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 :
|
Наименование грунта
|
|
|
|
|
 
|
|
 
|
|
|
Песок пылеватый
|
26,6
|
10,66
|
25,45
|
28
|
2
|
2
|
11
|
98
|
|
Песок мелкий
|
26,5
|
9,87
|
27,83
|
32
|
0,67
|
1
|
21
|
147
|
|
Суглинок бурый
|
27,1
|
11,23
|
21,74
|
25
|
80
|
120
|
24
|
176,4
|
Вывод:
) 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 γf - 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 NI
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:
|
№ слоя
|
z
|
|
α
|
σzgi
|
0,2·σzgi
|
|
|
|
0
|
0
|
0
|
1
|
42,10
|
8,42
|
164,10
|
161,85
|
|
1
|
1,92
|
0,4
|
0,973
|
68,50
|
13,70
|
159,59
|
149,63
|
|
2
|
3,84
|
0,8
|
0,851
|
97,53
|
19,51
|
139,67
|
126,30
|
|
3
|
5,20
|
1,0833
|
0,688
|
116,05
|
23,21
|
112,92
|
100,77
|
|
4
|
7,12
|
1,4833
|
0,540
|
135,05
|
27,01
|
88,62
|
78,98
|
|
5
|
9,04
|
1,8833
|
0,423
|
154,05
|
30,81
|
69,34
|
63,47
|
|
6
|
10,96
|
2,28
|
0,351
|
173,00
|
34,60
|
57,59
|
51,68
|
|
7
|
12,88
|
2,68
|
0,279
|
192,06
|
38,41
|
45,78
|
41,32
|
|
8
|
14,80
|
3,08
|
0,225
|
211,06
|
42,21
|
36,85
|
33,51
|
|
9
|
16,72
|
3,48
|
0,184
|
230,00
|
46,00
|
30,16
|
27,65
|
|
10
|
18,64
|
3,88
|
0,153
|
255,40
|
51,08
|
25,13
|
23,69
|
|
11
|
20,02
|
4,17
|
0,136
|
276,96
|
55,39
|
22,25
|
20,59
|
|
12
|
21,94
|
4,57
|
0,115
|
298,52
|
59,70
|
18,92
|
17,59
|
|
13
|
23,86
|
4,97
|
0,099
|
320,08
|
64,02
|
16,25
|
15,17
|
|
14
|
25,78
|
5,37
|
0,086
|
341,64
|
68,33
|
14,09
|
13,21
|
27,70
|
5,77
|
0,075
|
363,20
|
72,64
|
12,33
|
11,63
|
|
16
|
29,62
|
6,1708
|
0,067
|
384,76
|
76,95
|
10,93
|
|
Определяем глубину сжимаемой толщи Hc 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.
|
|
|
|
|
|
2,7
|
33,5
|
2
|
67
|
|
4,7
|
39,4
|
2
|
78,8
|
|
6,7
|
42,7
|
2
|
85,4
|
|
8,85
|
44,86
|
2,3
|
103,178
|
|
11
|
48,25
|
2
|
96,5
|
|
13
|
48,95
|
2
|
97,9
|
|
15
|
51
|
2
|
102
|
|
17
|
53
|
2
|
106
|
|
19,35
|
55,35
|
2,7
|
149,5
|
|
|
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 lk 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:
|
№
|
h
|
z
|
σzg
|
0,2·σzg
|
ξ
|
α
|
σzp
|
(σzp)ср
|
|
0
|
0
|
0
|
226,77
|
45,35
|
0
|
1
|
50,60
|
-
|
|
1
|
1,6
|
1,6
|
243,5
|
48,70
|
0,391
|
49,36
|
49,98
|
|
2
|
1,6
|
3,2
|
260,4
|
52,08
|
0,782
|
0,864
|
43,69
|
46,52
|
|
3
|
1,6
|
4,8
|
277,3
|
55,46
|
1,174
|
0,713
|
35,88
|
39,78
|
|
4
|
1,6
|
6,4
|
286,3
|
57,26
|
1,382
|
0,638
|
28,77
|
32,32
|
|
5
|
1,6
|
8
|
303,1
|
60,62
|
1,773
|
0,509
|
22,87
|
25,82
|
|
6
|
1,6
|
9,6
|
319,9
|
63,98
|
2,165
|
0,407
|
18,50
|
20,68
|
|
7
|
1,6
|
11,2
|
336,8
|
67,36
|
2,556
|
0,328
|
14,80
|
16,65
|
|
8
|
2,1
|
13,3
|
353,6
|
70,72
|
2,947
|
0,267
|
11,39
|
13,10
|
|
9
|
1,6
|
14,9
|
370,4
|
74,08
|
3,338
|
0,221
|
9,34
|
10,36
|
|
10
|
1,6
|
16,5
|
399,3
|
79,86
|
3,729
|
0,184
|
7,81
|
8,58
|
|
11
|
1,6
|
18,1
|
409,3
|
81,86
|
4,120
|
0,156
|
6,70
|
7,26
|
|
12
|
1,6
|
19,7
|
432,5
|
86,50
|
4,512
|
0,134
|
6,04
|
6,37
|
|
13
|
1,6
|
21,3
|
437,88
|
87,58
|
4,903
|
0,116
|
5,11
|
5,58
|
|
14
|
1,6
|
22,9
|
443,5
|
88,70
|
5,033
|
0,110
|
4,55
|
4,83
|
|
15
|
1,6
|
24,5
|
226,77
|
45,35
|
0
|
0
|
3,83
|
4,19
|
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.