Проектирование фундамента промежуточной опоры моста.

Проектирование фундамента промежуточной опоры моста.

 

Выполнил ст. гр. 2-МТ-III

Бондарь А.А.

 

Принял преподаватель

Ананьев А.А.

 

Санкт- Петербург

1.Нагр узки на обрезе фундамента вдоль и поперек моста

 

Основное сочетание вдоль моста Дополнительное сочетание вдоль моста

Основное сочетание поперек моста

Оценка инженерно-геологических условий, составление заключения о строительных свойствах грунтов основания.

 

Инженерно-геологические условия оцениваются по физико-механическим характеристикам. Для выявления слоя грунта, пригодного в качестве несущего, производится по заданным нормативным характеристикам определение их расчетных значений для 1 и 2 предельных состояний, а так же вычисление дополнительных величин, позволяющих оценить качество грунта.

Слой №1

Песок мелкий, мощность слоя 8 м

(g_s=26,5 кН/м³; g= 20 кН/м³; W=0,24;; j_n=28°; E=18 МПа;)

Слой №2

Глина ленточная, мощность слоя 3 м

(g_s=27,5 кН/м³; g=19,4 кН/м³; W=0,34; W_L =0.44; j_n=20°; С_Н =40 кПа; E=10 МПа)

Слой №3

Суглинок с включениями гравия и гальки, мощность слоя 5,5 м

(g_s=27,3 кН/м³; g= 20 кН/м³; W=0,24; Wp=0.22; j_n=18°; E=20 МПа; W_L =0,35; С_Н =50 кПА)

Слой №4

Песок средней крупности с гравием и галькой, мощность слоя 8,7 м

(g_s=27 кН/м³; g= 21,1 кН/м³; W=0,2;; j_n=38°; E=40 МПа;)

 

Определяем расчетные прочностные параметры грунтов для расчета несущих способностей.

а) сцепление:

γ_g=1,5

 

б) угол внутреннего трения:

γ_g=1,1-для песка, γ_g=1,15-для пылевато-глинистых грунтов

 

Расчет по деформации.

γ_g=1

а) сцепление:

 

б) угол внутреннего трения:

 

 

 

Согласно СНиП «Мосты и трубы» значение удельного веса грунта выше подошвы фундамента принимаем 19,62 кН/м^3.

Вычислим дополнительные физические характеристики по заданным.

 

1) Удельный вес скелета грунта:

g_d ^I = g^I / (1 + W^I) = 20 / (1 + 0.24) = 16,13кН/м³

g_d ^II = g^II / (1 + W^II) = 19.4 / (1 + 0,34) = 14,48 кН/м³

g_d ^III = g ^III/ (1 + W^III) = 20 / (1 + 0.24) = 16.13 кН/м³

g_d ^IV = g ^IV/ (1 + W^IV) = 21.1 / (1 + 0.2) = 17.58 кН/м³

 

2) Коэффициент пористости:

e ^I = (g_s ^I - g_d ^I) / g_d ^I = (26.5-16.13)/16.13= 0.643 – средняя плотность

e ^II = (g_s ^II - g_d ^II) / g_d ^II = (27.5-14.48)/14.48= 0.899 - средняя плотность

e ^III = (g_s^III - g_d ^III) / g_d ^III = (27.3 – 16.13) / 16.13 = 0,69 – средняя плотность

e ^IV = (g_s^IV - g_d ^IV) / g_d ^IV = (27-17.58)/17.58= 0.536 – средняя плотность

 

3) Пористость:

Содержание объема пор в единице объема грунта.

n ^I = e ^I / (1 + e ^I) = 0,643/(1+0,643)=0,391

n ^II = e ^II / (1 + e ^II) = 0,899/(1+0,899)= 0,473

n ^III = e ^III / (1+e ^III) = 0,69 / (1 + 0,69) = 0,408

n ^IV = e ^IV / (1+e ^IV) = 0,536 / (1 + 0,536) = 0,349

 

 

