Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Федеральное агентство железнодорожного транспорта
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
Кафедра МДТТ ОиФ
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
по дисциплине: «Основания и фундаменты»
Тема: Расчёт и проектирование основания фундамента промежуточной
опоры моста.
Выполнил:
студент гр. СЖД – 334
Маслов А.С.
Проверил:
Копылов В.А.
Екатеринбург
2007
Содержание
|
[1] Введение [2] 2. РАСЧЁТ ФУНДАМЕНТА НА ЕСТЕСТВЕННОМ ОСНОВАНИИ [3] 2.1. Выбор глубины заложения фундамента [4] 2.2. Определение площади подошвы фундамента [5] 2.3.Определение осадки основания [6] 2.5. Определение положения равнодействующей [7] 2.6. Расчёт основания по I группе предельных состояний [8] 3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТА НА СВАЯХ [9] 3.1. Выбор глубины заложения и глубины свай [10] 3.2. Определение несущей способности одиночной сваи [11] 3.3. Определение расчётных нагрузок [12] Расчёт горизонтальных смещений сваи и верха опоры [13] кНм; [14] 4. Выбор механизма для погружения сваи и определения проектного отказа
[15] [16] Список литературы |
Минимальная стоимость, наименьшая трудоёмкость и экономичность достигаются в результате вариантного проектирования. В курсовом проекте рассмотрены 2 вида фундамента – на естественном основании, на забивных призматических сваях. Фундаменты проектируются на основе результатов инженерно – геологических, инженерно – геодезических, инженерно – гидрометеорологических изысканий строительной площадки, а так же данных, характеризующих назначение, конструктивные и технологические особенности проектируемой опоры моста и условий эксплуатации, нагрузки.
Выбор варианта фундамента производится на основе технико-экономического расчёта.
Проектируется фундамент промежуточной опоры моста расположенной на акватории водоёма с условной отметкой меженных вод 63,5м, горизонтом высоких вод 66м. инженерно-геологические условий площадки строительства установлены бурением 30м и представлены в паспорте инженерно- геологических условий. Показан инженерно- геологический разрез по скважинам, приведены нормативные расчётные значения основных показателей физико-механических свойств грунтов.
2. Исходные данные.
1. вариант 13;
2. номер паспорта инженерно-геологических условий 30;
3. расстояние между осями ферм B2=4,0 м;
4. длина пролета моста L=33 м;
5. высота опоры h0=8,8 м;
6. отметка дна водоема 62,0м;
7. горизонты воды:
а) высокой (ГВВ) 66,0 м;
б) меженной (ГМВ) 63,5 м;
8. глубина размыва русла у опоры hр=1,0 м;
9. постоянная вертикальная нагрузка от пролетных строений N=770 кН;
10. временные нагрузки:
а) от подвижного состава:
– вертикальные Q=8400 кН;
– горизонтальные продольные от торможения 840 кН;
б) ветровые нагрузки и плечи приложения относительно обреза фундамента:
– продольные:
• на пролетное строение при наличии состава W1=160 кН;
• плечо F1=7,9 м;
• на опору W2=140 кН;
• плечо F2=5,7 м;
–поперечные:
• на пролетное строение при наличии состава W3=320 кН;
• плечо F3=12,0 м;
• на опору W4=60 кН;
• плечо F4=5,7 м;
в) ледовая нагрузка L1=2000 кН;
г) плечо приложения нагрузки Е=4,3 м.
1. ОЦЕНКА ИНЖЕНЕРНО – ГЕОЛОГИЧЕСКИХ И ГИДРОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ПЛОЩАДКИ СТРОИТЕЛЬСТВА
Оценка инженерно – геологических и гидрологических условий площадки строительства имеет цель выяснить: особенности работы под воздействием напряжений от нагрузок, передаваемых фундаментом (прочность и сжимаемость грунтов, наличие слабых прослоев), влияние подземных и поверхностных вод на условие возведения и работы фундамента.
