Проект железобетонного моста через реку Теча

Аннотация

Тема дипломного проекта:

Проект железобетонного моста через реку Теча.

Челябинск: ЮУрГУ, Кафедра СКиИС, 2011 г.,

Расчетно-пояснительная записка состоит из:

1. Архитектурно-планировочная часть проекта: общие сведения о районе участка строительства, описание инженерно-геологических и гидрологических условий, принятая конструкция моста.

2. Расчетная часть проекта содержит разработку расчетной модели моста и выполнение расчетов на ЭВМ, расчёт балок пролетного строения и армирование основных конструктивных элементов на сочетания постоянных и временных нагрузок. В результате расчета была принята арматура в балках, ригелях, стойках и сваях.

3. В разделе технология строительства были разработаны технологические схемы на возведение опор моста и балочных пролетных строений.

4. Организация строительства состоит из разработки стройгенплана и календарного графика производства работ. Расчет сроков строительства и производительность труда рабочих и механизмов произведен по ГСЭН-2001г.

5. Составлены локальные сметы по каждому варианту. Произведено стоимостное сравнение вариантов.

6. В разделе охрана труда и техника безопасности учтены требования СНиПов и ГОСТов по охране труда и безопасности строительства.

В дипломном проекте использовались следующие пакеты прикладных программ:

ПК ЛИРА 9.2 — для расчета модели моста;

ПК AutoCAD 2007, SPDS 5.0 — для выполнения графического материала;

ПК Microsoft Office Word 2003 — для написания пояснительной записки.

• Введение
• 1. Архитектурно-планировочная часть
• 1.1 Нормы и технические условия проектирования
• 1.2 Характеристика реки и места мостового перехода
• 1.3 Инженерно-геологические и гидрогеологические условия участка мостового перехода через р. Теча
• 1.4 Физико-механические свойства грунтов
• 1.5 Описание конструкции моста
• 2. Расчетно-конструктивная часть
• 2.1 Исходные данные
• 2.2 Сбор нагрузок
• 2.2.1 Расчет собственного веса покрытия проезжей части и тротуаров
• 2.2.2 Временные (нормативные и расчетные) нагрузки
• 2.2.3 Расчетная постоянная нагрузка на элементы опоры
• 2.2.4 Расчетная ветровая нагрузка
• 2.2.5 Расчётная ледовая нагрузка
• 2.2.6 Расчётная поперечная нагрузка
• 2.2.7 Расчётная нагрузка от торможения
• 2.2.8 Расчётная нагрузка на тротуары от «толпы «
• 2.3 Составление расчётной модели и рассчёт в Lira
• 2.3.1 Описание расчётной модели моста
• 2.3.2 Задание жесткости расчетной модели
• 2.3.3 Отпор грунта действующий на сваи моста
• 2.3.4 Основные виды нагружений
• 2.4 Результаты расчёта
• 2.4.1 Расчётные усилия в крайних (Б1 и Б2) балках пролётов
• 2.4.2 Расчётные усилия в ригелях
• 2.4.3 Расчётные усилия в стойках
• 2.4.4 Расчётные усилия в сваях
• 2.5 Расчетные характеристики бетона и арматуры
• 2.6 Расчёт балок пролёта 24 м
• 2.6.1 Расчёт сечения продольной преднапряженной арматуры
• 2.6.2 Проверка нормального сечения балки по несущей способности
• 2.6.3 Величина усилия предварительного обжатия Р1 и Р2 и его точка приложения
• 2.6.4 Расчет балки на образование трещин (в сечении расположенном на середине пролета при эксплуатации при воздействии нормативной постоянной и временной нагрузок)
• 2.6.5 Проверка при отсутствии временной нагрузки (по минимальным сжимающим напряжениям)
• 2.6.6 Проверка по образованию продольных трещин при обжатии (в нижней части сечения балки)
• 2.6.7 Проверка по образованию продольных трещин в стадии эксплуатации (в нижней части сечения балки)
• 2.6.8 Расчет по образованию нормальных трещин при обжатии (в верхней части сечения балки)
• 2.6.9 Проверка по несущей способности (прочности) балки на стадии предварительного напряжения (в сечении по середине пролета)
• 2.6.10 Расчет по раскрытию трещин в середине пролета (в нижней части сечения балки)
• 2.6.11 Расчет наклонных сечений балки (расчёт на прочность по поперечной силе)
• 2.6.12 Расчет на образование наклонных трещин в балках на стадии эксплуатации
• 2.6.13 Расчет прогиба балки (по середине пролета при эксплуатации)
• 2.7 Армирование конструктивных элементов моста
• 2.7.1 Армирование ригелей
• 2.7.2 Армирование стоек
• 2.7.3 Армирование свай
• 3. Технология строительного производства
• 3.1 Выбор основных машин и механизмов
• 3.2 Технология строительства проектируемого моста
• 3.2.1 Технология возведения буронабивных свай
• 3.2.2 Технология возведения (монтажа) ригелей
• 3.2.3 Технология монтирования балок пролетного строения моста
• 3.2.4 Технология устройства элементов проезжей части
• 3.3 Контроль качества производимых работ
• 4. Организация строительного производства
• 4.1 Калькуляция трудовых затрат
• 4.2 Организация рационального проведения строительных работ
• 4.3 Сооружение городка строителей
• 4.4 Организация охраны труда во время строительных работ
• 4.5 Организация охраны труда при эксплуатации
• 4.6 Охрана окружающей среды
• 5. Экономическая часть
• 5.1 Сравниваемые варианты промежуточных опор
• 5.2 Локальный сметный расчет опоры: варианта № 1
• 5.3 Локальный сметный расчет опоры: вариант № 2
• 5.4 Результаты и анализ экономического сравнения вариантов опор
• 6. Безопасность жизнедеятельности
• 6.1 Объект дипломного проектирования
• 6.2 Опасные и вредные производственные факторы
• 6.3 Микроклимат (неблагоприятные параметры)
• 6.3. Шум
• 6.3.2 Шумовые характеристики машин
• 6.3.3 Вибрация
• 6.3.4 Освещение
• 6.3.5 Запыленность стройплощадки и помещений
• 6.3.6 Электрический ток
• 6.3.7 Пожарная безопасность
• 6.4 Охрана окружающей среды
• 6.5 Земляные работаы (охрана труда)
• 6.6 Бетонные работы (охрана труда)
• 6.7 Арматурные работы (охрана труда)
• 6.8 Сварочне работы (охрана труда)
• 6.9 Монтажные работы (охрана труда)
• 6.10 Гидроизоляционные работы (охрана труда)
• 6.11 Эксплуатация строительных машин (охрана труда)
• Список литературы

Мосты и другие искусственные сооружения представляют собой сложные инженерные конструкции, проектирование, строительство и эксплуатация которых требуют специальных знаний и навыков.