4) Удельный вес с учетом взвешивающего действия воды:

g_sb ^I = (1 – n ^I)(g_s ^I – g_w ^I) = (1 – 0.391)(26.5 – 10) = 10.049 кН/м³

g_sb ^II = (1 – n ^II)(g_s ^II – g_w ^II) = (1 – 0,473)(27.5 – 10) = 9,223 кН/м³

g_sb ^III = (1 – n ^III)(g_s^III – g_w ^III) = (1 – 0,408)(27,3 – 10) = 10.242 кН/м³

g_sb ^IV = (1 – n ^IV)(g_s^IV – g_w ^IV) = (1 – 0,349)(27 – 10) = 11.067 кН/м³

g_w=10 кН/м³

 

5) Число пластичности:

I_p^II = W_L^II - W_P^II = 0,44 – 0,21=0,23 – глина, т.к. I_р^II ≥0,17

I_р^III = W_L^III - W_P^III = 0,35-0,22 =0,13 –суглинок т.к. 0,07 ≤ I_p^III ≤0,17

6) Влажность при полном водонасыщении грунта:

W_sat ^I= e ^I * g_w ^I / g_s ^I = 0,643 *10 / 26.5 = 0,243

W_sat ^II= e ^II *g_w ^II / g_s ^II = 0,899 *10 / 27.5 = 0,327

W_sat ^III= e ^III * g_w ^III / g_s^III = 0,69 * 10 / 27.3 = 0,253

W_sat ^IV= e ^IV * g_w ^IV / g_s^IV =0.536*10 / 27= 0.199

7) Степень влажности:

S_r ^I= W^I / W_sat ^I = 0,24 / 0,243 = 0.988 – грунт насыщен водой

S_r ^II= W^II / W_sat ^II = 0,34 / 0,327= 1.039 – грунт насыщен водой

S_r ^III = W^III / W_sat ^III = 0,24 / 0,253 = 0.949 – грунт насыщен водой

S_r ^IV = W^IV / W_sat ^IV = 0.2 / 0.199= 1.005 – грунт насыщен водой

0,8>S_r≥1 – насыщенный водой.

8) Показатель текучести:

I_L^II = (W^II - W_P^II) / (W_L^II - W_P^II)= (0,34– 0,21) / (0,44 - 0,21) = 0,565 0≤ I_L ≤1 – глина мягко-пластичная

I_L^III = (W^III - W_P^III) / (W_L^III - W_P^III)= (0,24– 0,22) / (0,35 - 0,22) = 0,154, 0≤I_L≤0.25 – супесь

полутвердая

9) Сжимаемость грунта по модулю деформации:

E^I = 18 МПа, грунт среднесжимаемый

E^II = 10 МПа, грунт среднесжимаемый

E^III = 20 МПа, грунт среднесжимаемый

E^IV = 40 МПа, грунт слабосжимаемый

10) Оценка прочности слоев основания:

Определяем по табл.1, 2 приложения 24 СНиП 2.05.03-84

- песок мелкий, средней плотности

-глина ленточная, при I_p^II =0,23, e ^II =0,899, I_L^I =0,565

- суглинок с включением гравия и гальки

- песок средней крупности с гравием и галькой, плотный

Расчетные физико – механические параметры грунтового основания:

№ слоя

Грунт

γII

γSB

φI

φII

cI

cII

E

R

кH/м3

кH/м3

кПа

кПа

МПа

кПа

Песок мелкий

10,049

25,45 ̊

-

-

Глина ленточная

19,4

9,223

17,39 ̊

26,7

151,9

Суглинок с включ. гравия и гальки

10,242

33,3

Песок средней крупности с гравием и галькой

21,1

11,067

34,55̊

-

-

Оценка качества отдельных слоёв грунта основания:

1)Песок мелкий, средней плотности, насыщенный водой, среднесжимаемый – пригоден в качестве естественного основания;

2)Глина ленточная, мягко-пластичная, среднесжимаемая – пригодна в качестве естественного основания;

3)Суглинок с включением гравия и гальки, среднесжимаемый – пригоден в качестве естественного основания.

4) песок средней крупности с гравием и галькой, плотный, насыщенный водой, слабосжимаемый – пригоден в качестве естественного основания

 

Проверка устойчивости положения фундамента против плоского

Сдвига по подошве.

Max сдвигающая сила: кН

Вес фундамента с учетом взвешивающего действия воды:

0,9*179,94*24= 3886,7 кН

Вертикальная сила:

= +

Р_w= * *h_в=1,1*10*6,8=74,8 кПа

Удерживающая сила:

(8206.7-74,8*10,2*6,4)*0,4= 1329.5 кН,

где =0.4 – коэффициент трения.

