Проектирование основания и фундамента

Введение

Водопропускные трубы – это искусственные сооружения, предназначенные для пропуска под насыпями дорог небольших постоянных или периодически действующих водотоков. Они не изменяют условий движения автомобилей, поскольку их можно располагать при любых сочетаниях плана и профиля дороги, не стесняют проезжую часть и обочины, а также не требуют изменения типа дорожного покрытия.

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

Целью курсовой работы является приобретение 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, в которых грунтовое природное основание является слабым. Из известных способов создания искусственных оснований предлагается рассмотреть вариант замены слабого грунта природного основания на грунтовую подушку.

Исходные данные

Район строительства – г. Рязань;

Категория дороги – Iа;

Высота насыпи – 7,50 м;

Уклон лотка трубы – 15°/ₒₒ;

Диаметр трубы – 1,50 м.

Дано трёхслойное основание. Мощность третьего слоя считается неограниченной. За нулевую отметку принята отметка лотка трубы по оси насыпи (рис.1).

В таблице 1 указаны отметки слоёв инженерно- геологических элементов (ИГЭ) грунтового основания по оси трубы. За нулевую отметку принята отметка лотка трубы по оси насыпи (рисунок 1).

Таблица 1

Отметки слоёв грунтового основания

Таблица 2

Исходные физические и механические характеристики грунтов слоёв основания

Грунты основания условно следует считать двухфазными со степенью влажности S_r = 1. Отметка уровня воды (УВ) в трубе условно принимается по верху её внутреннего диаметра.

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 ИГЭ-1:

- коэффициент пористости

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

- плотность грунта, т/м³,

;

т/м³

- удельный вес грунта, кН/м³,

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

кН/м³

- удельный вес частиц грунта, кН/м³,

кН/м³

- плотность грунта во взвешенном состоянии, т/м³

т/м³

- удельный вес грунта во взвешенном состоянии, кН/м³

кН/м³

- число пластичности

- показатель текучести

Для ИГЭ-2:

- коэффициент пористости

- плотность грунта

т/м³

- удельный вес грунта, кН/м³,

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

кН/м³

- удельный вес частиц грунта

кН/м³

- плотность грунта во взвешенном состоянии

т/м³

- удельный вес грунта во взвешенном состоянии

кН/м³

- число пластичности

- показатель текучести

Для ИГЭ-3:

- коэффициент пористости

- плотность грунта

т/м³

- удельный вес грунта

кН/м³

- удельный вес частиц грунта

кН/м³

- плотность грунта во взвешенном состоянии

т/м³

- удельный вес грунта во взвешенном состоянии

кН/м³

- число пластичности

- показатель текучести

На основании ГОСТ 25100 [2] по значениям J_p и J_L уточняют разновидность глинистого грунта (табл. П.1.1), (табл. П.1.2).

Результаты вычислений сводим в таблицу.

Таблица 3

Физические характеристики грунтов основания

Для глин и суглинков в твердом и полутвердом состоянии удельный вес грунта во взвешенном состоянии не определяют, т.к. эти грунты считаются водонепроницаемыми.

Конструирование трубы

Для выбора типовых конструктивных элементов трубы в соответствии с табл. П.8.1 назначаем номера блоков. По табл. П.8.2 – П.8.4 назначаем геометрические размеры звеньев, лекальных блоков фундамента, портальных стенок, откосных крыльев. Объём и масса выбранных элементов трубы приведены в табл. П.8.5.

Параметры выбранных типовых конструкций элементов трубы сведены в табл. 3.

