Проектирование фундамента промежуточной опоры моста

Курсовая работа

Проектирование фундамента промежуточной опоры моста

свайной фундамент инженерный

1. Оценка инженерно-геологических условий. Определение расчетных прочностных параметров грунтов

Песок пылеватый

Угол внутреннего трения по первой группе предельных состояний:

Угол внутреннего трения по второй группе предельных состояний:

Модуль упругости:

Суглинок бурый

Внутреннее сцепление и угол внутреннего трения по первой группе предельных состояний:

Внутреннее сцепление и угол внутреннего трения по второй группе предельных состояний:

Модуль упругости:

Песок мелкий

Угол внутреннего трения по первой группе предельных состояний:

Угол внутреннего трения по второй группе предельных состояний:

Модуль упругости:

2. Определение дополнительных физических характеристик грунта

Песок пылеватый

Удельный вес сухого грунта:

Коэффициент пористости:

Вывод: Песок плотный

Пористость:

Удельный вес грунта во взвешенном состоянии:

Влажность при полном водонасыщении:

Степень влажности:

Степень сжимаемости:

следовательно, грунт среднесжимаем

Оценка прочности грунта :

Суглинок бурый

Удельный вес сухого грунта:

Коэффициент пористости:

Пористость:

Удельный вес грунта во взвешенном состоянии:

Число пластичности:

Показатель текучести:

Показатель текучести: 0,25 < < 0,5 => суглинок тугопластичный

Влажность при полном водонасыщении:

Степень влажности:

Степень сжимаемости:

следовательно, грунт слабосжимаем

Оценка прочности грунта :

Песок мелкий

Удельный вес сухого грунта:

Коэффициент пористости:

Плотность сложения: песок плотный

Пористость:

Удельный вес грунта во взвешенном состоянии:

Влажность при полном водонасыщении:

Степень влажности:

Степень сжимаемости:

следовательно, грунт слабосжимаем

Оценка прочности грунта :

Вывод:

1) Песок пылеватый, насыщенный водой, грунт среднесжимаем — пригоден в качестве естественного основания;

2) Песок мелкий, насыщенный водой, грунт плотный — пригоден в качестве естественного основания;

3) Суглинок бурый, насыщенный водой, грунт тугопластичный — пригоден в качестве естественного основания;

3. Определение размеров фундамента, исходя из конструкционных требований

Определение размеров подошвы фундамента из условий прочности грунта

Расчетное сопротивление грунта несущего слоя:

Требуемая площадь подошвы фундамента:

, где ,

— средний расчетный вес материала фундамента и грунта на уступах

где

Примем далее — кратно 0.3 м

Конструирование уступов фундамента

Конструирование фундамента

Находим объем фундамента :

где г_f — коэффициент надежности

Объем грунта на уступах фундамента:

Вес грунта:

Проверка давления на грунт под подошвой фундамента

Вдоль моста основное сочетание:

Вдоль моста дополнительное сочетание:

Поперек моста основное сочетание:

R при b=9,6 м:

Проверка прочности грунта

Определяем среднее давление по подошве фундамента:

< 2% следовательно проверка прочности выполняется.

max давление на грунт по подошве вдоль пролета от основного сочетания:

max давление на грунт по подошве вдоль пролета от дополнительного сочетания:

max давление на грунт по подошве поперек пролета от основного сочетания:

Недогруз:

Условия прочности грунта под подошвой фундамента выполнены.

Проверка положения равнодействующей нагрузок

Находим эксцентриситет силы N_I

От основного сочетания нагрузок вдоль моста:

От основного сочетания нагрузок поперек моста:

Определим радиусы:

Предельно допустимый эксцентриситет согласно таблице 107 СНиП 2.05.03 — 84 при действии постоянных и временных нагрузок

Условие выполняется, подошва не имеет отрыва от основания (грунт под подошвой сжат).

Проверка устойчивости фундамента против плоского сдвига по подошве

Максимальная сдвигающая сила:

Удерживающая сила:

— коэффициент трения

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

4. Расчет осадки основания фундамента

Находим вес фундамента и грунта на обрезах с коэффициентом надежности :

так как b>4 м

Находим природное напряжение на границе слоев:

Находим дополнительные давления под подошвой фундамента:

Определяем средние значения дополнительного вертикального нормального напряжения:

Далее результаты приведены в табличной форме:

Определяем глубину сжимаемой толщи H_c как точку пересечения эпюр природных и дополнительных давлений соответственно.

Глубина сжимаемой толщи

Определяем осадку:

где L — длина наименьшего пролета, примыкающего к опоре;

Так как, то фундамент не удовлетворяет условию осадки.

Вывод: Так как фундамент мелкого заложения не удовлетворяет условию осадки, следовательно приступаем к расчету свайного фундамента.

5. Проектирование свайного фундамента

Определение положения и габаритов ростверка, длины свай

Длина сваи равна:

Примем сваю длиной 22 м. Принимаем напряженные мостовые трещиностойкие сваи СМ15 — 40Т6−3 — класс (марка) бетона В30 (350).Сваи погружаем забивкой.

Определение несущей способности и силы сопротивления сваи по грунту.

Сваи — висячие, так как опираются на песок с

Несущую способность сваи по грунту определяем по формуле 7.8 (СП-50−102−2003).