Проверим условие устойчивости (m – коэффициент условия работы, m=0,9)

Устойчивость против плоского сдвига обеспечена. Фундамент устойчив против сдвига по подошве

Расчет осадки фундамента.

Осадки определяются от воздействия на фундамент постоянных нагрузок: веса опоры, фундамента и пролетного строения.

Расчет производится согласно СНиП 2.02.01 – 83 исходя из условия:

 

.

 

где – предельно допустимая осадка

L – ширина наименьшего пролета. примыкающего к опоре;

β – безразмерный коэффициент, равный 0.8;

σ_zpi – среднее значение дополнительного вертикального напряжения в i-ом слое грунта, равное полусумме напряжений на верхней z_i-1 и нижней z_i границах слоя по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента;

h_i – толщина i-ого слоя грунта;

Е_i – модуль деформации i-ого слоя грунта;

 

Для выполнения расчета массив ниже подошвы фундамента разбивают на слои толщиной,

h_i ≤ 0,2 b (h_i ≤ 0,2·6,4= 1,2м)

где b – ширина подошвы фундамента.

Кроме этого, дополнительные границы разбивочных слоев устанавливаются на границе различных природных слоев.

Под центром тяжести строятся эпюры природного напряжения σ_zp и

σ_zg - дополнительного к природному напряжения.

Характеристики грунтов:

№ слоя	Вид грунта	Модуль общей деформации. кПа	Удельный вес грунта во взвешенном состоянии γIIi. кН/м.
I	Песок мелкий		10,049
II	Глина ленточная		9,223
III	Суглинок с включ. гравия и гальки		10,242
IV	Песок средней крупности с гравием и галькой		11,067

 

 

Находим среднее давление по подошве фундамента от нагрузки :

= 10538 кН

Находим вес фундамента и грунта на обрезах с коэффициентом надежности =1:

кН

кН

кН

Находим природное напряжение на границе слоев:

кПа

кПа

кПа

кПа

 

 

Находим дополнительные давления под подошвой фундамента:

 

α-коэффициент, принимаемый по табл. 1 прил. 2 СниП 2.02.01.-83,

р₀-дополнительное давление на основание

 

 

Определяем осадку:

 

 

 

 

 

 

L – наибольшая длина примыкающего пролетного строения, м.

Так как S= 1,53 см < S_U= 6,36 см, то фундамент удовлетворяет условию осадки.

 

Вывод: все вышеуказанные условия выполнены, следовательно, фундамент мелкого заложения подобран.

Расчет свайного фундамента.

1. Исходные данные.

 

A₀xB₀= 5x1.2м

1. Выбор заглубления ростверка.

Несущий слой грунта и конструкция сваи. Высоту ростверка принимаем 2 м. Наиболее благоприятным грунтом для несущего слоя является суглинок с включениями гравия и гальки.

L_св= 199,3-2+0,7-187+1= 12м

L=12 м – принимаем по ГОСТу

Принимаем ненапряженные мостовые трещиностойкие сваи марки СМ – II – 35Т4

Класс бетона В30, рабочая арматура 4∅32 класс III.

Сваи погружаются забивкой.

 

1. Определение несущей способности и силы сопротивления сваи по грунту.

 

Данные сваи являются висячими, т.к. Е=20 мПа < 50 мПа.

Несущая способность свай по грунту определяется по формуле (7.8) (СП 50-102-2003)

 

 

где γ_c – коэффициент условий работы сваи в грунте, γ_c = 1;

R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, R = 2867 кН/м² (табл. 1 СНиП 2.02.03 – 85);

U – наружный периметр поперечного сечения сваи. U = 1,4 м;

f_i – расчетное сопротивление i-ого слоя грунта по боковой поверхности сваи (табл.2 СНиП 2.02.03 – 85);

h_i – толщина i-ого слоя грунта, соприкасающего с боковой поверхностью сваи;

γ_СR, γ_cf - коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и по боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления, γ_СR = γ_cf =1 (табл.3 СНиП 2.02.03 – 85);

А – площадь опирания сваи на грунт (площадь проекции подошвы на плоскость перпендикулярную оси ствола сваи), А=0,35²=0,1225 м².

