Разработка проекта фундамента для моста балочного типа в двух вариантах: фундамент мелкого заложения на естественном или искусственном основании при наличии прочных грунтов и свайный фундамент при наличии слабых грунтов на площадке строительства.
Аннотация к работе
1.1 Определение вида грунтов, слагающих площадку строительства, и оценка их физико-механических свойств 1.2 Выбор глубины заложения подошвы фундамента 1.3 Подсчет нагрузок, действующих на фундамент.1 Основные положения по расчету и проектированию свайных фундаментов 2.2 Выбор глубины заложения подошвы свайного ростверка и назначение его размеров 2.3 Расчет и конструирование свайного фундаментаФундаменты из забивных свай рассчитываются в соответствии с требованиями СНИП по двум предельным состояниям: а) по предельному состоянию первой группы (по несущей способности): по прочности - сваи и ростверки, и по устойчивости - основания свайных фундаментов; Расчет по деформациям оснований свайных фундаментов из висячих свай производится на усилия от нормативных нагрузок с учетом нормативных характеристик грунтов. При расчете висячих свай считается, что передаваемая на сваи нагрузка уравновешивается сопротивлением груша под нижним концом сваи и силами трения грунта по ее боковой поверхности.
План
Содержание расчетно-пояснительной записки
Список литературы
Введение
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 - фундамент мелкого заложения на естественном или искусственном основании при наличии прочных грунтов;
2-й - свайный фундамент при наличии слабых грунтов на площадке строительства.
Исходными данными для выполнения курсового проекта являются: Грунтовые условия строительной площадки, представленные буровыми колонками с характеристикой физических и механических свойств грунтов, полученных по результатам лабораторных испытаний.
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 - 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 0,3. Здесь - коэффициент пористости грунта, соответствующий влажности на границе текучести.
Обозначения в приведенных выше формулах: - 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: WL - предел текучести;
Wp - предел раскатывания.
Песчаные грунты подразделяются по степени влажности G на маловлажные, если степень влажности G0,8.
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.
№ пласта 1 2 3
Объемная масса , т/м32,722,632,72
Объемная масса , т/м32,072,042,15
Естественная влажность W, % 16 13 8
Степень влажности G 0,829 0,74814 0,595
Число пластичности 0,060,070,16
Консистенция 0,50-0,938
Коэф. пористости е 0,525 0,457 0,366
-0,0520,0471,899
Наименование грунта и его физические свойства Супесь пластичный непросадочный ненабухающий. Супесь пластичный просадочный ненабухающий Суглинок твердый просадочный набухающий
Угол трения 272514
Удельное сцепление С, МПА 0,017 0,023 0,213
Расчетное давление R0, МПА 0,3 0,3 0,3
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) глубины промерзания и способности грунтов основания к пучению при промерзании;
в) 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 IL > 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. hф=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.
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 N - нормативная нагрузка на фундамент в уровне поверхности земли, КН;
R0 - условное давление на грунт основания. КПА;
- средняя объемная масса фундамента и грунта над его уступами, т/м3. h - глубина заложения фундамента, м.
F= .
Приняв отношение сторон подошвы фундамента равным отношению сторон стойки , получим =2.15 м , тогда м.
Принимаем размеры фундамента b=2,15м, l=12,9м.
3. После ориентировочного определения площади подошвы фундамента производится подсчет уточненных нагрузок на основание: ?N =?N Q . где Q - вес фундаментной подушки, КН.
Q = G -NФАРХ=814,38-518,07=218,93КН
G =V
Vф.п.= F * hф=27,7*1,2= 33,24 м3.
?N =7507,01 296,31=7803,32 КН
4. По принятым размерам и установленной глубине заложения подошвы фундамента определяется расчетное давление по формуле СНИП
R= .
где m и m - соответственно коэффициенты условий работы грунтового основания и сооружения во взаимодействии с основанием, принимаемые по таблице [1, приложения 7];
k - коэффициент надежности, принимаемый k = 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];
b- меньшая сторона (ширина прямоугольной подошвы фундамента), м;
h - глубина заложения фундамента от уровня планировки, м: - осредненное расчетное значение объемной массы грунта, залегающего выше отметки заложения фундамента, т/м ;
- 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 b=2,04 м, l=12,24м.
