Расчет и конструирование фундамента под промежуточную опору моста

Расчет и конструирование фундамента под промежуточную опору моста

1. Исходные данные

1.1 Исходные данные по нагрузкам

номер геологического разреза-1

глубина размыва грунта hp = 0.7 м

расчётный пролёт lр =33.0 м

высота опоры h0 = 6.4 м

вес опоры P0 = 4.30 MH

вес пролётных строений Pn =1.00мН

сила воздействия от временной вертикальной подвижной нагрузки Pk =4.80 мН

горизонтальная тормозная сила T = 0.48 мН

коэффициент надёжности временной подвижной нагрузки =1.141.2 исходные данные по грунтам

слой № 1:

глубина подошвы слоя от поверхности - 2,0 м мощность слоя-2,0 м

абсолютная отметка подошвы слоя-134,4 м уровень меженных вод -136,4 м наименование слоя – вода

удельный вес грунта = 10,0 кН/м3

слой № 2:

глубина подошвы слоя от поверхности - 4,8 м

мощность слоя-2,8 м

абсолютная отметка подошвы слоя-131,6 м

наименование грунта – глина мягкопластичная

удельный вес твёрдых частиц грунта -27,5 кН/м3

удельный вес грунта -19,5 кН/м3

природная влажность w - 0,29

 граница текучести wL - 0,36

граница раскатывания - 0,18

удельное сцепление С- 38 кПа

угол внутреннего трения - 13 °

модуль деформации Е - 13 МПа

слой № 3:

глубина подошвы слоя от поверхности -16,1 м

мощность слоя-7,4 м

абсолютная отметка подошвы слоя—124,2 м

наименование грунта – глина тугопластичная

удельный вес твёрдых частиц грунта -27,4 кН/м3

удельный вес грунта -19,8 кН/м3

природная влажность w - 0,25

граница текучести wL - 0,39

граница раскатывания - 0,19

удельное сцепление C- 57 кПа

угол внутреннего трения - 18 °

модуль деформации E- 20 МПа

слой № 4:

наименование грунта — песок мелкий

удельный вес твёрдых частиц грунта - 25,8 кН/м3

удельный вес грунта -18,4 кН/м3

природная влажность w - 0,1

удельное сцепление C -4 кПа

угол внутреннего трения -36°

модуль деформации E - 37 МПа

2. Инженерно-геологические условия района строительства

2.1 Построение инженерно-геологического разреза

На основе данных о грунтах строим инженерно-геологический разрез. Вертикальный масштаб разреза принимается 1:100.

2.2 Определение наименования и состояния грунтов основания

Результаты физико-механических свойств грунтов каждого слоя основания приводятся в сводной таблице, где даны все необходимые для расчёта формулы. Сводная таблица физико-механических свойств грунта

Таблица 1

2.3 Определение расчётных показателей грунтов

Показатели состава и состояния грунтов непрерывно изменяются от точки к точке даже в пределах строго выделенного инженерно-геологического горизонта. Однако для выполнения расчётов оснований необходимо располагать некоторыми определёнными величинами, которые с необходимой достоверностью отражают физико-механические свойства грунтов. В связи с этим введено понятие о нормативных и расчётных величинах различных показателей грунтов.

Нормативные и расчётные значения показателей характеристик грунтов вычисляют на основе статистической обработки результатов непосредственных испытаний по стандартной методике (ГОСТ 20522-75).

Нормативное значение Xn данной характеристики определяется как среднеарифметическое значение частных непосредственных определений по формуле:

где X1 - частное значение определяемой характеристики; п - количество определений.

В условных данных по грунтам даны нормативные значения характеристик грунтов ,  ,  w , wl,  wp, с ,  ,  E определённые как средние значения по результатами 12 частных определений.

Согласно СНиП все расчёты оснований должны выполняться с использованием расчётных значений характеристик грунтов X , определяемых по формуле:

где - коэффициент надёжности по грунту.

