Проектирование и расчет подпорных сооружений из свайных кустов

Содержание Введение

1. Задание на проектирование

2. Расчет устойчивости склона

2.1 Основные принципы и методика расчета устойчивости склона

2.2 Расчет коэффициента устойчивости склона

3. Расчет буронабивных свай удерживающих склон

3.1 Определение длины заделки свай за линию скольжения

3.2 Расчет несущей способности буронабивных свай

3.3 Расчет устойчивости грунтового основания, окружающего сваю Список литературы Введение При строительстве зданий и сооружений расположенных вблизи склонов и откосов необходимо удерживать в устойчивом состоянии большие массивы грунтов. Нарушение устойчивости в этом случае может привести к перемещениям грунтовых масс по поверхности скольжения, находящихся на значительной глубине, т. е. по линии глубокого сдвига. Одним из наиболее эффективных методов обеспечения устойчивости в этом случае является возведение на склонах и откосах противооползневых сооружений из групп свай, объединенных монолитным ростверком.

Схема работы куста свай в таком сооружении существенно отличается от традиционной схемы при действии нагрузок от колонны на верх… обрезе ростверка. В этом случае горизонтальная нагрузка от грунта действует на стволы свай, а вертикальная нагрузка отсутствует.

Целью настоящих методических указаний является оказание методологической помощи магистрам при выполнении курсовой работы. В данной курсовой работе при заданных конструкциях здания, грунтовых условиях площадки и характеристиках склона или откоса запроектировать противооползневые сооружения из свайных кустов и монолитного ростверка.

Работа состоит из расчетной и графической части.

В расчетной части проводится расчет устойчивости склона и расчет элементов противооползневого сооружения по первой и второй группе предельных состояний.

Графическая часть содержит расчетные схемы склона и противооползневого сооружения и конструкции элементов противооползневого сооружения.

1. Задание на проектирование Высота грунтового откоса: 19 м;

Заложение грунтового откоса: 1.1

Плотность грунта откоса и его основания: 1.96

Угол внутреннего трения грунта откоса и его основания: 20

Удельное сцепление грунта откоса и его основания: 0.019

Размеры здания в плане: 12×36

Погонная нагрузка: 350

2. Расчет устойчивости склона

2.1 Основные принципы и методика расчета устойчивости склона Расчет производится по методу круглоцилиндрических поверхностей скольжения (Метод Шведского геотехнического общества). При расчете рассматривается плоская задача. За расчетную модель грунтового массива, ограниченного откосом, принято бесконечно длинное призматическое тело с горизонтальными образующими, подверженное действию сил, перпендикулярных к образующим и равномерно распределенных в их направлении. При такой расчетной модели компоненты напряжений в прямоугольной системе координат xyz не зависят от координаты z, и касательные напряжения в плоскости, нормальной к оси z равны нулю. Это позволяет рассматривать участки отсеков единичной протяженности (z_i=1) и вести расчет плоского сечения (в плоскости оxy). Расчеты выполняются исходя из совместного решения уравнений статики и предельного состояния на сдвиг грунта, обладающего внутренним трением и сцеплением (метод предельного равновесия).

Для расчета выбираются наиболее характерные створы (разрезы по откосу), с точки зрения наименьшей устойчивости. Производится графоаналитическим методом поиск наиболее опасной круглоцилиндрической поверхности скольжения.

Дополнительное давление пригруза (давление от фундамента) на грунтовый массив откоса рассчитано на основании схемы нагрузок, выданных в задании.

2.2 Расчет коэффициента устойчивости склона Расчет производится из условия, что потеря устойчивости склона (грунтового откоса) может произойти в результате вращения отсека грунтового массива относительно некоторого центра вращения «О». Смещающийся массив рассматривается как недеформируемый отсек, все точки которого, участвуют в общем движении грунтового массива. Задача заключается в расчете минимального коэффициента устойчивости грунтового откоса по выражению

(3.1)

где М_sr и M_sa — моменты относительно центра вращения «О» всех сил, соответственно удерживающих и смещающих отсек.

Для определения М_sr и M_sa отсек грунтового массива разбивается вертикальными линиями на отдельные элементы. Характер разбивки назначается с учетом контуров пригруза, с учетом неоднородности грунта отсека и профиля склона, так, чтобы в пределах отрезка дуги скольжения в основании каждого i-го элемента, прочностные характеристики грунта и с были постоянными. Вычисляются силы, действующие на каждый элемент: вес грунта в объеме элемента и равнодействующая нагрузки на его поверхности. Равнодействующая сил считалась приложенной к основанию элемента и раскладывающейся на нормальную N_i и касательную T_i составляющие к дуге скольжения в точках их приложения.