Таблица 4

Параметры элементов трубы

Лекальный блок фундамента под цилиндрическое звено

Цилиндрическое звено

Номер лекального блока

, см

, см

Объём блока м3

Номер цилиндрического звена

, см

, см

, см

Объём звена м3

0,86

17а

1,26

Лекальный блок фундамента под коническое оголовочное звено

Коническое оголовочное звено

Номер лекального блока

, см

, см

Объём блока м3

Номер оголовочного звена

, см

, см

, см

Объём блока м3

0,87

1,04

Откосные крылья

Номер откосного крыла

, см

, см

, см

, см

Объём откосного крыла м3

41 ПЛ

2,16

Исходя из заданной категории дороги, высоты насыпи и диаметра трубы, определяю минимальную длину средней части трубы по лотку по формуле:

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;

Н_н - высота насыпи, 7,50 м;

d ₀ – отверстие трубы, 1,50 м;

δ – толщина стенки, 0,16 м.

Длину средней части трубы с учетом выбранных конструктивных элементов и стыковых омоноличиваемых швов, исходя из условия :

,

где n – количество звеньев средней 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 определяется по формуле:

,

где b _пс – ширина портальной стенки – 0,35 м;

l _ок – длина откосного крыла, м;

– угол растекания = 45°.

Укрепление подводящего и отводящего русел– важнейший конструктивный элемент водопропускной трубы. Для территории II – V дорожно-климатических зон рекомендуется пять типов конструкции укрепления русел. Тип укрепления русла назначают с учетом скорости протекания воды и допускаемых скоростей потока.

Отметка обреза фундаментаводопропускной трубы назначается ниже отметки дневной поверхности грунта на 0,06 м.

Расчет осадки фундамента

Расчет осадки фундаментапроизводится 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 и давление от веса сооружения .

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 составляют 20% от природного давления в основании . 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 h_i не должна превышать 0,4 b_лб. Границы элементов необходимо совмещать с границами естественных слоев грунта и подушки, т.к. модули деформации грунтов различны.

Осадку фундамента определяют путем суммирования осадок по элементам слоёв:

где – безразмерный коэффициент, равный 0,8;

– среднее дополнительное вертикальное напряжение в i- ом 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:

где – коэффициент, учитывающий затухание напряжений по глубине основания.

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

где p –давление по подошве фундамента, при высоте насыпи H_н 2,0 м, ;

– удельный вес грунта первого слоя, кН/м ;

h – глубина заложения фундамента, м.

Природное напряжение на глубине от дневной поверхности вычисляют по формуле:

где – 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 используют .

При определении природного давления на кровле слоя водонепроницаемого грунта (глина, суглинок твердый и полутвердый) необходимо учитывать дополнительное гидростатическое давление, определяемое по формуле:

где – удельный вес воды, кН/м³ ( = 9,81 кН/м³).

После этого строят эпюры и и находят НГСТ, т.е. горизонт, ниже которого соблюдается условие .

Рис. 6. Схема к расчету осадки центра подошвы фундамента методом послойного суммирования (3-й слой – водонепроницаемый)

Таблица 5

Расчет осадки фундамента

	м		кПа
			169,17
0,20	0,32	0,977	165,28	0,32	4,16	4,16	0,83
0,31	0,50	0,924	156,35	0,18	3,71	7,87	1,57
0,63	1,00	0,738	124,86	0,50	10,30	18,17	3,63
0,94	1,50	0,578	97,78	0,50	10,30	28,47	5,69
1,25	2,00	0,463	78,28	0,50	10,30	38,77/58,37	11,67
1,56	2,50	0,383	64,83	0,50	10,20	68,57	13,71
1,88	3,00	0,324	54,78	0,50	10,20	78,77	15,75
2,19	3,50	0,281	47,57	0,50	10,20	88,97	17,79
2,50	4,00	0,249	42,04	0,50	10,20	99,17	19,83
2,81	4,50	0,227	38,40	0,50	10,20	109,37	21,87
3,13	5,00	0,196	33,21	0,50	10,20	119,57	23,91
3,44	5,50	0,182	30,82	0,50	10,20	129,77	25,95
3,75	6,00	0,174	29,38	0,50	10,20	139,97	27,99
4,06	6,50	0,156	26,32	0,50	10,20	150,17	30,03
4,25	6,80	0,149	25,12	0,30	6,12	156,29	32,07

Обобщение проектных решений

Проектные решения по курсовой работе оформляются в табличной форме и в виде чертежа.