В России строительство транспортных сооружений идет главным образом по пути применения рациональных сборных пролетных строений. Повышение качества проектирования транспортных сооружений связано с автоматизацией процесса проектирования.

Развитие и эффективность работы каждой отрасли народного хозяйства нашей страны в той или иной степени зависит от автомобильного транспорта. Масштабы и темпы автомобилизации страны предопределяют увеличение объемов строительства и реконструкции автомобильных мостов.

Данный проект содержит :

· описание и расчет основных несущих конструкций моста

· проработку основных технологических процессов

· организацию строительства и др.

При разработке данного дипломного проекта за основу были взяты данные предоставленные институтом Челябдорпроект.

1. Архитектурно-планировочная часть

1.1 Нормы и технические условия проектирования

Проектом предусмотрено строительство моста через реку Теча на основании гидрологических расчетов.

Габарит моста принят Г-8+2×1,0. Расчетные нагрузки А-14 и НК-100. Балки пролетных строений, элементы опор и другие железобетонные конструкции приняты унифицированные по действующим типовым проектам.

При проектировании были использованы следующие нормативные документы:

СНиП 2.05.03−84*; СНиП 2.05.02−85; СНиП 2.02.01−85*; СНиП 2.02.03−85;

СНиП 3.06.04−91; СНиП 3.01.01−85; ГОСТ Р-52 748−2007.

На ПК112+53 — ПК112+57,5 м проектируемая автодорога пересекает р. Течу, которая в этом районе имеет северо-западное направление течения. Ширина реки в районе проектируемого мостового перехода — 4,5 м, глубина 0,20 м, отметка уреза воды — 331,23 м, на период изысканий октябрь 2010 года. Берега реки в районе проектируемого мостового перехода пологие.

По природно-климатическим факторам район входит в состав IV дорожно-климатической зоны.

1.2 Характеристика реки и места мостового перехода

Река Теча вытекает из озера Иртяш. На 353-м км от устья впадает в реку Исеть на территории Курганской области. Длина реки по территории области около 260,0 км. Верхняя часть бассейна реки расположена в горной и предгорной зоне Южного Урала. На широких, плоских междуречных пространствах сосредоточены многочисленные озера размером от нескольких гектаров до 55 км, а также болота. Большинство озер бессточные, многие из них, соединяясь, друг с другом, образуют целые системы. Залесенность водосбора — 32%, заболоченность — 8%, озерность — 7%.

Питание реки происходит исключительно в период весеннего снеготаяния, доля снегового питания составляет более 80% годового стока.

Район проектирования расположен в южной части Челябинской области и относится к степной зоне.

От непосредственного влияния воздушных масс Атлантического происхождения территория защищена мощным барьером — хребтами Уральских гор. Доступ влажных, тихоокеанских, воздушных масс прегражден Среднесибирским плоскогорьем. На севере и юге высокие барьеры отсутствуют, поэтому территория доступна для перемещения теплого сухого субтропического воздуха Средней Азии и холодного, бедного влагой Арктического воздуха, перемещающегося в меридиональном направлении.

Самые высокие температуры воздуха наблюдаются в июле, достигая 41С, далее идет постепенное снижение ее до февраля месяца, когда температура понижается до — 46С.

Годовая амплитуда колебания температуры воздуха в среднем составляет 87С.

Весь период с декабря по март минимальные температуры ниже -40С.

В отдельные дни в этот период бывают положительные температуры, что является результатом вторжения теплых воздушных масс.

Переход среднесуточной температуры воздуха через 0С наступает весной в первой декаде апреля, осенью — в конце октября.

Продолжительность безморозного периода в среднем составляет 117 дней, наибольшая 144 дня (1962г), наименьшая 77(1932г). Средняя дата последнего заморозка 20. V, первого — 15.IX.

Осадки в течение года выпадают неравномерно. Большая часть их, 70−75% годовой суммы выпадает в теплый период года, 20−25% приходится на долю твердых осадков. Наибольшее количество осадков приходится на июль месяц, наименьшее выпадает в феврале месяце.

За теплый период года с апреля по октябрь выпадает 263 мм осадков, на долю твердых осадков приходится 88 мм осадков.

Осадки в виде снега обычно выпадают в первой декаде октября, а в начале второй декады ноября уже образуется устойчивый снежный покров, который нарастает в течении зимы, достигая максимального значения 60−70 см в первой-второй декадах марта. Снежный покров сравнительно равномерный, держится в течение 150 дней.

Из наибольших высот за зиму средняя высота снежного покрова составляет 27 см, максимальная — 67 см, минимальная — 7 см.

Разрушение снежного покрова происходит в первой декаде апреля, ранняя дата 19. III, поздняя 5.V. Наибольшей высоты снежный покров достигает в третьей декаде февраля — первой декаде марта. Высота снежного покрова зависит от количества осадков и продолжительности залегания покрова.

Глубина промерзания почвы находится в прямой зависимости от температуры воздуха и высоты снежного покрова.

Наблюдения за глубиной промерзания почвы на м/ст Бреды и других ближайших метеостанциях не проводились.

Нормативная глубина сезонного промерзания для глин и суглинков — 1,89 м, для гравелистых и крупных песков — 2,46 м, для крупнообломочных грунтов — 2,79 м.

Годовой ход упругости водяного пара сходен с ходом температуры воздуха.

Наименьшие значения наблюдаются зимой (январь — февраль), наибольшие летом (июнь — август), достигая максимального значения в июле месяце.