По описанию напластования грунтов строится инженерно – геологический разрез в масштабах: по горизонтали 1:200, по вертикали 1:100.
Инженерно – геологические условия площадки строительства
Таблица №1
Заключение: грунты площадки строительства имеют слоистое напластование с выдержанным залеганием слоёв. Все грунты, за исключением первого слабого слоя (ил), имеют достаточную прочность, непросадочные, ненабухающие, и могут быть использованы в природном состоянии в качестве основания опоры моста.В целом площадка пригодна для возведения опоры моста. Целесообразно рассмотреть два варианта фундаментов:
а) на естественном основании;
б) свайный из забивных призматических свай.
Таблица №2
Нормативные и расчетные значения характеристик физико-механических свойств грунтов.
Глубина заложения фундамента определяется dф определяется инженерно – геологическими, гидрологическими, условиями строительства и конструктивными особенностями сооружения.
Глубина заложения фундамента:
– по инженерно – геологическим условиям:
–гидрологическими условиями
Принимаем для дальнейших расчётов глубину заложения подошвы фундамента dп =3,5 м от поверхности дна, что соответствует абсолютной отметке 58,5 м.
В первом приближении требуемая площадь подошвы фундамента при выбранной глубине заложения определяется по формуле:
,
где: - расчётная вертикальная нагрузка на обрез фундамента:
- табличное значение расчётного сопротивления грунта основания, = 256 кПа;
- среднее значение удельного веса кладки фундамента и грунта на его уступах,
= 18,371 кН/м3;
- высота фундамента.
Геометрические размеры нижней части опоры:
см
см
Высота фундамента: м.
Объём опоры (по формуле объёма усечённой пирамиды):
,
где: - высота опоры;
- площадь верхнего и нижнего оснований.
м;
м3.
Собственный вес опоры:
кН
Минимальная и максимальная площадь фундамента по конструктивным соображениям:
;
,
где: - ширина и длина опоры в плоскости обреза фундамента;
С – уширение обреза фундамента в сторону от опоры;
- предельный угол рассеивания напряжений в бетонной кладке
фундаментов мостовых опор.
м2;
м2;
Вертикальная составляющая нагрузки на обрез фундамента при основном сочетании:
кН;
то же, горизонтальная вдоль моста для расчёта площади подошвы:
кН;
Основанием фундамента служит непросадочные, ненабухающие мягкопластичные суглинки с характеристиками: R0=0,265 МПа, φ=20,376, С=0,043 МПа.
Требуемая площадь фундамента определяется:
м2;
Условие выполняется: .
Коэффициент отношения сторон сечения нижней части опоры и фундамента:
;
Размеры фундамента следующие:
м – ширина;
м – длина;
Определяем вес фундамента Gф и вес грунта на его уступах Gгр:
кН;
кН.
Нагрузки, приведённые к центру тяжести подошвы фундамента:
;
кН;
кНм.
Расчётное сопротивление грунта основания для расчёта по второй группе предельных состояний:
кПа.
Проверяем выполнения условий:
;
;
;
кПа - выполняется;
<463,06-выполняется;
Расчёт производится на основное сочетание нагрузки, при этом временная поездная нагрузка не учитывается.
Условие расчёта: ,
S – расчётное значение осадки основания, см;
Su – предельное значение вертикального смещения опоры.
,
где: L – длина меньшего примыкающего к опоре пролёта, равная 33 м.
Разбиение сжимаемой толщи на слои производится для создания следующих условий:
- границы слоёв совпадают с границами литологических разностей и с уровнем подземных вод;
- мощность i – го слоя
м.
Осадку основания рассчитываем по формуле:
,
;
.
Вычисление суммы в пределах м приведём в табличной форме:
Полученное значение осадки сравниваем с предельно допустимой величиной:
см
- условие выполняется.
2.4. Определение крена фундамента и перемещение верха опоры
Крен фундамента определяется от действия всех нагрузок при основном их сочетании, отдельно вдоль и поперёк моста, с учётом момента в уровне подошвы.