1.4.1 Проверка принятых размеров фундамента
Напряжения под подошвой фундамента должны удовлетворять условиям: P 0.
Напряжения под подошвой фундамента определяются из следующих зависимостей: для центрально нагруженного фундамента
P =0,001 .
P = = 0,284МПА < R= 0,316МПА
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;
Mx, My - расчетные изгибающие моменты, КН·м;
F - площадь подошвы фундамента, м ;
W - момент сопротивления площади подошвы фундамента в направлении действия момента, м .
М ,.
M = ;
W
W
P = =0,432МПА >1.2R=0,395 МПА, Условие не выполняется, следовательно увеличиваем площадь фундамента. l=12.9м b=2.15м
P = =0,387МПА 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 Р в МПА, а вправо - ординаты эпюры дополнительного давления Pz.
Значение ординат эпюры природного давления определяется по формуле
Р = где - объемная масса грунта 1-го слоя;
g -ускорение силы тяжести;
h - 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 - плотность твердых частиц грунта;
g - ускорение силы тяжести;
е - коэффициент пористости грунта.
Для построения эпюры дополнительного давления Pz, толщина грунта ниже подошвы фундамента в пределах глубины, приблизительно равной трехкратной ширине фундамента, разбивается на ряд слоев мощностью не более 0,4b (обычно 0.2b). Дополнительное давление PZ0 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 P для любого сечения, расположенного на глубине z ниже подошвы фундамента, вычисляется по формуле
P = , где - коэффициент рассеивания, определяемый по таблице СНИП в зависимости от n=l/b, где l и b - 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 Pz = 0,2 Рбz.
Рассчитаем бытовое и дополнительное давления : Pбz0=0 КПА;
По вычисленным значениям строим эпюры бытового и дополнительного давлений (рис.1.5.1)
По эпюре определяем нижнюю границу сжимаемой (активной) зоны грунта: Нсж=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;
hi, - толщина i-ro слоя грунта основания, см;
ао - показатель относительной сжимаемости, МПА.
- среднее вертикальное давление для i-го слоя, МПА.
Для определения " ао" в приложении даны результаты испытания грунтов на сжимаемость. По данным задания следует построить компрессионные кривые для каждого из трех грунтов площадки строительства в соответствующем масштабе.
Давление , (в МПА) принимается равным бытовому давлению в середине рассматриваемого пласта грунта, давление - 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 S - расчетная величина деформации основания;
- предельная величина деформации основания, принимаемая согласно СНИП, которая не должна превышать , где L - длинна пролета моста.
1.7 Вычисление устойчивости фундамента на сдвиг и опрокидывание
Завершающим этапом расчета является проверка устойчивости фундамента против опрокидывания и сдвига (плоского и глубокого) от воздействия расчетных нагрузок. Расчет устойчивости против опрокидывания производится по формуле:
где, - сумма моментов удерживающих нагрузок , включающих в себя вертикальную нагрузку от пролетов, веса опоры и фундамента, с вычитанием архимедовой силы.
- сумма моментов опрокидывающих сил. В данном случае опрокидывающие силы представлены нагрузкой от торможения и нагрузкой от действия льда.
>
Фундамент устойчив против опрокидывания, т.к. условие устойчивости выполняется.
Фундамент устойчив против опрокидывания, т.к. условие устойчивости выполняется.
Расчет устойчивости против плоского сдвига производится по формуле:
где - сила трения, возникающая при давлении на грунт вертикальных нагрузок.
где Ктр- коэффициент трения, зависящий от угла внутреннего трения грунта, в котором находится фундамент.
- сумма сдвигающих горизонтальных сил, действующих на фундамент. В данном случае на фундамент действует одновременно 2 горизонтальные нагрузки Т и R. Поэтому необходимо определить их геометрическую сумму:
Фундамент устойчив против плоского сдвига.
Расчет фундаментов на устойчивость против глубинного сдвига производится по методу кругло-цилиндрических поверхностей скольжения. Для этого через угол подошвы фундамента проводят наиболее вероятную дугу кривой скольжения, затем полученную призму грунта разбивают на ряд отсеков, имеющих в полученном вертикальном сечении вид простых фигур: треугольников, трапеций. После этого находят вес каждого отсека и сносят векторы веса на кривую скольжения. Разложив каждый из этих векторов на составляющие: нормальную и касательную, определяют силы трения. Аналогично поступают и с вектором веса сооружения.