Для определения несущей способности толщу грунтов, прорезаемых сваей, разбивают на слои с h_i 2 м. При этом граница слоев обязательно должна соответсвовать границе напластований. Глубина погружения нижнего конца сваи Z_R, а также средняя глубина расположения слоя грунта принимается от линии размыва.

 

 

 

Внесем данные в таблицу

№	hi	Zi	fi	fi*hi
		0,9	55,86	55,86
		1,85	63,4	126,8
		3,85	69,94	139,88
		5,85	72,94	145,88
	1,5	7,35	74,94	112,41
	1,5	8,85	78,94	118,41
		9,85	83,48	83,48

 

Где Z_i - средняя глубина расположения слоя грунта.

R=f (Z_r,е, I_L) - таблицы 1,2,3 СНиП 2.02.03-85

R=2867 кПа, находим методом интерполяции.

Определяем несущую способность по грунту:

 

Силу расчетного сопротивления сваи по грунту определяем из формулы:

Вес сваи:

 

1. Определяем приближенное значение веса ростверка и числа свай и их размещение в плане

Находим давление на подошве ростверка.(тут)

Находим давление от веса ростверка и подушки подводного бетона.

h_п =0,5 м, h_р=2 м

 

Коэффициент надежности:

Удельный вес бетона:

Площадь подошвы ростверка

Вес ростверка находим

Примерное число свай определяется по формуле

-коэффициент учитывает действие момента.

 

Примем к расчету 10 свай

Минимальный размер ростверка в плане, исходя из размеров Во=1,2 м и Ао=5 м

Примем число поперечных рядов свай:

Расстояние между рядами свай:

Расстояние между крайними сваями

Число свай в продольном направлении:

Расстояние между сваями в поперечном направлении:

Определяем размеры ростверка:

 

1. Конструирование ростверка

Примем размеры ростверка в плане b_р =1550м и a_р =7850м. Определяем вес и объем ростверка и подушки подводного бетона:

- Коэффициент надежности

 

- Удельный вес бетона

 

(из пункта 3)

 

Рекомендации по производству работ.

 

Постройка фундаментов на местности, покрытой водой, ведется в более сложных условиях, чем на суше. Особенности производства работ по постройке таких фундаментов мостовых опор заключается главным образом в следующем: необходимо иметь специальные средства и сооружения для обеспечения устройства ограждений, а также для доставки к каждому фундаменту материалов, механизмов и рабочей силы. Нужны особые способы разбивочных работ; требуются специальные конструкции для ограждения котлованов и фундаментов от внешней воды в период строительства; в необходимых случаях используются методы подводной разработки грунта и подводного бетонирования.

В реках с глубиной воды 2…3 м в летний период для этих целей часто устраивают временные мостики на свайных, рамных или ряжевых опорах. Для ограждения места работ применяют перемычки.

Перемычками называют временные сооружения, предназначенные для ограждения места постройки фундамента от поверхностных вод. Перемычки используют не только для постройки фундамента, но и для возведения других частей сооружения, расположенных ниже горизонта вод. Конструкции перемычек весьма разнообразны. Для постройки рассчитанного в курсовой работе фундамента мелкого заложения можно использовать деревянные шпунтовые двухрядные с грунтовым заполнителем перемычки.

Грунтовая засыпка уменьшает водопроницаемость перемычки, а наружный шпунтовой ряд предохраняет ее от размыва. Внутренний шпунтовой ряд, являясь элементом перемычки, кроме того, служит ограждением дна водоема.

Для обеспечения совместной работы внутренней и наружной шпунтовой ряд соединяют поперечными схватками. Внутри перемычки чаще всего устанавливают один или несколько ярусов распорных рам, что повышает общую жесткость перемычки и позволяет уменьшить сечение шпунта и глубину забивки ниже дна котлована.

Наилучшим заполнителем для перемычки является песок.

Так как котлован разработан ниже уровня вод, то его необходимо осушить, можно применить способ открытого водоотлива, т.е. осуществляемого непосредственно из котлована. Для водоотлива применяют насосы, пригодные для откачивания загрязненной воды с примесью грунтовых частиц. Этот способ является простым и дешевым способом водопонижения.