(3.2)

(3.3)

Момент сил, вращающий отсек вокруг центра скольжения, определяется по формуле (3.4)

(3.4)

где R — радиус окружности круглоцилиндрической поверхности скольжения, м.;

n — число элементов в отсеке.

Принимается, что удерживающие силы в пределах основания каждого из элементов, обусловливаются сопротивлением сдвигу за счет внутреннего трения и сцепления грунта откоса. С учетом предельного равновесия (согласно закона Кулона). Вычисление удерживающих сил выполняется по формуле (5):

(3.5)

где l_i -длина дуги основания i-го блока, определенная по формуле l_i=b_i/cos (b_i — ширина блока).

Тогда Задаваясь окружностями скольжения, в соответствии с методом предложенным профессором Феллениусом, строятся поверхности скольжения радиусами R_i.

По результатам расчетов устанавливаются наиболее опасные поверхности скольжения с минимальным коэффициентом устойчивости для различных створов.

Для поверхностей скольжения, с коэффициентами устойчивости К_sr< 1.0 разрабатывается противооползневая конструкция из буронабивных свай, объединенных между собой монолитным железобетонным ростверком. (рис.1). Горизонтальная сдвигающая сила принимается равной

T_сд = T_i-T_i^I (3.6)

Задаем предварительную точку O на расстоянии от точки B под углом внутреннего трения равном (0.25 + 0.4m)H, строим линию скольжения с центром в этой точке и определяем коэффициент K_sr.

P₁ = G₁= V₁ ?с = 37.926 т; P₂ = G₂= V₂ ?с = 106.065 т; P₃ = G₃= V₃ ?с = 157.815 т; P₄ = G₄= V₄ ?с = 155.13 т; G₅= V₅ ?с = 64.509 т; b₅ • q₅ = 35 т/м2 • 5.7 м • 1 м = 199.72 т. P₅ = G₅ + b₅•q₅ = 264.23 т.

б₁ = 3^o; б₂ = 7^o; б₃ = 22^o; б₄ = 40^o; б₅ = 55^o.

;

;

;

;

Следующую точку О₁ выбираем на расстоянии 0.3H от точки O, и также вычисляем коэффициентK_sr.

P₁ = G₁= V₁ ?с = 22.689 т; P₂ = G₂= V₂ ?с = 63.314 т; P₃ = G₃= V₃ ?с = 93.475 т; P₄ = G₄= V₄ ?с = 104.474 т; G₅= V₅ ?с = 45.42 т; b₅ • q₅ = 35 т/м2 • 4.84 м • 1 м = 169.4 т. P₅ = G₅ + b₅•q₅ = 214.82 т.

б₁ = 8^o; б₂ = 16^o; б₃ = 29^o; б₄ = 44^o; б₅ = 57^o.

;

;

;

;

Следующую точку О₂ выбираем на расстоянии 0.3H от точки O₁, и также вычисляем коэффициентK_sr.

P₁ = G₁ = V₁ ?с = 13.862 т; P₂ = G₂ = V₂ ?с = 38.397 т; P₃ = G₃ = V₃ ?с = 55.667 т; P₄ = G₄= V₄ ?с = 62.56 т; P₅ = G₅ = V₅ ?с = 33.815 т.

б₁ = 18^o; б₂ = 24^o; б₃ = 35^o; б₄ = 47^o; б₅ = 59^o.

;

;

;

;

Следующую точку О₃ выбираем на расстоянии 0.3H от точки O в сторону увеличения радиуса линии скольжения, и также вычисляем коэффициентK_sr.

P₁ = G₁ = V₁ ?с = 63.892 т; P₂ = G₂ = V₂ ?с = 177.958 т; P₃ = G₃ = V₃ ?с = 253.896 т; G₄ = V₄ ?с = 222.83 т; b₄• q₄ = 35 т/м2 • 6.81 м • 1 м = 238.35 т. P₄ = G₄ + b₄•q₄ = 461.18 т; G₅= V₅ ?с = 95.433 т; b₅ • q₅ = 35 т/м2 • 6.81 м • 1 м = 238.35 т. P₅ = G₅ + b₅•q₅ = 333.783 т.

б₁ = 14^o; б₂ = 3^o; б₃ = 16^o; б₄ = 36^o; б₅ = 54^o.