Относительная влажность воздуха имеет своеобразное распределение.

В дневные часы в мае — июне наблюдается минимальная относительная влажность. В ночные часы относительная влажность высока в течение всего года. Наиболее высокие значения относительной влажности воздуха отмечаются в дневные часы в январе и декабре. Годовой и суточный ход обратен ходу температуры воздуха.

Дефицит влажности имеет суточный ход, как и другие метеоэлементы. Максимум наступает в дневные часы (совпадает с максимумом температуры воздуха), минимум — в ночные часы. Минимальный дефицит влажности в декабре — феврале, максимальный — в июне.

Среднемесячные скорости ветра колеблются в пределах 3,1 — 4,5 м/с. Сила ветра возрастает весной, когда происходит смена зимнего холодного арктического воздуха теплым.

В летний период скорость ветра минимальна, т.к. воздух повсеместно прогрет.

В зимний период нередки метели со скоростью 5 — 9 м/с.

В среднем за год преобладает западный перенос воздушных масс, в зимний период господствующими направлениями ветров также являются ветры западных направлений. Весной и летом, наряду с западными ветрами, возрастает роль ветров северных направлений.

Годовой цикл водного режима можно подразделить на несколько характерных периодов, называемых фазами водного режима. Характерные особенности этих фаз и их продолжительность определяются условиями питания, изменением этих условий в течение года, климатом речных бассейнов.

В основном наблюдаются четыре фазы водного режима: весеннее половодье, летняя межень, осенние паводки, зимняя межень.

Реки района относятся к типу рек с преимущественно снеговым питанием.

Основной фазой водного режима стока реки и ее притоков является весеннее половодье, сток которого составляет от 50% до 60% годового.

Весеннее половодье начинается с интенсивного роста уровней и расходов. Это происходит через несколько дней после перехода температуры воздуха через О^оС, так как отдача воды снежным покровом начинается после того, как снег пропитается водой. Начало половодья довольно хорошо совпадает со временем появления ручьев снеговой воды на склонах.

Подъем уровней в реке от таяния снежного покрова начинается обычно в начале апреля при ледоставе.

В зависимости от метеорологической обстановки продолжительность нарастания уровней изменяется от 5 до 16дней и в среднем составляет 7 дней.

Продолжительность и окончание половодья зависят от величины запасов воды в снежном покрове в речном бассейне, интенсивности снеготаяния и морфологических особенностей бассейна.

Средняя дата начала половодья приходится на 04.04, ранняя 20.03.1974г, поздняя 11.04.1958 г.

Средняя продолжительность половодья 32 дня, наибольшая 70 дней (1970г), наименьшая 19 дней (1975 г.).

Средняя дата окончания половодья 5.05, ранняя 18.04.1975 г., поздняя — 09.06.1970 г.

Средняя продолжительность подъема половодья 8 дней, спада 14дней.

Спад уровней в начале интенсивный, затем замедленный и при отсутствии осадков в это время заканчивается в первой половине мая.

Средняя дата высшего уровня по в/п у пос. Измайловский — 11.04 (98%), ранняя — 22.03.1974, поздняя — 9.07.1967г.

Половодье в основном проходит одним пиком, высшие уровни держатся около суток, после чего начинается спад.

Иногда наблюдается несколько максимумов, что является следствием возврата холодов, сменяющихся новым потеплением, или разновременностью развития половодья на главной реке и её притоках.

За время весеннего половодья река проносит большую часть годового стока — от до 70% до 95% в разные по водности годы.

Дождевые паводки представляют собой кратковременное повышение стока, не приуроченное к определенному периоду и повторяющееся в некоторые годы по несколько раз. Относительная кратковременность прохождения паводков, малые объемы стока по сравнению с половодьем и различное время прохождения их в течение года на одной и той же реке и составляют отличие паводков от половодий.

Летние паводки бывают не ежегодно и обычно наблюдаются в июле — сентябре (1−3раза), повышая уровень от 0,3 до 0,5 м в обычные годы.

Высота значительных дождевых паводков 1,0−1,5 м.

Межень — фаза водного режима, характеризующаяся продолжительным стоянием низких расходов воды в реке вследствие сильного уменьшения или прекращения поверхностного стока. Выделяются летняя и зимняя межень. В период летней межени река питается в основном подземными водами и водами атмосферных осадков, выпадающих нерегулярно. К летней межени относят период от конца половодья до осенних паводков, а при их отсутствии до начала зимнего периода. Летняя межень может быть устойчивой, продолжительной, а также прерывистой, неустойчивой (периодически нарушаемой дождевыми паводками).

Летняя межень для данного района продолжается с июня до конца октября. В некоторые годы она прерывается дождевыми паводками. Летняя межень низкая, устойчивая. Наиболее низкие уровни воды в реке наблюдаются в июле-августе.

Зимняя межень совпадает обычно с периодом ледостава. В период зимней межени реки питаются грунтовыми водами. Расходы воды от начала замерзания рек постепенно снижаются, достигая минимума перед вскрытием.

В районах с суровым климатом многие реки перемерзают.

Все реки района в зимний период замерзают.

При снижении температуры воды до 0? С и появлении на реке ледовых образований реки вступают в фазу зимнего режима. Продолжительность его отсчитывается с момента возникновения на реке ледовых образований до начала интенсивного весеннего подъема уровня и очищения реки ото льда.

Осенью, вскоре после перехода температуры воздуха через 0° обычно во второй половине октября, на реках появляются первые ледовые образования — сало, шуга и забереги. На средних реках забереги растут медленно и промежуток времени между началом образования первых ледовых явлений и установлением ледостава составляет 12−17 дней, на малых реках — 5−7 дней.

На реках забереги постепенно увеличиваются в размерах и, смыкаясь, образуют сплошной ледяной покров. Этот процесс особенно быстро развивается на участках с медленным течением.

В период ледостава на реках на поверхности ледяного покрова образуются наледи. Зимой в связи с увеличением толщины ледяного покрова, промерзанием, уменьшается площадь живого сечения; вода под напором выходит по трещинам во льду на поверхность и замерзает. Такой процесс может происходить в течение зимы несколько раз, и тогда наледи достигают значительных размеров.