Для большинства характеристик допускается принимать =1, за исключением параметров с и , а так же удельного веса грунта , для которых коэффициент надёжности по грунту определяется по формуле:

Показатель надёжности р берётся с таким знаком, чтобы при расчёте основания и фундамента была обеспечена большая надёжность (расчёт в «запас»). При вычислении значений с и всегда, а расчётных значений в большинстве случаев (в том числе и в расчётных данной курсовой работы), показатель надёжности принимается со знаком «минус». Значение его определяется по формулам:

Для :

Для :

Для с и :

р = ta • V ,

Где V - коэффициент вариации (относительная изменчивость характеристики); п -число частных определений (количество опытных данных); ta - коэффициент, определяемых в зависимости от величины доверительной вероятности а и числа степеней свободы, которые (п — l) для и (п - 2) для с,

Доверительная вероятность, согласно нормам при расчётах оснований фундаментов мостов и труб под насыпями принимается а = 0,98, для расчётов по первой группе (прочности и несущей способности) предельных состояний и

a = 0,90

для расчётов по второй группе предельных состояний (по деформациям).

Для условий, принятых в курсовой работе, исходя из того, что число частных определений характеристик коэффициент n = 12, а коэффициент вариации на основе статистической обработки результатов опытов получен V = 0.080 , следует:

а) для расчёта по I предельному состоянию (а = 0.95)

:

при определении :

при определении с и : ta= 1.81; = 1.81*0.08 = 0.145;

б) для расчёта по II предельному состоянию (а = 0.85)

при определении : ta =1.095 ; = 0.025 ;

при определении с и : ta=1.10; = 1.10*0.08 = 0.088;

 = 1.096;

Таким образом, для определения расчётных значений характеристик, для каждого грунта и для конкретного варианта грунтовых условий необходимо нормативные значения характеристик  , с и  и разделить на соответствующий коэффициент надёжности по грунту. Расчётные значения характеристик по первому предельному состоянию маркируются индексом «I», а по второму - индексом «II».

2-ой слой:

с1 =38/1,17= 32,48 кПа;

с11 =38/1,096= 34,67 кПа

3-ий слой: с1 =57/1,17= 48,72 кПа;

с11 =57/1,096= 52,01 кПа

4-ый слой:

с1 =4/1,17= 3,42 кПа;

с11 =4/1,096= 3,65 кПа

2-ой слой: 1=13/1,17=11,11 11=13/1,096=11,86

3-ий слой 1=18/1,17=15,39 11=18/1,096=16,42

4-ый слой 1=36/1,17=30,77 11=36/1,096=32,85

2-ой слой: =19,5/1,04=18,75 кН/ м3

 =19,5/1,026=19,01 кН/ м3

=19,5/1,026=19,01 кН/ м3

3-ий слой:

=19,8/1,04=19,04 кН/ м3

1 =19,8/1,026=19,30 кН/ м3

4-ый слой:

=18,4/1,04=17,69 кН/ м3

1 =18,4/1,026=17,93 кН/ м3

Расчётные характеристики грунтов по предельным состояниям определяем для всех слоев основания и представляем в табличной форме:

Таблица № 2

3. Проектирование фундамента мелкого заложения на естественном основании

3.1 Определение глубины заложения подошвы фундамента

Глубину заложения фундамента следует определять с учётом:

-        назначения и конструктивных особенностей проектируемого сооружения;

-        величины и характеристики нагрузок, воздействующих на основание;

-        инженерно-геологических условий площадки строительства (физико-механических свойств грунтов, характера напластований);

-        гидрогеологических условий площадки и возможных их изменений в процессе строительства и эксплуатации сооружений;

-        глубины сезонного промерзания грунтов.

В качестве основания опоры моста следует принимать малосжимаемые или скальные грунты, а также грунты средней сжимаемости (песчаные грунты средней плотности или тугопластичные глинистые грунты). Фундаменты мостов запрещается опирать на просадочные и заторфованные грунты, а также на глинистые грунты с показателем текучести I1 > 0.5 .

Такие грунты следует проходить, опирая подошву фундамента на более прочные грунты.

Высоту фундамента hф определяют как расстояние от подошвы до его обреза (горизонта меженных вод-ГМВ). Для опор, возводимых на суходоле, обрез фундамента назначают на 0,1-0,25 м ниже уровня поверхности грунта. Нормативную глубину промерзания грунта, если она менее 2,5 м, определяют по формуле

где M1 - коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе; d0 - глубина промерзания, зависящая от вида грунта .