Вертикальная составляющая нагрузки вдоль моста:
кН;
Горизонтальная составляющая нагрузки вдоль моста:
кН;
Момент горизонтальных сил, действующих вдоль моста:
где: h – расстояние от верха опоры до подошвы фундамента;
м;кНм;
Эксцентриситет приложения равнодействующей нагрузки:
м.
Определяем средний модуль деформации грунта:
;
;
кПа;
;
Крен фундамента при действии горизонтальной составляющей нагрузки вдоль моста:
м;
где kе = 0,187 − коэффициент определяемый интерполяцией по таблице 5 приложения к СНиП [5] в зависимости от:
;
Определяем перемещение верха опоры:
м;
мсм;
Допускаемое значение крена опоры:
см.
Условие проверки выполняется
Определение крена и смещения опоры поперёк моста:
Вертикальная составляющая нагрузки поперёк моста:
кН;
Горизонтальная составляющая нагрузки поперёк моста:
кН;
Момент горизонтальных сил, действующих поперёк моста:
кНм;
Эксцентриситет приложения равнодействующей нагрузки:
м.
Крен поперёк моста:
Определяем перемещение верха опоры:
м;
мсм;
Допускаемое значение крена опоры:
см.
Условие проверки не выполняется, т.к. перемещение верха опоры больше предельно допустимого. Необходимо увеличить либо площадь фундамента до величины Аmax, либо глубину его заложения.
Аналогичным расчетом установлено, что при bmax=6,12м и lmax=16,16м крен ib=0,0015, перемещение Sb=2,0см<Su=2,872. Для дальнейших проверок принимаем фундамент размерами b=6,12м, l=16,16м.
Для оснований из нескальных грунтов под фундаментами мелкого заложения, рассчитываемыми без учёта заделки в грунт, должно быть проверено положение равнодействующей нагрузок по отношению к центру тяжести площади подошвы фундамента. При этом точка приложения равнодействующей не должна выходить за пределы ядра сечения подошвы фундамента r.
;N=18476,59; (b=6,12м, l=16,16м)
кН;
;
Условие выполняется.
Расчёт произведён с коэффициентом надёжности Yf=1.1 для постоянных нагрузок, Yf=1.2 – для временных.
м3;
Расчётные нагрузки, приведённые к центру тяжести подошвы при проверке несущей способности основания:
где: кН;
кН;
кНм;
Расчётное сопротивление суглинка основания фундамента одноосному сжатию по СНиП 2.05.03-84:
кПа;
Несущая способность основания под подошвой фундамента мелкого заложения должна удовлетворять условиям:
кПакПа;
Условие выполняются, несущая способность основания обеспечена.
Определяем нагрузки при расчете на опрокидывание и сдвиг по подошве фундамента:
кН; кНм – момент опрокидывающих сил относительно длинной стороны фундамента;
Момент удерживающих сил: кНм;
Проверяем условие устойчивости сооружения против опрокидывания:
кНм;
;
Условие устойчивости сооружения против сдвига по подошве:
- удерживающая сила: кН;
-cдвигающая сила:
.
Требования СНиП 2.05.03-84 на устойчивость конструкции против опрокидывания и сдвига выполняется. Выбранные размеры фундамента мелкого заложения на естественном основании b = 4,71 м, l = 12,44м полностью удовлетворяют условиям расчёта по первой и второй группам предельных состояний.
В курсовом проекте рассматривается устройство свайного фундамента из забивных призматических свай.
Определим необходимую глубину заложении ростверка:
– по инженерно – геологическим условиям:
м;
– по гидрологическим условиям:
м;
Принимаем для дальнейших расчётов глубину заложения ростверка от поверхности днам, что соответствует абсолютной отметке 59,3 м, высота ростверка м. Минимальные размеры подошвы ростверка в плане b = 4,71 м, l = 12,44 м.