После установления на реке ледяного покрова происходит увеличение его толщины. В первые дни ледостава нарастание льда происходит сравнительно быстро. Затем по мере увеличения толщины льда и слоя снега на льду, процесс замедляется.

Толщина льда по живому сечению реки неодинакова: у берегов лед обычно толще, к середине реки его толщина уменьшается. Толщина льда изменяется во времени, достигая наибольшего значения к концу зимы.

Первые осенние ледовые образования по данным водпоста начинаются в среднем 28 октября с появления заберегов; ранняя дата появления ледовых явлений 8.Х.1949г, поздняя — 20. Х1.1954г.

Неподвижный ледяной покров устанавливается в конце октября — начале ноября; средняя дата установления ледостава 31. Х, ранняя 12.Х.1949г, поздняя 21.XI.1954г.

Ледостав на реке устойчивый.

Средняя продолжительность ледостава 177 дней, наибольшая — 191 (1949;1950гг.), наименьшая — 145 дней (1961;1962г.)

Продолжительность периода с ледовыми явлениями от 149 до 197 дней и в среднем составляет 183 дня.

Нарастание толщины льда происходит довольно быстро. Средняя толщина льда к концу марта достигает 85 см, максимальная — 120 см (1956г).

В расчетном створе наблюдения за толщиной льда не производились.

Максимальная толщина льда 1% вероятности превышения =76см.

К началу вскрытия рек наблюдается уменьшение толщины и прочности льда, которое происходит главным образом в результате поверхностного и внутреннего таяния под влиянием тепла и солнечной радиации. Толщину льда в начале ледохода h_лх следует принимать равной 0,8 h_Л 1%

Весной с наступлением положительных температур начинается таяние снега на льду и берегах реки и поступление талых вод в реки. Температура льда повышается и начинается его таяние. В многоводные годы под воздействием резкого подъема уровней и увеличения скорости течения разрушение ледяного покрова происходит быстро. На реках промерзающих до дна лед постепенно размывается талой водой лишь сверху и, затем (при образовании промоин) с увеличением расхода воды в русле, он отрывается от дна, всплывает на поверхность воды и, разламываясь, уносится течением.

Вскрытие реки наступает в середине апреля.

Вскрытию реки предшествует появление воды на льду и образование закраин и промоин. Подвижка льда наблюдается 1−2 дня почти ежегодно. Подвижка происходит за один-два дня до начала ледохода.

Средняя дата очищения реки ото льда 17 апреля, ранняя — 03.04.1947, поздняя- 29.04.1949 г.

Средняя продолжительность ледохода 3 дня, наибольшая- 11 (1965г.), наименьшая 0 (10%).

Ледоход наблюдается неежегодно. В маловодные годы в период половодья вода идет поверх льда и лед тает на месте.

Ледоход проходит главным руслом.

Таблица 1. Сводная таблица расчетных гидрологических характеристик р. Теча

1.3 Инженерно-геологические и гидрогеологические условия участка мостового перехода через р. Теча

Исследованный участок сложен палеозойскими гнейсами, мезозойским элювиальным суглинком по ним, четвертичными аллювиальными песком гравелистым, глиной и суглинком, делювиальным суглинком, почвенно-растительным слоем.

Сводный инженерно-геологический разрез до глубины 19,0 м представлен следующими инженерно-геологическими элементами (ИГЭ), сверху вниз:

ИГЭ 3. Почвенно-растительный слой, мощностью 0,10−0,80 м. Встречен скважинами № 74, 77, 78.

ИГЭ 4. Суглинок делювиальный dQ твердый до тугопластичного, в среднем твердый, тяжелый, коричневый, с известковистыми включениями, до глубины 0,9−1,0м-гумусированный, в скважине № 78 с прослоями крупнозернистого песка. Мощность слоя 1,30 м. Встречен скважинами № 74, 78.

ИГЭ 6. Песок гравелистый аллювиальный аQ средней плотности, маловлажный до водонасыщенного, бурого, серого цвета, с включением гальки и щебня до 19−30% размером до 90 мм, с прослоями суглинка мягкопластичного мощностью до 10−15см, с тонкими прослоями глины иловатой твердой и тугопластичной консистенции. Мощность слоя от 0,80 м до 2,90 м. Встречен всеми скважинами.

ИГЭ 8. Глина озерная lQ мягкопластичная, легкая, черная, иловатая, с включением гальки и гравия до 15%, с прослоями крупнозернистого песка. Мощность слоя 1,10 м. Встречена скважиной № 75.

ИГЭ 9. Суглинок аллювиальный аQ гравийный, твердый, легкий, желтый, зеленовато-желтый. Мощность слоя от 0,90 м. Встречен скважиной № 78.

ИГЭ 10. Суглинок элювиальный eMZ по гнейсам твердый, легкий, дресвяный, зеленовато-желтый, темно-серый, серовато-зеленый, с включением гнейсов весьма низкой прочности, в скважине № 76 с включением щебня размером до 90 мм. Вскрытая мощность слоя 0,50−1,70 м. Встречен всеми скважинами.

ИГЭ 15. Гнейс PZ малопрочный темно-серый, зеленовато-серый, буровато-серый, выветрелый, с зонами гнейсов средней, пониженной и низкой прочности, с гнездами суглинка элювиального. Кровля гнейсов залегает на глубинах 2,70−8,80 м, что соответствует отметкам 327,79−328,94 м. Мощность слоя 0,80−3,80 м. Встречен скважинами № 74, 75, 77, 78.

ИГЭ 15. Гнейс PZ средней прочности темно-серый, выветрелый, трещиноватый, с зонами гнейсов малопрочных и пониженной прочности, в скважине № 75 с глубины 12,0 м, в скважине № 77 с глубины 11,3 м, в скважине № 78 с глубины 16,5 м с зонами прочных. Кровля гнейсов залегает на глубинах 6,0−12,8 м, что соответствует отметкам 323,79−327,82. Вскрытая мощность слоя 6,20−8,90 м. Встречен скважинами № 74, 75, 77, 78.

Подробности геологического строения площадки приведены в графическом приложении.

