0,31 – 0,37 – 0,96 = –1,02 м;

Z ₈ = Z ₄ – h-h_п = –0,31 – 0,37 – 0,96 = –1,64 м;

Z ₉ = Z ₀ – h-h_п = 0,00 – 0,37 – 0,96 = –1,33 м;

где Z ₀ – относительная нулевая отметка дневной поверхности грунта;

H_H – высота насыпи, равная 5,0 м;

i – проектный уклон лотка, i =0,02;

L_тр – длина трубы, равная 31,13 м;

D_ОГ – диаметр оголовка трубы, равный 1,8 м;

d – толщина стенки звена трубы, равная 0,16 м;

h – глубина заложения фундамента, равная 0,37 м;

h_п – высота грунтовой подушки, равная м.

Введение

Водопропускные трубы являются наиболее распространенным видом искусственных сооружений на дорогах. В среднем на каждые 1,35 км дороги приходится водопропускная труба.

Целью курсовой работы является приобретение студентами практических навыков по дисциплине «Основания и фундаменты» на примере проектирования основания и фундамента круглой сборной железобетонной водопропускной трубы под насыпью автомобильной дороги в районах сезонного промерзания грунтов.

Сущность курсовой работы состоит в привязке типового проектного решения сборного железобетонного фундамента трубы к заданным грунтово-гидрологическим условиям, заведомо требующим повышения прочности и устойчивости природного основания. При этом из известных способов создания искусственных оснований предлагается рассмотреть вариант замены слабого грунта природного основания на грунтовую подушку.

Варианты исходных данных для проектирования

Отметки слоев грунтового основания

Таблица 1

№ варианта	Дневная поверхность грунта, м	Подошва ИГЭ-1, м	Подошва ИГЭ-2, м
	0,04	-2,4	-6,4

 

Район строительства – Москва;

Категория дороги – III;

Высота насыпи – 5,0 м;

Отверстие круглой трубы – 1,5 м;

Уклон лотка трубы – 20‰;