Рис. 8. Схема отметок проектных решений

Отметки проектных решений определяются по формулам:

Z ₁= Z ₀ +H_H; Z₁ = + 0,060 +7,500 = +7,560;

Z ₂ = Z ₀ +H_H; Z₂ = + 0,060 +7,500 = +7,560;

Z ₃ = Z ₀ +i L_тр/ 2; Z₃ = + 0,060 + 0,015 / 2 = +0,445;

Z ₄ = Z ₀ -i L_тр/ 2; Z₄ = + 0,060 - 0,015 / 2 = -0,325;

Z ₅ =Z ₃ +D_ОГ + + 1,0; Z₅ = +0,445+ 1,8 + 0, 14 + 1,0 = +3,385;

Z ₆ =Z ₄ +D_ОГ + + 1,0; Z₆ = -0,325+ 1,8 + 0, 14 +1,0 = +2,615;

Z ₇ = Z ₃ -h-h_п; Z₇ = +0,445- 0,06 – 0,32-1,22 = -1,16;

Z ₈ = Z ₄ -h-h_п; Z₈ = -0,325- 0,06 – 0,32-1,22 = - 1,93;

Z₉= Z_o - h- h_п. Z₉ = + 0,060 - 0,060 – 0,32 = - 0,32

где Z ₀ – относительная нулевая отметка дневной поверхности грунта;

H_H –высота насыпи;

i – проектный уклон лотка;

L_тр – длина трубы;

D_ОГ – диаметр оголовка трубы;

– толщина стенки звена трубы;

h – глубина заложения фундамента;

h_п – высота грунтовой подушки.

Таблица 6

Проектные решения

Библиографический список

1. Костерин Э.В. Основания и фундаменты. – М.: Высшая школа, 1990.– 431с.

2. ГОСТ 25100-95. Грунты. Классификация.

3. СНиП 2.02.01-83*. Основания зданий и сооружений.

4. СНиП 2.05.03-84*. Мосты и трубы.

5. СНиП 2.05.02-85. Автомобильные дороги.

6. СНиП 21.23.01-99. Строительная климатология.

7. СП 50-101-2004. Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений.

8. Водопропускные трубы под насыпями / под ред. О.А. Янковского. - М.: Транспорт, 1982. – 232с.

9. Шестаков В.Н. Технология строительства сборных железобетонных водопропускных труб: учебное пособие: – Омск: СибАДИ, 1994. –78 с.

Введение

Водопропускные трубы – это искусственные сооружения, предназначенные для пропуска под насыпями дорог небольших постоянных или периодически действующих водотоков. Они не изменяют условий движения автомобилей, поскольку их можно располагать при любых сочетаниях плана и профиля дороги, не стесняют проезжую часть и обочины, а также не требуют изменения типа дорожного покрытия.

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

Целью курсовой работы является приобретение 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, в которых грунтовое природное основание является слабым. Из известных способов создания искусственных оснований предлагается рассмотреть вариант замены слабого грунта природного основания на грунтовую подушку.

Исходные данные

Район строительства – г. Рязань;

Категория дороги – Iа;

Высота насыпи – 7,50 м;

Уклон лотка трубы – 15°/ₒₒ;

Диаметр трубы – 1,50 м.

Дано трёхслойное основание. Мощность третьего слоя считается неограниченной. За нулевую отметку принята отметка лотка трубы по оси насыпи (рис.1).

В таблице 1 указаны отметки слоёв инженерно- геологических элементов (ИГЭ) грунтового основания по оси трубы. За нулевую отметку принята отметка лотка трубы по оси насыпи (рисунок 1).

Таблица 1

Отметки слоёв грунтового основания

Таблица 2

Исходные физические и механические характеристики грунтов слоёв основания

Грунты основания условно следует считать двухфазными со степенью влажности S_r = 1. Отметка уровня воды (УВ) в трубе условно принимается по верху её внутреннего диаметра.