Фактическая глубина заложения фундамента зависит от всех перечисленных факторов и при сооружении фундаментов в открытом котловане её следует назначать в пределах от 3 до 6 м, считая от поверхности грунта на суходоле. В выбранный несущий слой грунта фундамент должен быть заглублён не менее, чем на 0,5 м, учитывая возможность наклонного расположения слоев.

Так как в первом слое глины I1 = 0,61 ,то опору подошвы фундамента нужно расположить во втором слое глины I1 = 0,3 что удовлетворяет требованиям.

Высоту фундамента hф примем равную = 6,5 м.

Абсолютная отметка подошвы фундамента —129,4 м

3.2 Определение площади подошвы и размеров уступов фундамента

Размеры обреза фундамента в плане принимают больше размеров над фундаментной части опоры на величину обреза с = О.15 /0,3О м в каждую сторону для компенсации возможных отклонений положения и размеров фундамента при разбивке и производстве работ. Минимальная площадь подошвы фундамента:

Аmin =(3.2 •10,4) = 33,3 м2

Максимальную площадь подошвы фундамента при заданной высоте hф определяют исходя из нормированного условия обеспечения жёсткости фундамента. Она заключается в том, что линия уступов или наклон граней фундамента, как правило, не должны отклоняться от вертикали на угол более 30°. Отсюда:

Amax= (b0+2•hф•tg300) • (l0+2•hф•tg300)

С учётом того, что tg30° = 0.577 , получим:

Amax = (b0+1.16•hф) • (l0+1.16•hф)

где hф - высота фундамента (расстояние от обреза фундамента до его подошвы); b0 и l0- ширина и длина над фундаментной части опоры в плоскости обреза фундамента.

Amax = (3,2 +1,16•6,5)•(10,4 + 1,16•6,5)= 10,74•17,94 = 192.68м2 123 м2

Для окончательного определения размеров подошвы фундамента необходимо выполнить ряд дополнительных условий. Размеры фундамента определяются методом последовательных приближений. Требуемая площадь подошвы фундамента в первом приближении может быть определена по формуле:

где ,-расчётная вертикальная сила по обрезу фундамента (без учёта веса фундамента и грунта на его уступах), мН; R - расчётное сопротивление грунта основания, мПа. В первом приближении R можно подсчитать по формуле

R = 1.7 • { R0 • [l + k1 • (b - 2)]+ k2 • • (d - 3)}

при b - 3.2 м; ср - средний удельный вес кладки фундамента и грунта на его уступах; в работе разрешено принять ср = 0,02 мН/м3; f -коэффициент надёжности временной подвижной нагрузки; - коэффициент, приближённо учитывающий действие момента, ср= 1.2; w - удельный вес воды, w = 0.01 мН/м3; hw - расстояние от уровня подземных вод или уровня меженных вод до подошвы фундамента.

R=1,7• {0,23(1+0,02• (3,2-2)]+1,5•0,02• (6-3)} = 0,56 МПа

 =1,1 • (4,30 + 1,00) + 1,14•4,80 = 5,83+5,47=11,30 мН

A=1,2•5,83+5,47 / 0,56-1,1•0,02•6.5 = 29,90 м2

Так как полученная величина А < Amах , то за расчётную площадь принимаем

Amin= А •1,25=37,38 м2

hф = 6,5 м lmin= 10,4 м bmin= Amin / lmin= 3,6 м

3.3 Определение расчётного сопротивления грунта под подошвой фундамента

Расчётное сопротивление нескального грунта под подошвой фундамента определяется по формуле:

где R0 - условное сопротивление грунта, b =0,25 МПа, b - ширина подошвы фундамента, м; d - глубина заложения фундамента, м; -осреднённое по слоям расчётное значение удельного веса грунта, расположенного выше подошвы фундамента, вычисленное без учёта взвешивающего действия воды, кН/м3, допускается принимать =0.02 кН/м3; k1 , k2 - коэффициенты, принимаемые по таблице 3.1.

R=1,7•{0,25•[1+0,02•(3,6-2)]+1,5•0,02•(6-3)} = 1,7•{0,25•(1,032)+0,09}= 0,348 МПа

Страницы: 1, 2, 3