В пределах исследованной площадки подземные воды вскрыты всеми скважинами. Установившийся уровень их зафиксирован на глубинах 0,00−5,50 м, на период изысканий, октябрь 2008 года. Абсолютные отметки 331,20−331,40 м.

Возможно сезонное колебание уровня воды на 0,8 м от приведенного на разрезе.

Подземные воды дренируются рекой Утяганка, питание их осуществляется за счет инфильтрации атмосферных осадков.

Согласно химическому анализу, подземные воды из буровых скважин и вода в реке Утяганка не агрессивны ко всем видам бетона.

Для расчета притока воды при проведении земляных работ рекомендуем следующие значения коэффициента фильтрации: для суглинка ИГЭ 4, 9, 10 — 0,01−0,10 м/сут., для гравелистого песка ИГЭ 6 — 75 м/сут., для глины ИГЭ 8 — 0,001 м/сут., для гнейсов малопрочных ИГЭ 15 — 70−150м/сут., для гнейсов средней прочности ИГЭ 16 -20−60м/сут.

1.4 Физико-механические свойства грунтов

Классификация грунтов выполнена по ГОСТ 25 100–95.

Частные значения физических и механических свойств грунтов приведены в текстовых приложениях.

Ниже приводятся основные характеристики физико-механических свойств грунтов.

ИГЭ 4. Суглинок dQ твердый, тяжелый, непросадочный, ненабухающий.

Суглинок характеризуется следующими нормативными значениями показателей физических свойств: плотность — 1,91 г/см³, коэффициент пористости — 0,72 д.ед., влажность природная — 0,21 д.ед., влажность на границе текучести — 0,36 д.ед., влажность на границе раскатывания — 0,21 д.ед., число пластичности — 0,16 д.ед., степень влажности — 0,74 д. ед, показатель текучести — минус 0,08.

Расчетные значения показателей прочностных и деформационных характеристик грунтов при доверительных вероятностях 0,90 и 0,98 рекомендуем следующие:

По степени морозоопасности суглинок относится к слабопучинистым, на период изысканий, октябрь 2008 г., при условии сохранения природной влажности.

ИГЭ 6. Песок аллювиальный aQ гравелистый, средней плотности, маловлажный до водонасыщенного.

По данным гранулометрического анализа песок характеризуется содержанием фракций >10мм — 16,0%, 2−10мм — 23,8%, 0,5 — 2,0мм — 32,9%, 0,25 — 0,5мм — 11,4%, 0,10 — 0,25мм — 3,8%, < 0.1мм — 12,1%. По данным лабораторных исследований угол естественного откоса сухого грунта-37−38⁰, под водой-30−32.⁰

Расчетные значения показателей прочностных и деформационных свойств при доверительных вероятностях 0,90 и 0,98 рекомендуем следующие:

Этими же грунтами сложены русловые отложения р. Утяганка (скважина № 76), где их мощность составляет 2,50 м.

По данным гранулометрического анализа песок из русла характеризуется содержаниями фракций 70−90мм-19,0%, 40−70мм-2,1%, 20−40мм-5,8−10,1%, 10−20мм-3,2−5,2%, 5−10мм- 4,1−13,6%, 2−5мм — 9,4−18,5%, 1−2,0мм — 23,8−28,6%, 0,5−1,0мм — 3,3−9,8%, 0,25−0,5мм — 7,8−8,9%, 0,10−0,25мм — 5,8−6,2%, <0,005мм — 5,8−9,0%.

По степени морозоопасности песок гравелистый относится к практически непучинистым.

ИГЭ 8. Глина аQ озерная мягкопластичная легкая, непросадочная, ненабухающая.

Глина характеризуется следующими нормативными значениями показателей физических свойств: влажность природная — 0,25 д.ед., влажность на границе текучести — 0,33д.ед., влажность на границе раскатывания — 0,15 д.ед., число пластичности — 0,18 д.ед., показатель текучести — 0,56.

Расчетные значения показателей прочностных и деформационных характеристик грунтов при доверительных вероятностях 0,90 и 0,98 рекомендуем следующие:

По степени морозоопасности глина относится к сильнопучинистым, на период изысканий, октябрь 2008 г.

ИГЭ 9. Суглинок аQ аллювиальный твердый, легкий, гравийный, непросадочный, ненабухающий.

Суглинок характеризуется следующими нормативными значениями показателей физических свойств: плотность — 2,16 г/см³, коэффициент пористости — 0,53 д.ед., влажность природная — 0,18 д.ед., влажность на границе текучести — 0,31 д.ед., влажность на границе раскатывания — 0,22 д.ед., число пластичности — 0,09 д.ед., степень влажности — 0,95 д. ед, показатель текучести — минус 0,44.

Расчетные значения показателей прочностных и деформационных характеристик грунтов при доверительных вероятностях 0,90 и 0,98 рекомендуем следующие:

По степени морозоопасности суглинок относится к сильнопучинистым, на период изысканий, октябрь 2008 г.

ИГЭ 10. Суглинок элювиальный eMZ по гнейсам твердый, легкий, дресвяный, непросадочный, ненабухающий.

Суглинок характеризуется следующими нормативными значениями показателей физических свойств: плотность — 2,15 г/см³, коэффициент пористости — 0,52 д.ед., влажность природная — 0,16 д.ед., влажность на границе текучести — 0,31 д.ед., влажность на границе раскатывания — 0,22 д.ед., число пластичности — 0,09 д.ед., степень влажности — 0,91 д. ед, показатель текучести — минус 0,68.

Расчетные значения показателей прочностных и деформационных характеристик грунтов при доверительных вероятностях 0,90 и 0,98 рекомендуем следующие:

Этими же грунтами сложены русловые отложения р. Утяганка (скважина № 76), где их вскрытая мощность составляет 0,50 м.

По данным гранулометрического анализа суглинок из русла характеризуется содержаниями фракций 70−90мм-13,1%, 20−40мм-6,7%, 10−20мм-9,4%, 5−10мм- 5,0%, 2−5мм — 15,2%, 1−2,0мм — 12,3%, 0,5−1,0мм — 12,9%, <0.5мм — 25.4%.