;

;

;

;

Рис. 1 Схема к расчету устойчивости грунтового откоса по методу круглоцилиндрических поверхностей скольжения Минимальное значение коэффициента K_sr в точке О₁. Горизонтальная сдвигающая сила для этой точки равна:

3. Расчет буронабивных свай, удерживающих склон

3.1 Определение длины заделки свай за линию скольжения Для обеспечения устойчивости буронабивной сваи в грунтовом массиве от действий горизонтальных сдвигающих сил (3.6), производится расчет требуемой длины анкеровки буронабивной железобетонной сваи в грунтовой массив, ниже линии круглоцилиндрической поверхности скольжения. Расчет длины заделки буронабивной сваи ниже поверхности скольжения производится по формуле:

(4.1)

где E_в= 3310 т/м²— модуль упругости бетона марки B30 буронабивной сваи: d = 0.8 м — диаметр буронабивной сваи;

;

приведенный момент инерции сечения буронабивной сваи.

К_s= 200 т/м⁴ — коэффициент постели грунта.

.

Из условия анкеровки сваи в грунт принимаем L_x = 8 м.

3.2 Расчет несущей способности буронабивных свай Рассматривается одностадийная работа свай в грунте. Несущая способность свай на совместное действие вертикальной и горизонтальной силы оценивается исходя из условия:

(4.2)

где H_k— расчетное сопротивление куста свай при жесткой заделке свай в ростверк.

(4.3)

склон скольжение свая противооползневый где n — число свай на 1 п.м. длины противооползневого сооружения.

К_BB— безразмерный коэффициент взаимодействия свай, принимается по табл. 7.24 [5], _к— коэффициент надежности основания;

Н — несущая способность свай в грунте при действии горизонтальной нагрузки, в зависимости от несущей способности по нормальному сечению.

Несущая способность свай в грунте определяется в соответствие с [5]

(4.4)

где С_u— расчетное среднее значение недренированного сопротивления грунта сдвигу, определяемое в соответствие с п. 7.4.21 для участка от поверхности земли до глубины 10d;

dдиаметр ствола сваи, м;

в_c— безразмерный коэффициент прочности ствола сваи, принимаемый по табл. 7.22 в зависимости от безразмерного показателя m_c и вида заделки головы сваи в ростверк

(4.5)

где M_p— предельный изгибающий момент по нормальному сечению ствола сваи.

(4.6)

где

— предельное значение относительной высоты сжатой зоны сечения,

R_b= 1730 т/м² = 17 МПа — расчетное сопротивление бетона на сжатие

;

R_sc= 27 500 т/м² = 270 МПарасчетное сопротивление продольной арматуры свай на сжатие (А-II);

b = 0.8 м — ширина сечения ствола сваи;

h₀= 0.76 мрабочая высота сечения сваи;

= 1608 мм² — суммарная площадь сжатых продольных стержней ствола сваи (8O16).

Несущая способность свай в грунте:

Рис. 2 Схема к расчету буронабивных свай противооползневого сооружения.

1-буронабивные сваи, 2-железобетонный ростверк, 3-линия склона, 4-линия скольжения, 5-здание на склоне

3.3 Расчет устойчивости грунтового основания, окружающего сваю Расчет устойчивости основания, окружающего сваю, должен производится по условию ограничения расчетного давления у_z, оказываемого на грунт боковыми поверхностями свай[5]:

(4.7)

где у_z — расчетное давление на грунт, кПа, боковой поверхности сваи, определяемое по [5];

з₁ — коэффициент, равный единице;

з₂ — коэффициент, учитывающий долю постоянной нагрузки в суммарной нагрузке, определяемый по формуле (Д.18) СП 50−102−2003;

расчетный удельный вес грунта ненарушенной структуры, кН/м³, определяемый в водонасыщенных грунтах с учетом взвешивания в воде;

г_s1 =с?g = 1.96•10 = 19.6 кН/м³

ц₁ и c₁ — расчетные значения соответственно угла внутреннего трения грунта, град., и удельного сцепления грунта, кПа;

окоэффициент, принимаемый равным — 0,3;

(4.8)

где M_c — момент от внешних постоянных расчетных нагрузок в сечении фундамента на уровне нижних концов свай, кН· м;

M_t — то же, от внешних временных расчетных нагрузок, кН· м; M_t = 0.