Анализ инженерно – геологического разреза площадки строительства показывает, что сваи могут быть погружены в ИГЭ-3 делювиальную глину(Il=0,115). сваи будут работать как висячие, а во втором случае как сваи стойки. Назначаем длину и составляем расчётную схему сваи:
м– глубина заделки в ростверк;
м – мощность прорезанных слоёв;
– глубина заглубления в несущий грунт;
м.
Принимаем сваю марки С–8–30 длиной 8м, сечением см, изготовляемой из бетона класса В20 и арматуры класса A – II: 4 стержня диаметром 12 мм.
Несущая способность сваи по сопротивлению грунта:
кН;
Расчётная нагрузка, допускаемая на сваю по сопротивлению грунта основания:
кН;
Несущая способность по материалу сваи:
кН;
Коэффициент использования прочности материала сваи и грунта основания:
;
Требуемое количество свай:
кН – расчётная нагрузка, передаваемая на обрез ростверка опорой.
шт.
Принимаем в фундаменте 15 свай: 3 ряда свай вдоль моста по 5 свай, сваи расположены друг за другом.
Определяем нагрузки от собственного веса ростверка, грунта на его уступах и свай:
кН;
кН;
кН;
Расчётные нагрузки, действующие в уровне подошвы ростверка:
- вертикальная составляющая:
кН;
-горизонтальная составляющая вдоль моста:
кН;
- определяющий момент внешних сил, действующих вдоль моста:
кНм;
-горизонтальная составляющая и момент поперёк моста:
кН;
кНм;
Расчётная нагрузка, передаваемая на крайние сваи:
- при действии нагрузки вдоль моста (относительно оси Х):
кН;
кН;
;
кН;
при действии нагрузки поперёк моста:
кН;
кН;
.
В обоих случаях условия выполняются.
Поперечная сила и изгибающий момент, действующие на голову сваи в уровне подошвы ростверка:
кН;
кН;
кНм;
Коэффициент деформации:
где: Е – модуль упругости бетона;
- момент инерции поперечного сечения сваи;
м – условная ширина сваи;
К = 9500 кН/м4 – коэффициент пропорциональности, для грунта, расположенного на глубине от подошвы ростверка до м, т.е. аллювиальный суглинок;
- коэффициент условия работы.
Приведенная длина сваи:
м
Горизонтальное перемещение и угол поворота сечения сваи от единичных горизонтальных сил и момента, приложенных в уровне поверхности грунта:
м/кН;
м/кН;
м/кН;
В связи с тем, что сопряжение головы сваи с ростверком жесткое , поворот головы сваи невозможен, т.е. ψ0=0, и на голову сваи со стороны заделки передаётся момент:
кНм;
l0 - длина участка сваи, м, равная расстоянию от подошвы ростверка до поверхности грунта;
Горизонтальное перемещение головы сваи:
м
Горизонтальное смещение верха опоры:
м;
см.
Условие расчёта по деформациям выполняется, горизонтальное перемещение головы сваи и верха опоры не превысит предельно допустимой величины.
Свая погружается в мягко пластичный суглинок, остриё – в полутвердую не просадочную делювиальную глину.В первом приближении принимаем, что масса ударной части дизель – молота должна составить 1,25 массы сваи, т.е. т. Определяем необходимую минимальную энергию удара:
кДж.
Принимаем трубчатый дизель – молот С-974.
Проверка пригодности принятого молота:
где: кН - полный вес молота;
кН - вес сваи, наголовника и подбабка;
кДж - расчётная энергия удара;
мм - фактическая высота падения ударной части молота;
- коэффициент применимости молота.
Т.к. проектируются сваи-стойки, то проектный отказ не определяется.
Т.к. условие проверки выполнено, то данный дизель-молот подходит для погружения этого типа свай на проектную глубину.