По степени морозоопасности суглинок относится к сильнопучинистым, на период изысканий, октябрь 2008 г.

ИГЭ 15. Гнейс PZ малопрочный.

Скальный грунт — гнейс малопрочный характеризуется плотностью:

нормативная — 2,40 г/cм³,

для расчетов по деформации — 2,38 г/cм³,

для расчетов по несущей способности — 2,37 г/cм³.

Предел прочности на одноосное сжатие в водонасыщенном состоянии рекомендуем принять следующий:

нормативный — 8,6 МПа,

для расчетов по деформации — 7,2 МПа,

для расчетов по несущей способности — 6,8МПа.

ИГЭ 16. Гнейс PZ средней прочности.

Скальный грунт — гнейс средней прочности характеризуется плотностью:

нормативная — 2,51 г/cм³,

для расчетов по деформации — 2,49 г/cм³,

для расчетов по несущей способности — 2,49 г/cм³.

Предел прочности на одноосное сжатие в водонасыщенном состоянии рекомендуем принять следующий:

нормативный — 16,5 МПа,

для расчетов по деформации — 14,7 МПа,

для расчетов по несущей способности — 14,2 МПа.

1.5 Описание конструкции моста

Мост железобетонный по схеме 18+3×24+18. Полная длина моста 108,76 м. В продольном профиле мост расположен на прямой с уклоном 6‰ в плане на прямом участке.

Габарит проезжей части Г-8+2×1,0, поперечный уклон проезжей части двускатный -20‰.

Устои запроектированы применительно к типовому проекту серии 3.503.1−105 Воронежского филиала ГипродорНИИ «Опоры крайние, безростверковые из железобетонных столбов Ш-0,8 м а.д. мостов с пролетами 24 и 33м» двухстолбчатые на буронабивных сваях

Ш-1,7 м.

Промежуточные опоры запроектированы применительно к типовому проекту серии 3.503.1−102 Воронежского филиала ГипродорНИИ «Опоры промежуточные безростверковые из ж/б столбов Ш-0,8 м автодорожных мостов с пролетами до 33м» двухстолбчатые на буронабивных сваях Ш-1,7 м.

В поперечном сечении пролетного строения семь балок, расстояние между балками 180 см. Балки устанавливаются на резиновые слоистые опорные части РОЧ 20×40×5,2−0,8

Пролетные строения моста приняты из балок 24 м по типовому проекту серии 3.503.1−81 вып. 7−1 инв. № 1318 «Пролетные строения железобетонные длиной 12, 15,18, 21, 24 и 33 м из балок двутаврового сечения с предварительно напрягаемой арматурой для мостов и путепроводов» .

Над опорами № 1, № 2, № 3, № 4, № 5, № 6 деформационные швы «Тормо Джойнт» согласно «Руководству по применению и монтажу конструкции деформационного шва системы „Тормо Джойнт“ в проезжей части автодорожных мостовых конструкций».

Гидроизоляция устраивается из «Техноэластмоста Б» согласно «Руководству по применению гидроизоляционного материала „Техноэластмост“ для гидроизоляции железобетонной плиты проезжей части мостовых сооружений» СоюздорНИИ 2002 г.

Тротуары пониженного типа устраиваются на консолях. Мостовое полотно асфальтобетонное с металлическим барьерным ограждением h-0,75 м применительно к типовому проекту серии 3.503.1−81.

Конструкция барьерного ограждения принята по ТУ 5216−067−36 910 961−2002 (разработка ЗАО «Южуралавтобан») с шагом стоек 1,0 м. Данное барьерное ограждение отвечает требованиям к ограждающим устройствам на мостах согласно ГОСТ Р 52 289−2004 «Правила применения дорожных знаков, разметки, светофоров, дорожных ограждений и направляющих устройств», ГОСТ Р 52 607−2006 «Ограждения дорожные удерживающие боковые для автомобилей».

Удерживающая способность — 350 кДж.

Водоотводные трубки устанавливаются в швах омоноличивания балок в пределах полос безопасности и выполнены по т.п. 3.503.1−81 вып.3−1.

Сопряжение моста с насыпью осуществляется переходными плитами длиной 6 м по типовому проекту серии 3.503.1−96 «Сопряжение автодорожных мостов и путепроводов с насыпью», вып. 0−1, 1−1; 2−1 с устройством монолитных тротуарных плит длиной 3 м.

Для отсыпки конусов за устоями на длину по низу не менее 2,0 м и по верху не менее высоты устоя от естественной поверхности земли плюс 2 м используется скальный грунт

VЙ группы.

Конуса укрепляются бетонными плитами П-2 100×100×16 см по типовому проекту серии 3.503.1−156.

В основании конусов устанавливаются сборные железобетонные упоры У-1 размером 40×50×150см. Для предотвращения размыва упоров в основании конусов устраивается каменная рисберма из фракции 100−200мм.

Для предотвращения размыва и переувлажнения подходов у начала и конца моста предусмотрено устройство водоотвода применительно к типовым проектным решениям серии 503−09−7.84 «Водоотводные сооружения на автомобильных дорогах общей сети Союза ССР» .

Сборные элементы водоотвода приняты по типовому проекту серии 3.503.1−66 «Изделия сборные водоотводных сооружений на автомобильных дорогах» .

Лестничные сходы предусмотрены у начала моста с низовой стороны, у конца моста с верховой стороны.

2. Расчетно-конструктивная часть

2.1 Исходные данные

· Железобетонный мост через реку Теча запроектирован по схеме 18+24м+24м+24+18м.

· Полная длина моста 108,76 м.

· Принятый габарит моста Г-8+2Ч1. Габарит моста запроектирован в соответствии с требованиями СНиП 2.05.03−84^* Мосты и трубы.

· Ширина проезжей части-6 м

· Ширина полос безопасности-1,0 м

· Ширина тротуаров-1 м

· Поперечное сечение компануется из 6 балок таврового сечения с преднапряженной арматурой, высотой 1,23 м. Пролетное строение длиной 24 и 18 м из железобетонных цельноперевозимых балок, армированных горизонтальными пучками, принятых по типовому проекту 3.503.1−81. Материал балки: бетон класса В35, продольная напрягаемая арматура класса В-1400, ненапрягаемая арматура класса А-540.