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 ИГЭ-1:

- коэффициент пористости

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

- плотность грунта, т/м³,

;

т/м³

- удельный вес грунта, кН/м³,

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

кН/м³

- удельный вес частиц грунта, кН/м³,

кН/м³

- плотность грунта во взвешенном состоянии, т/м³

т/м³

- удельный вес грунта во взвешенном состоянии, кН/м³

кН/м³

- число пластичности

- показатель текучести

Для ИГЭ-2:

- коэффициент пористости

- плотность грунта

т/м³

- удельный вес грунта, кН/м³,

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

кН/м³

- удельный вес частиц грунта

кН/м³

- плотность грунта во взвешенном состоянии

т/м³

- удельный вес грунта во взвешенном состоянии

кН/м³

- число пластичности

- показатель текучести

Для ИГЭ-3:

- коэффициент пористости

- плотность грунта

т/м³

- удельный вес грунта

кН/м³

- удельный вес частиц грунта

кН/м³

- плотность грунта во взвешенном состоянии

т/м³

- удельный вес грунта во взвешенном состоянии

кН/м³

- число пластичности

- показатель текучести

На основании ГОСТ 25100 [2] по значениям J_p и J_L уточняют разновидность глинистого грунта (табл. П.1.1), (табл. П.1.2).

Результаты вычислений сводим в таблицу.

Таблица 3

Физические характеристики грунтов основания

Для глин и суглинков в твердом и полутвердом состоянии удельный вес грунта во взвешенном состоянии не определяют, т.к. эти грунты считаются водонепроницаемыми.

Конструирование трубы

Для выбора типовых конструктивных элементов трубы в соответствии с табл. П.8.1 назначаем номера блоков. По табл. П.8.2 – П.8.4 назначаем геометрические размеры звеньев, лекальных блоков фундамента, портальных стенок, откосных крыльев. Объём и масса выбранных элементов трубы приведены в табл. П.8.5.

Параметры выбранных типовых конструкций элементов трубы сведены в табл. 3.

Таблица 4

Параметры элементов трубы

Лекальный блок фундамента под цилиндрическое звено

Цилиндрическое звено

Номер лекального блока

, см

, см

Объём блока м3

Номер цилиндрического звена

, см

, см

, см

Объём звена м3

0,86

17а

1,26

Лекальный блок фундамента под коническое оголовочное звено

Коническое оголовочное звено

Номер лекального блока

, см

, см

Объём блока м3

Номер оголовочного звена

, см

, см

, см

Объём блока м3

0,87

1,04

Откосные крылья

Номер откосного крыла

, см

, см

, см

, см

Объём откосного крыла м3

41 ПЛ

2,16

Исходя из заданной категории дороги, высоты насыпи и диаметра трубы, определяю минимальную длину средней части трубы по лотку по формуле:

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;

Н_н - высота насыпи, 7,50 м;

d ₀ – отверстие трубы, 1,50 м;

δ – толщина стенки, 0,16 м.

Длину средней части трубы с учетом выбранных конструктивных элементов и стыковых омоноличиваемых швов, исходя из условия :

,

где n – количество звеньев средней 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 определяется по формуле:

,

где b _пс – ширина портальной стенки – 0,35 м;

l _ок – длина откосного крыла, м;

– угол растекания = 45°.

Укрепление подводящего и отводящего русел– важнейший конструктивный элемент водопропускной трубы. Для территории II – V дорожно-климатических зон рекомендуется пять типов конструкции укрепления русел. Тип укрепления русла назначают с учетом скорости протекания воды и допускаемых скоростей потока.

Отметка обреза фундаментаводопропускной трубы назначается ниже отметки дневной поверхности грунта на 0,06 м.

Познавательные статьи:



Как правильно слушать собеседника

Типичные ошибки при выполнении бросков в баскетболе

Принятие христианства на Руси и его значение

Средства массовой информации США