Таблица №4
|
№ |
Наименование работ |
эскиз |
ед.изм |
формула подсчёта |
кол-во |
|
1 |
Погружение стального инвентарного шпунта |
т |
(5,91+13,64)∙2∙9,5∙ 0,058/0,4 |
53,86 |
|
|
2 |
Разработка грунта в котловане под фундамент |
м3 |
5,91∙13,64∙3,6 |
290,20 |
|
|
м3 |
13,64∙5,91∙(3,6+1,2)
|
386,94 |
|||
|
3 |
Водоотлив |
||||
|
м3 |
171,46 |
||||
|
4 |
Устройство фундамента |
||||
|
5 |
Гидроизоляция боковых поверхностей фундамента |
м2 |
(3,51+11,22)∙2∙1+(4,71+12,44)∙2∙1 |
63,76 |
|
|
м3 |
290,2-171,146 |
119,05 |
|||
|
6 |
Обратная засыпка пазух |
||||
|
1 |
Погружение стального инвентарного шпунта |
м |
(5,91+13,64)∙2∙7,9∙ 0,058/0,4 |
44,79 |
|
|
2 |
Разработка грунта в котловине под ростверк |
м3 |
5,91∙13,64∙2,5 |
201,53 |
|
|
3 |
Водоотлив |
м3 |
5,91∙13,64∙(2,5+1,2) |
298,27 |
|
|
4 |
Погружение сваи на глубину до 10 м |
шт. |
15 |
15 |
|
|
м3 |
4,71∙11,22∙2,2 |
116,26 |
|||
|
5 |
Устройство ростверка |
||||
|
м2 |
(11,22+4,71)∙2∙2,2 |
70,09 |
|||
|
6 |
Гидроизоляция боковых поверхностей ростверка |
||||
|
м3 |
201,53-116,26 |
85,27 |
|||
|
7 |
Обратная засыпка пазух |
Сметная себестоимость и трудозатраты.
Вариант №1.
|
Обоснование расценки |
Вид работ |
Единицы измерения |
Количество |
Стоимость, руб |
Затраты труда, чел- дн |
||||
|
Прямые затраты на ед. |
Материалов на ед. |
Всего |
на ед. |
всего |
|||||
|
СвКm |
Сa |
||||||||
|
7-14 |
Устройство и разработка шпунтового ограждения котлована |
т |
53,86 |
74-00 |
86-00 |
3985,64 |
4631,96 |
1,88 |
101,2 |
|
1-740 |
Водоотлив из котлована при притоке более 60м3/ч. |
м3 |
290,20 |
1-50 |
- |
435,3 |
- |
0,08 |
23,22 |
|
калькуляция |
Разработка грунта в котловане механизированным способом при глубине котлована более 1,8м |
м3 |
386,94 |
2-70 |
- |
1044,74 |
- |
0,28 |
108,3 |
|
13-63 |
Устройство фундамента опоры моста |
м3 |
171,46 |
17-22 |
22-64 |
2298 |
3882 |
1,38 |
236,6 |
|
калькуляция |
Гидроизоляция фундамента обмазкой битумом за два раза |
м2 |
63,76 |
0-58 |
- |
36,98 |
- |
0,03 |
1,91 |
|
1-654 |
Обратная засыпка пазух |
м3 |
85,27 |
0-77 |
- |
65,66 |
- |
0,15 |
12,79 |
|
Итого |
7866,28 |
8513,8 |
63,76 |
||||||
|
Прочие работы и трудозатраты (5% основных). |
393 |
425,69 |
119,05 |
24 |
|||||
|
Итого: стоимость и трудозатраты на основные работы варианта №1 |
8259,59 |
8939,49 |
508 |
||||||
|
Накладные расходы (15,5% от суммы основных затрат) |
1280 |
||||||||
|
Сметная себестоимость С=((8259+1280) ∙1,05+1,02∙8939,5)∙1,06 = 20282 |
Вариант №2
|
Обоснование расценки |
Вид работ |
Единицы измерения |
Количество |
Стоимость, руб |
Затраты труда, чел- дн |
||||
|
Прямые затраты на ед. |
Материалов на ед. |
Всего |
на ед. |
всего |
|||||
|
СвКm |
Сa |
||||||||
|
7-14 |
Устройство и разработка шпунтового ограждения котлована |
т |
44,79 |
74,00 |
86-00 |
3314,46 |
3851,94 |
1,88 |
84,2 |
|
1-740 |
Водоотлив из котлована при притоке более 60м3/ч. |
м3 |
201,53 |
1-50 |
- |