Рис. 2.1. Поперечное сечение конструкции пролета моста.

Для отдельных балок принято обозначение Б1, Б2… Б6. Опалубочные размеры балок пролетного строения применительно к типовому проекту серии 3.503.1−81.

Объединение балок пролетного строения производится замоноличиванием продольных швов петлевого стыка шириной 30 см, который соединяет полки примыкающих балок вдоль всего пролета. Для этого промежуточные балки имеют выпуски арматуры с двух сторон на боковых поверхностях свесов верхней полки. Крайние балки имеют выпуски арматуры с одной стороны для их связи с промежуточными балками.

На крайних балках пролетного строения располагаются барьерные и перильные ограждения.

Одежда ездового полотна моста имеет следующую конструкцию: по верхней поверхности балок пролетного строения устраивается выравнивающий слой толщиной 3 см из бетона класса В 25 армированный сеткой из проволоки диаметром 2,5 мм, сверху — двухслойное асфальтобетонное покрытие толщиной 7 см.

2.2 Сбор нагрузок

Нагрузки на полетное строение моста приняты в соответствии с п. 2.12 [1], а так же учтены новые требования по ГОСТ 52 748–2007 Нормативные нагрузки, расчетные схемы нагружения и габариты приближения.

Мост рассчитывается на несколько видов загружений, каждое из которых состоит из сочетания постоянных нагрузок или сочетания постоянных и временных нагрузок.

Нагрузки делятся на постоянные и временные.

1) Постоянные нагрузки — собственный вес балок пролетного строения и стыков между ними, собственный вес тротуарных блоков и перил, собственный вес одежды ездового полотна и тротуаров.

2) Временные нагрузки — воздействие от подвижного состава, пешеходов, ветровые нагрузки.

Сооружения, устраиваемые при пересечении автомобильными дорогами естественных или искусственных препятствий должны рассчитываться на следующие временные нагрузки:

АК — нормативная нагрузка от автомобилей.

НК — нормативная нагрузка от нестандартных транспортных средств, пропускаемых в специальном режиме.

Класс нагрузки А14 в соответствии с пунктом 4.1.

Р=14 тс; V=1,4 тс Рис. 2.2. Схема нагрузки А14

Класс нагрузки НК100,8 в соответствии с пунктом 4.1.

Р=25 тс Рис. 2.3. Схема нагрузки НК-100,8.

Коэффициенты надежности по нагрузки в соответствии с табл. 14[1].

a. Нагрузка А14

b. г^тел=1,5; г_f=1,2

c. Нагрузка НК-100,8.

d. г^тел=1,0

Коэффициенты динамичности, применяемый к нагрузки от подвижного состава в соответствии с пунктом 2.22.

Для нагрузки А14

где л — длина загружения.

1,16

Для нагрузки НК-100,8

1+ м=1,10 при л?5,0 м;

Для НК100 движущейся колонной применяется понижающий коэффициент г_кол=0,75

Нормативная временная нагрузка для пешеходных тротуаров (от толпы) согласно п. 2.12 вычисляется по формуле:

p=400−2 л ?200 кгс/м²

л — расстояние между осями опорных частей балки.

p=400−2Ч23,4=353,2 кгс/ м²

Расчет промежуточной опоры:

Принимаем опору в виде рамы защемленной на уровне верха основания (линии местного размыва). Расчетная схема рамы разбита на конечные стержневые элементы.

2.2.1 Расчет собственного веса покрытия проезжей части и тротуаров

Покрытие моста состоит из:

· Выравнивающего слоя бетона В25

· Гидроизоляции

· Защитного слоя бетона

· Асфальтобетонного покрытия

S_{п. м}=13,5мЧ23,4м=315,9 м² (площадь всей поверхности моста)

1) Выравнивающий слой бетона:

h_b=0,03 м; с=2,5 т/м³

q= с h_b S_{п. м}=2,5Ч0,03Ч315,9=22,27 т

2) Гидроизоляция:

h_b=0,04 м; с=1,5 т/м³

q= с h_b S_{п. м}=1,5Ч0,04Ч315,9=18,95 т

3) Защитный слой бетона:

h_b=0,04 м; с=2,35 т/м³

q= с h_b S_{п. м}=2,35Ч0,04Ч315,9=29,69 т

4) Асфальтобетонное покрытие:

h_b=0,07 м;с=2,3 т/м³

q= с h_b S_{п. м}=2,3Ч0,07Ч315,9=50,86 т

5) Металлическое ограждение:

q= 0,042Ч23,4=0,91 т с двух сторон =1,96 т Таблица 2. Нормативные и расчетные постоянные нагрузки от веса покрытия пролета моста.

2.2.2 Временные (нормативные и расчетные) нагрузки

Нагрузка А14 по п. 4.1 [2]

Нагрузка на ось -14 тс (Р) Равномерно-распределенная нагрузка от колеи-0,1Ч14=1,4 тс (V)

Таблица 3.

Нагрузка от толпы (А14):

p=400−2Ч23,4=0,3532 тс/ м²

q^н=0,3532 тс/ м² г_f=1,2 q^р=0,3532Ч1,2=0,42 384 тс/ м²

Нагрузка НК-100,8 по п. 4.1 [2]

Нагрузка на ось-25,2 тс (Р) Таблица 4.

2.2.3 Расчетная постоянная нагрузка на элементы опоры

Вычисление нагрузок ведется с учетом требований норм проектирования.

1. Равномерно распределенная нагрузка от веса опоры:

q_оп=у_fЧрЧR²Чн=1,1Ч3,14Ч0,75²Ч2,5=4,86 тс/м.

R — радиус опоры;

у_f — коэффициент надежности по нагрузке;

н — объемный вес железобетона.

2. Равномерно распределенная нагрузка от веса ригеля:

q_р=bЧhЧ у_f Чн=1,25Ч0,7Ч1,1Ч2,5=2,4 тс/м.

b, h — сечение ригеля.

3. Собственный вес крайних балок полетного строения:

F_к=(F_бк+ F_мк)у_f =(39,4+1,48)Ч1,1=44,97 тс.