— коэффициент условия работы сваи в грунте

— коэффициент условий работы сваи в грунте под нижним концом и по боковой поверхности (табл. 7.3 СП-50−102−2003)

— расчетное сопротивление грунта под острием сваи (табл. 7.1 СП-50−102−2003)

— площадь поперечного сечения сваи

— наружный периметр поперечного сечения сваи

— расчетное сопротивление i-ого слоя грунта по боковой поверхности сваи (табл. 7.2 СП-50−102−2003)

— толщина i-ого слоя грунта.

Для определения несущей способности толщу грунтов, прорезаемых сваей, разбивают на слои толщиной. При этом граница слоев должна обязательно соответствовать границе напластований. Глубина нижнего конца сваи, а также средняя глубина расположения слоя грунта принимаются от уровня общего размыва.

Находим силу расчетного сопротивления сваи по грунту:

— вес сваи

— коэффициент надежности для теоретического метода

Определение числа свай и конструирование ростверка

Минимальные размеры ростверка в плане исходя из размеров опоры:

Вес ростверка и бетонной подушки:

Примерное число свай:

— коэффициент, учитывающий действие момента

Примем число поперечных рядов свай. Расстояние между крайними сваями при расстоянии между рядами свай в этом направлении:

Расстояние между крайними сваями:

Примем общее число свай, тогда число рядов свай в продольном направлении:

Расстояние между крайними сваями:

Проверка усилий, передаваемых на сваи

Вычислим моменты относительно осей, проходящих через центр подошвы ростверка:

Вычислим суммарную вертикальную нагрузку на уровне подошвы ростверка:

Расчетные усилия, передаваемые на сваю от нагрузок продольного направления:

то же от нагрузок поперечного направления:

Вычислим недогруз:

Расчет горизонтальных перемещений и углов поворота сечения сваи от единичных нагрузок

Находим глубину от поверхности грунта, в пределах которой учитывается разнородность грунтов при вычислении коэффициента пропорциональности грунта по формуле Д. 4 (СП-102−2003).

В пределах l_k находится только песок пылеватый. По таблице Д. 1 (СП-102−2003)

Найдем ширину свай:

Момент инерции поперечного сечения сваи:

Принимаем бетон B30, подвергнутый тепловой обработке:

Коэффициент деформации сваи находим по формуле Д. 8 (СП-50−102−2003):

Определяем приведенную глубину погружения сваи в грунт при действительной глубине погружения от УМР

следовательно, принимаем

Определяем безразмерный коэффициент перемещения сваи (Д.2) при и опирании сваи на дисперсный грунт

Находим перемещение сваи на уровне поверхности грунта от горизонтальной силы и .

Определим перемещения от единичной силы и момента, приложенных на уровне верхнего конца сваи:

Расчет характеристик продольной и поперечной жесткости свай

Определим длину сжатия висячей сваи с диаметром ствола по формуле:

Определяем реактивные усилия в голове сваи, заделанной в ростверк при заданном перемещении и угле поворота:

При вертикальном перемещении :

При горизонтальном смещении головы сваи :

реактивный момент:

При угле поворота :

6. Расчёт горизонтальных перемещений и углов поворота свайного ростверка

Расчёт плоскости XOZ

Находим усилия, действующие на плоскости при числе расчётных плоскостей

Зададим ростверку вертикальное перемещение и найдем реакции в связях:

:

:

Система канонических уравнений метода перемещений принимает вид:

Решением этой системы находятся перемещения ростверка

Определяем перемещение ростверка:

Продольные усилия в крайних сваях:

Продольные усилия в свае разгруженной моментом:

Момент в свае на уровне заделки в ростверк:

Поперечная сила в свае:

Проверка:

Перемещение верха опоры:

Расчёт плоскости YOZ

Находим усилие, действующее на плоскости при числе расчётных плоскостей

Зададим ростверку вертикальное перемещение и найдем реакции в связях:

:

:

Система канонических уравнений метода перемещений принимает вид:

Решением этой системы находятся перемещения ростверка

Определяем перемещение ростверка:

Продольные усилия в крайних сваях:

Продольные усилия в свае разгруженной моментом:

Момент в свае на уровне заделки в ростверк:

Поперечная сила в свае:

Проверка:

Перемещение верха опоры:

Расчет осадки фундамента

При расчёте осадок свайный фундамент принимают условно как массивный с подошвой, расположенной на уровне концов свай. Приближенно считают, что под подошвой такого условного фундамента нормальные напряжения распределяются равномерно.

Размеры подошвы условного фундамента вычисляем по выражениям (7.149):

— расстояния между осями крайних несущих элементов вдоль и поперёк оси моста

— диаметр сваи

— высота от УОР до конца сваи

— средний угол внутреннего трения слоёв грунта, пройденного сваей в пределах глубины (вычисляется по формуле (2.11) Костерина):

— угол внутреннего трения

— толщина слоя грунта

Напряжения, влияющие на осадку, определяются по формуле (7.152):

— нагрузка, действующая на ростверк

— площадь подошвы условного фундамента

— вес ростверка

— вес одной сваи

— количество свай

Разбиваем основание под подошвой фундамента на отдельные слои толщиной:

Находим вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента:

Определяем природное напряжение на границах слоёв:

Находим дополнительные давления под подошвой фундамента:

находим по табл. 1 прил. 2 СНиП 2.02.01−83, в зависимости от параметров:

Строим эпюру дополнительных давлений

— глубина сжимаемой толщи

Определяем среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i-том слое грунта:

Определяем осадку:

где L — длина наименьшего пролета, примыкающего к опоре;

Так как, то фундамент удовлетворяет условию осадки.

Вывод: все вышеуказанные условия выполнены, следовательно, свайный фундамент подобран.