302,3 |
- |
0,080 |
16,12 |
|
калькуляция |
Разработка грунта в котловане механизированным способом при глубине котлована более 1,8м |
м3 |
298,27 |
2-70 |
- |
805,329 |
- |
0,28 |
83,52 |
|
7-85 |
Погружение сваи до 12 м |
м |
15 |
24-25 |
58-33 |
363,75 |
874,95 |
0,723 |
10,85 |
|
калькуляция |
Устройство ростверка |
м3 |
116,26 |
17-22 |
22-64 |
2002 |
2632,1 |
1,382 |
160,67 |
|
калькуляция |
Гидроизоляция фундамента обмазкой битумом за два раза |
м2 |
70,09 |
0-58 |
- |
40,65 |
- |
0,03 |
2,1 |
|
1-654 |
Обратная засыпка пазух |
м3 |
85,27 |
0-77 |
- |
65,66 |
- |
0,15 |
12,79 |
|
Итого |
6894,15 |
7359 |
370,25 |
||||||
|
Прочие работы и трудозатраты (5% основных). |
344,7 |
367,9 |
85,27 |
18,5 |
|||||
|
Итого: стоимость и трудозатраты на основные работы варианта №2 |
7238,6 |
7727 |
388,76 |
||||||
|
Накладные расходы (15,5% от суммы основных затрат) |
1122 |
||||||||
|
Сметная себестоимость С=((7238,6+1122) ∙1,05+1,02∙7727) ∙1,06 = 17659,78 |
Технико – экономические показатели сравниваемых вариантов
|
№ пп |
Вариант |
Сметная себестоимость |
Трудоёмкость |
Объём земляных работ |
Объём и бетона железобетона |
||||
|
рубли |
% |
чел-дни |
% |
м3 |
% |
м3 |
% |
||
|
1 |
№1 |
20282 |
115 |
508 |
131,59 |
290 |
143,56 |
171,5 |
245 |
|
2 |
№2 |
17660 |
100 |
389 |
100 |
202 |
100 |
70 |
100 |
По технико-экономическим показателям второй вариант – свайный фундамент более предпочтительней, т.к. уменьшается стоимость и трудоёмкость строительства.
1. «Расчёт и проектирование основания фундамента промежуточной опоры моста», Ю.И.Яровой, г. Екатеринбург 2003г.
2. СНиП 2.02.01-83* Основания зданий и сооружений
3. СНиП 2.02.03-85 Свайные фундаменты
4. СНиП 3.02.01-83 Основания и фундаменты
5. СНиП 2.05.03-84* Мосты и трубы
Содержание
Введение………………………………………………………………………………...3
Исходные данные………………………………………………………………………4
1. Оценка инженерно – геологических и гидрологических условий площадки строительства…………………………………………………………………………..6
2. Расчёт фундамента на естественном основании………………………………….9
2.1. Выбор глубины заложения фундамента…………………………………………9
2.2. Определение площади подошвы фундамента…………………………………..9
2.3. Определение осадки основания…………………………………………………16
2.4. Определение крена фундамента и перемещение верха опоры………………..17
2.5. Определение положения равнодействующей…………………………………..19
2.6. Расчёт основания по первой группе предельных состояний………………….20
3. Проектирование фундамента на сваях……………………………………………22
3.1. Выбор глубины заложения ростверка и длины свай…………………………..22
3.2. Определение несущей способности одиночной сваи………………………….22
3.3. Определение расчётных нагрузок……………………………………………….23
3.4. Расчёт горизонтальных смещений сваи и верха опоры………………………..25
4. Выбор механизма для погружения сваи и определение проектного отказа……27
4.1. Технико – экономическое сравнение вариантов фундамента…………………28
Список литературы……………………………………………………………………31