Затем определяют силы сцепления как произведение длины дуги L в глинистом грунте на величину сцепления С.
Получив значение сил, действующих на систему "грунт-сооружение", составляют выражение условия устойчивости по формуле
К= 1,5, где М - момент сил, удерживающих систему против сдвига;
М - момент сил, сдвигающих систему "грунт-сооружение".
Устойчивость сооружения против глубокою сдвига считается обеспеченной, если при наиболее невыгодной поверхности скольжения соблюдается условие К 1,5. Для этого задаются другими положениями поверхностей скольжения, проводя из новых центров О , О дуги, проходящие на чертеже через угол подошвы фундамента.
Проводим дугу поверхности скольжения с центра О1 : Таблица 1.1.7 Определение веса отсеков
№ отсека Объем, м3 Об. Масса грунта Вес отсека, КН
1 1,35 2,07 27,41
2 4,0 2,07 81,22
3 4,94 2,07 100,3
4 5,04 2,07 102,34
5 5,2 2,07 105,59
6 1,32 2,07 26,80
7 0,84 2,07 17,05
Таблица 1.7.2 Определение сил
№ отсека , KH cos , KHSIN , KH , КН
1 27,41 40 0,766 20,996 0,642 - 17,59 10,69
2 81,22 26 0,898 72,935 0,422 - 34,27 37,162
3 100,3 15 0,965 96,789 0,258 - 25,88 46,316
4 102,34 1 0,999 102,237 0,017 - 1,739 52,092
5 105,59 13 0,974 102,84 0,224 23,652 52,399
6 26,80 26 0,898 24,066 0,438 11,738 12,262
7 17,05 39 0,777 13,247 0,629 10,72 6,749
33,38220,67
М = ·R =220,67*9 0,017*14,8=1986,28 КНМ;
М =? ·R =33,377*9 636*1,5=1254,393КН·м, К1= > 1,5.
В первом случае условие устойчивости фундамента против глубинного сдвига выполняется.
Схема к расчету фундамента на глубинный сдвиг изображена на рис.1.7.1
Проводим дугу поверхности скольжения с центра О2 : Таблица 1.7.3 Определение веса отсеков
№ отсека Объем, м3 Об. Масса грунта Вес отсека, КН
1 2,2 2,07 44,67
2 5 2,07 101,53
3 6,6 2,07 134,02
4 9,25 2,07 187,83
5 8,875 2,07 180,22
6 5,6 2,07 113,82
7 1,65 2,07 33,51
8 0,66 2,07 13,40
Таблица 1.7.4Определение сил
№ отсека , KH cos , KHSIN , KH , КН
1 44,67 35 0,777 34,71 0,573 - 22,59 17,68
2 101,53 29 0,874 88,74 0,485 - 49,24 45,21
3 134,02 15 0,966 129,46 0,259 - 34,71 65,96
4 187,83 1 0,999 187,64 0,017 - 3,19 95,61
5 180,22 10 0,985 177,52 0,173 31,18 90,45
6 113,82 22 0,927 105,51 0,374 42,57 53,76
7 33,51 31 0,857 28,72 0,515 17,26 14,63
8 13,40 47 0,682 9,14 0,731 9,79 4,65
8,93478,4
М = ·R =478,4*10,9 19,1*0,017=5214,56 КНМ;
М =? ·R =8,93*10,9 636*2,4=1623,74КН·м, К= > 1,5.
Во втором случае условие устойчивости фундамента против глубинного сдвига выполняется.
Схема к расчету фундамента на глубинный сдвиг изображена на рис.1.7.2.1 .Основания и фундаменты: методические указания / Белорусская сельскохозяйственная академия; Сост. В.И. Кумачев, Л. В. Понасенко. Горки, 1999. 44с.
Проектирование оснований и фундаментов сооружений гидромелиоративных систем. Н.Н. Фролов. М: Колос, 1983
Проектирование фундаментов зданий и промышленных сооружений. Далматов Б.И., Морарескул Н.Н., Иовчук А.Г., Науменко В.Г. М.: Высшая школа, 1969.