— коэффициент, принимаемый равным 2.5;

Расчетный момент заделкиM_f, кН· м, учитываемый при расчете свай, имеющих жесткую заделку в ростверк, обеспечивающий невозможность поворота головы сваи, следует определять по формуле (Д.23) [5]

(4.9)

При этом знак «минус» означает, что при горизонтальной силеH, направленной слева направо, на голову сваи со стороны заделки передается момент, направленный против часовой стрелки.

l₀ — длина участка сваи, м, равная расстоянию от подошвы ростверка до поверхности грунта под ростверком;

Перемещения е_HH, е_MH = е_HM и е_MM вычисляют по формулам [5]:

(4.10)

(4.11)

(4.12)

A₀, B₀, C₀ — безразмерные коэффициенты, принимаемые по таблице Д.2

(4.13)

(4.14)

k = 200 т/м² — коэффициент пропорциональности, принимаемый в зависимости от вида грунта, окружающего сваю, по таблице Д1; b_c— условная ширина сваи, м, принимаемая равной: для свай оболочек, а также свай столбов, набивных и буровых свай с диаметром столбов от 0.8 и более b_c= d+1 м, а для остальных видов и размеров сечений свай

b_c=1.5d+0.5 м;

b_c = 0.8 + 1 = 1.8 м.

d — диаметр круглого или сторона квадратного сечения сваи, м.

Горизонтальное перемещениеU₀, м, и угол повороташ₀, рад, следует определять по формулам (Д.12), (Д.13) СП 50−102−2003:

(4.15)

(4.16)

где H₀ и M₀ — расчетные значения соответственно поперечной силы, кН, и изгибающего момента, кН· м.

A₀ = 2.441; B₀ = 1.621;C₀ = 1.751.

— приведенная глубина, определяемая по формуле (Д.7):

A₁ = -5,853; B₁ = -5,941;C₁ = -0,927; D₁ = 4,548

Условие ограничения расчетного давления у_z выполняется, и основание окружающее сваю является устойчивым.

1.Бартоломей А. А. Механика грунтов: Учебное издание/ АСВ, Москва, 2003;304 стр.

2.Веселов В. А. Проектирование оснований и фундаментов, М.: Стройиздат, 1978. 215с. и (3-е изд., перераб. и доп.) М.: Стройиздат, 1990.-304 с.

3.Грунты, классификация. ГОСТ 25 100–95. М.: Госстрой России, ГУП ЦПП, 1997.-37с.

4.Далматов Б. И. Механика грунтов, основания и фундаменты. Л.: Стройиздат, 1988.-415с.

5.СП 50−102−2003

6.Ухов С. Б., Семенов В. В., Знаменский В. В., Тер-Мартиросян З.Г., Чернышов С. Н. Механика грунтов, основания и фундаменты. М., 1994с.

7.Котов М. Ф. Механика грунтов в примерах. — М.: Высшая школа, 1968.-271с.

8.Малышев М. В., Болдырев Г. Г. Механика грунтов. Основания и фундаменты (в вопросах и ответах): Учебное пособие.-Издательство АСВ,-М.:2000.-320с.

9.Маслов Н. Н., Котов М. Ф., Зинюхина Н. В. Задачник по механике грунтов с подробными решениями. Учебное пособие для студ. автомоб.-дорожн. и строит. вузов.-М.: Высш. шк., 1963.-312с.

10.Маслов Н. Н. Механика грунтов в практике строительства. М.:Стройиздат, 1977.-320с.

11.Основания, фундаменты и подземные сооружения/М.И. Горбунов-Посадов, В. А. Ильичев, В. И. Крутов и др.:Под общ. ред. Е. А. Сорочана и Ю. Г. Трофименкова.- М.:Стройиздат, 1985.-480с.

12Пешковский Л. М. Расчеты оснований и фундаментов гражданских и промышленных зданий.- М.:Высшая школа, 1968.-277с.

13.Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП 2.02.01−83)/НИИОСП им. Герсиванова.- М.:Стройиздат, 1986.-415с.

14.СНиП 2.02.01−83^*. Строительные нормы и правила. Основания и фундаменты. М., 1996.-40с.

15.СНиП 2.02.03−85. Строительные нормы и правила. Свайные фундаменты. М.: ЦИПТ Госстроя СССР, 1986.-48с.

16.СТП КИСИ 5−04−83. Стандарт предприятия. Дипломные и курсовые проекты. Требования к оформлению пояснительной записки и чертежей. Казань, 1983.-45с.

17.СН 528−80. Перечень единиц физических величин, подлежащих применению в строительстве. — М.:Стройиздат, 1981.-32с.

18.Цытович Н. А. Механика грунтов (краткий курс): Учебник для строит.вузов.-4-е изд., перераб. и доп.-М.: Высш.шк., 1983.-288с.