F_мк — вес монолитного участка крайней балки;

F_бк — вес крайней балки без монолитного участка.

4. Собственный вес промежуточных балок:

F_п=(F_бп+ F_мп)у_f =(37,23+2,96)Ч1,1=44,21 тс.

F_мп — вес монолитного участка промежуточной балки.

5. Нагрузка от тротуара и металлических перил:

F_тр=q_трЧLЧ у_f =0,57Ч24Ч1,1=15,1 тс.

L — длина пролета (балки).

F_п=q_пЧLЧ у_f =0,042Ч24Ч1,1=1,1 тс.

q_тр, q_п — вес одного погонного метра тротуара и перил.

6. Нагрузка от основания:

Р_осн=р_оЧLЧ у_f =0,28Ч24Ч1,3=8,74 тс.

7. Нагрузка от асфальтобетонного покрытия:

Р_асф=р_аЧLЧ у_f =0,25Ч24Ч1,5=9 тс.

Суммарная нагрузка передающаяся от крайних балок на ригель:

F=F_п+Р_осн+Р_асф=44,97+8,74+9=62,71 тс.

Для промежуточных балок:

F=F_п+Р_осн+Р_асф=44,21+8,74+9=61,95 тс.

2.2.4 Расчетная ветровая нагрузка

Согласно СНиП 2.05.03−84* «Мосты и трубы» нормативную интенсивность горизонтальной поперечной ветровой нагрузки следует принимать не менее 180 кгс/м² (w=0,18 тс/м²).

Ветровую нагрузку прикладываем к опоре моста в виде сосредоточенной силы W собранной с грузовой площади:

W=wЧLЧ у_f =0,18Ч24Ч1,5=6,48 тс.

2.2.5 Расчётная ледовая нагрузка

Нагрузку от движущихся ледяных полей на опоры мостов с вертикальной передней гранью необходимо принимать по наименьшему значению из определяемых по формулам [4]:

При прорезании опорой льда:

F₁=y₁ЧR_znЧbЧt

При остановке ледяного поля опорой:

F₂=0,4VЧ

y₁, y₂ — коэффициент формы опоры;

R_zn — сопротивление льда раздроблению;

b — ширина опоры на уровне действия льда;

t — толщина льда;

V — скорость движения ледяного поля;

А — площадь ледяного поля.

Сопротивление льда раздроблению определяется по формуле:

R_zn=К_nЧR_z1

К_n — климатический коэффициент для данного района.

В начальной стадии ледохода:

R_zn=К_nЧR_z1=1,25Ч75=93,75 тс/м².

При наивысшем уровне ледохода:

R_zn=К_nЧR_z1=1,25Ч45=56,25 тс/м².

При прорезании опорой льда:

При первой подвижке:

F¹₁=0,9Ч93,75Ч1,5Ч1,0=126,56 тс.

При наивысшем уровне ледохода:

F²₁=0,9Ч56,25Ч1,5Ч1,0=75,94 тс.

При остановке ледяного поля опорой:

При первой подвижке:

F¹₁=0,4Ч0,4Ч1,0=75,22 тс.

При наивысшем уровне ледохода:

F¹₁=0,4Ч0,4Ч1,0=58,26 тс.

2.2.6 Расчётная поперечная нагрузка

Нормативную горизонтальную поперечную нагрузку от ударов колес автотранспорта принимается в виде сосредоточенной силы, приложенной в уровне верха проезжей части.

Р=0,6ЧК=0,6Ч14=8,4 тс.

Расчетная нагрузка равна:

Р=РЧу_f=8,4Ч1,2=10,1 тс.

2.2.7 Расчётная нагрузка от торможения

Нормативная продольная сила торможения от автотранспорта принимается 2,5К.

Расчетная сила от торможения автотранспорта:

Т=2,5ЧКЧу_f=2,5Ч14Ч1,2=42 тс.

14 тс.

Нагрузка прикладывается на уровне верха опоры.

2.2.8 Расчётная нагрузка на тротуары от «толпы «

Нагрузку с тротуаров на промежуточную опору определяем согласно п. 2.21 норм.

Расчетная нагрузка равна:

R_тр=qⁿЧbЧLЧу_f=0,4Ч1Ч24Ч1,2=11,52 тс.

qⁿ — нормативная временная нагрузка на тротуар;

b — ширина тротуара;

у_f — коэффициент надежности нагрузки.

2.3 Составление расчётной модели и рассчёт в Lira

Составим расчетную схему пролетного строения моста с использованием программного комплекса «ЛИРА».

Программный комплекс «ЛИРА 9.2» реализует на ПК метод конечных элементов (КЭ). В нем строительная конструкция представляется в виде совокупности плоских, стержневых или объемных конечных элементов. На эту совокупность накладывается ряд ограничений, имитирующих условия закрепления, соединения отдельных частей конструкций, материал конструкции, вид арматуры и т. д. Задаются нагрузки и сочетания нагрузок, действующие на конструкцию. После решения задачи методом перемещений в части определения усилий и напряжений в сооружениях или в конструкциях, данные по армированию сечений выдаются в графической форме.

В основу расчета положен метод конечных элементов в перемещениях. В качестве основных неизвестных приняты следующие перемещения узлов. Х линейное по оси ХY линейное по оси YZ линейное по оси ZUX угловое вокруг оси XUY угловое вокруг оси YUZ угловое вокруг оси Z.

В ПК «ЛИРА 9.2» реализованы положения следующих разделов СНиП (с учетом изменений на 1.01.97): СНиП 2.01.07−85^* ‹‹Нагрузки и воздействия›› СНиП 2.03.01−84^* ‹‹Бетонные и железобетонные конструкции››.

По оси Х полотно моста разделяется на 8 частей, каждая из которых равна 2,925 метра.

По оси Y полотно моста разделяется на 9 частей. Расстояние между осями балок и тротуаров до оси балки берем из схемы с нашими габаритами (Г-10).

После создания расчетной схемы, накладываются связи на узлы, находящиеся на опорных частях. Наложенные связи не дают перемещаться конструкции в какой либо из трех плоскостей (Х, Y, Z). Получаем геометрически неизменяемую систему.