Земляные работы в котловане должны вестись так, чтобы не была нарушена естественная структура грунта основания. Грунт основания может разрушаться при использовании землеройных машин большой производственной мощности. Особенно одноковшовых экскаваторов. Для предотвращения этого оставляется слой неразработанного грунта от 5 до 30 см.

В процессе работ необходимо предохранять котлован от затопления атмосферными осадками.

Разрабатывать грунт котлована и возводить фундамент нужно в сжаты сроки, не оставляя открытый на проектную глубину котлован на продолжительное время. После возведения фундамента пазухи между ними и стенами котлована заполняют грунтом, укладываемым послойно с трамбованием.

Для свайного фундамента сваи забивают подвесным молотом, используя копры или краны и направляющие каркасы. Подвесной молот является простейшим типом, который представляет собой металлическую отливку от 0.25 до 4.0 т. Молот имеет направляющие, которыми он скользит по стрелам копра. Поднимается молот лебедкой, установленной на копре. Высота подъема молота составляет 1.5…3.0 м. Число ударов молота 10..18 в 1 мин. Подвесные молоты просты по конструкции, но производительность их невелика.

Для направления движения сваи и молота в процессе погружения, а также для подъема сваи и установки ее на место часто используют рельсовые копры (например, КР – 20). Такой копер предназначен только для погружения вертикальных свай. В отличие от универсальных на таком копре нельзя изменить вылет копровой стрелы.

Забивка свай производится с использование подмостей. Вокруг фундамента устраивают временные подмости на деревянных или инвентарных металлических винтовых сваях. На подмостях укладывают рельсовые пути для передвижного моста, на который устанавливают копер. Подмости около каждой опоры можно соединить между собой временным рабочим мостом, устанавливаемым параллельно оси строящегося моста.

Временный мост используют для перемещения материалов, оборудования и рабочих. По нему также перемещается копер от опоры к опоре. Наличие подмостей обеспечивает возможность погружения свай независимо от колебаний уровня воды и степени волнения акватории.

Ростверк сооружают с помощью бездонного ящика. Бездонные ящики могут изготавливаться деревянными, металлическими или из понтонов КС с металлическим ножом в нижней части. Массу монтажных элементов ящика можно уменьшить путем раздельного опускания вначале каркаса, а затем заполнения стен.

Можно применить открытый водоотлив. После водоотлива перед бетонированием ростверка необходимо применять меры по устранению фильтрации воды через возможные неплотности ограждения и дефектные места в слое подводного бетона. В противном случае, как показывает практика, бетон ростверка в процессе твердения может быть поврежден вследствие вымывания из него цемента фильтрующейся водой.

 

 

Выбор типа фундамента.

На выбор типа фундамента влияют условия строительства: механовооруженность строящей организации, состояние базы стройиндустрии, транспортные условия, особенности строительной площадки и др. Также при выборе типа и глубины заложения фундамента должны учитываться конструктивные особенности моста.

В результате анализа грунтовых условий и учета применимости различных видов фундаментов намечают возможные варианты, которые могут различаться не только типом фундамента, но и разной глубиной заложения. Затем выполняют расчеты намеченных вариантов по предельным состояниям и устанавливают размеры их элементов. После этого сравнивают варианты по приведенным затратам, стоимости, расходу основных материалов, по трудоемкости и срокам производства работ. При сравнении полезно сопоставлять значения перемещений фундаментов и опор. В результате всех сравнений выбирается оптимальный вариант фундамента.

 

 

Литература

1. Методические указания по выполнению курсовой работы «Механика грунтов, основания и фундаменты», СПб, 1992г.,
2. Э.В. Костерин «Основания и фундаменты», М, ВШ., 1990 г.,
3. СНиП 2.05.03 – 84* «Мосты и трубы» М, 1985 г.,
4. СНиП 2.02.01 – 83 «Основания зданий и сооружений» М, 1985 г.,
5. СНиП 2.02.03 – 84 «Свайные фундаменты», М, 1986 г.,

СП 50-102-2003 «Проектирование и устройство свайных фундаментов

Проектирование фундамента промежуточной опоры моста.

 

Выполнил ст. гр. 2-МТ-III

Бондарь А.А.

 

Принял преподаватель

Ананьев А.А.

 

Санкт- Петербург

1.Нагр узки на обрезе фундамента вдоль и поперек моста