Дата
Введение
Состав проекта. Проект оснований и фундаментов включает в себя следующие составные части: анализ инженерно-геологических, климатических и других природных условий; анализ нагрузок на фундамент; расчеты несущей способности грунтов оснований; выбор оптимальной конструкции фундаментов с основными размерами; расчеты: деформаций оснований и фундаментов, устойчивости фундаментов на сдвиг, опрокидывание и морозное пучение, прочности и трещиностойкости конструкций. Кроме того, в состав проекта входит проект организации и механизации работ и сметно-финансовый расчет.
Основания рассчитывают по двум группам предельных состояний: по несущей способности (первая группа) и по деформациям (вторая группа).
По первой группе предельных состояний — по несущей способности — фундаменты рассчитывают в тех случаях, если: на них передаются значительные горизонтальные силы, в том числе сейсмические; фундамент расположен на бровке откоса или вблизи крутопадающего слоя грунта; на фундамент могут действовать силы морозного пучения; основание сложено скальными грунтами.
По второй группе предельных состояний — по деформациям— фундаменты рассчитывают во всех случаях, кроме тех, при которых осадка и крен фундамента заведомо не опасны для сооружения.
Нагрузки на промежуточные и концевые опоры мостов. У промежуточных опор преобладающее значение имеют постоянные вертикальные нагрузки, у береговых — постоянные горизонтальные нагрузки от грунта со стороны подходных насыпей. Фундаменты промежуточных опор обычно симметричные, а береговые — несимметричные. Это особенно заметно у мостов распорных и висячих систем, у которых значительные горизонтальные нагрузки передаются от пролетных строений.
1. Общие положения |
Таблица 1.1 - Основные данные о грунтах. |
Модуль деформации, Мпа |
14 |
Отметка земли 128,8 |
___ |
15,0 |
20,0 |
28,0 |
Угол внутреннего трения , град |
13 |
___ |
19,0 |
17,0 |
33,0 |
|||
Удельное сцепление с, кПа |
12 |
___ |
20,0 |
55,0 |
5,0 |
|||
Граница раскатывания |
11 |
___ |
0,18 |
0,22 |
___ |
|||
Граница текучести |
10 |
___ |
0,33 |
0,43 |
___ |
|||
Природная влажность |
9 |
___ |
0,30 |
0,32 |
0,13 |
|||
Удельный вес грунта , кН/м3 |
8 |
10,0 |
20,1 |
20,8 |
19,1 |
|||
Удельный вес твердых частиц грунта , кН/м3 |
7 |
___ |
27,0 |
27,0 |
26,5 |
|||
Наименование грунта |
6 |
Вода |
Суглинок |
Глина |
Песок мелкий |
|||
Уровень подземных вод |
5 |
|
|
|
|
|||
Абсолютная отметка подошвы слоя, м |
4 |
120,6 |
119,0 |
117,6 |
___ |
|||
Мощность слоя, м |
3 |
1,8 |
1,6 |
1,4 |
___ |
|||
Глубина подошвы слоя от поверхности, м |
2 |
1,9 |
3,4 |
4,8 |
___ |
|||
Номер слоя |
1 |
1 |
2 |
3 |
4 |
Таблица 2.1 – сводная таблица физических свойств грунтов
№ п/п |
Показатели |
Обозначение |
Геологический слой |
|||
Вода |
Суглинок |
Глина |
Песок средний |
|||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
1 |
удельный вес твердых частиц |
γs, кН/м3 |
- |
27,0 |
27,0 |
26,5 |
2 |
удельный вес грунта |
γ, кН/м3 |
10,0 |
20,1 |
20,8 |
19,1 |
3 |
природная влажность |
W |
- |
0,30 |
0,32 |
0,13 |
4
|
граница текучести |
WL |
- |
0,33 |
0,43 |
- |
5 |
граница раскатывания |
Wp |
- |
0,18 |
0,22 |
- |
6 |
удельное сцепление |
кПа, с |
- |
20 |
55 |
5 |
7 |
угол внутреннего трения |
град,φ |
- |
19 |
17 |
33 |
8 |
модуль деформации |
МПа, Е |
- |
15 |
20 |
28 |
9 |
удельный вес скелета грунта |
γd, кН/м3 |
- |
15,5 |
15,8 |
16,9 |
10 |
удельный вес во взвешенном состоянии |
γsb кН/м3 |
- |
10 |
10 |
10,3 |
11 |
коэффициент пористости |
е |
- |
0,7 |
0,7 |
0,6 |
12
|
степень влажности |
Sr |
- |
- |
- |
0,6 |
13 |
число пластичности |
Jp |
- |
0,15 |
0,21 |
- |
14 |
показатель текучести |
JL |
- |
0,4 |
0,2 |
- |
15 |
расчетное сопротивление |
Ro |
- |
0,15 |
0,275 |
0,2 |
2.1 Расчет физико-механических характеристик грунтов
Таблица 2.2 – расчет физико-механических характеристик грунтов
№ п/п |
Показатель |
Формула расчета |
Геологический слой |
|||
Вода |
Суглинок |
Глина |
Песок мелкий |
|||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
9 |
удельный вес скелета грунта |
γ γd=−−−−−− (2.1) 1+W W- природная влажность γ – удельный вес
|
−−− |
15,5 |
15,8 |
16,9 |
10 |
удельный вес во взвешенном состоянии |
γs – γw γsb= −−−−− (2.2) 1+e γs – удельный вес твердых частиц грунта; γw – удельный вес воды; е – коэффициент пористости |
−−− |
10 |
10 |
10,3 |
11 |
коэффициент пористости |
γs е = −− −1 (2.3) γd
|
−−− |
0,7 |
0,7 |
0,6 |
12 |
степень влажности |
γs ∙W Sr = −−−− (2.4) е ∙ γw |
−−− |
−−− |
−−− |
0,6 |
13 |
число пластичности |
Jp = WL – Wp (2.5) WL – влажность на границе текучести; Wp − влажность на границе раскатывания; |
−−− |
0,15 |
0,21 |
−−− |
14 |
показатель текучести |
W – Wp JL =−−−− (2.6) Jp |
−−− |
0,4 |
0,2 |
−−− |
15 |
расчетное сопротивление |
Ro |
−−− |
0,15 |
0,275 |
0,2 |
Благодаря проведенному анализу инженерно-геологических условий предварительно назначаем глубину заложения фундамента, что в дальнейшем уточняется расчетами.
Обрез фундамента назначаем ниже поверхности грунта на расстоянии не менее чем 0,25м. Подошва фундамента должна опираться на прочный грунт и не должна находиться на глубине свыше 7м.
Предварительно назначаем отметку обреза фундамента равной
120,6 − 0,3 = 120,3 м
Тогда отметку подошвы фундамента назначаем равной 120,3 − 7 = 113,3 м
3. Определение площади подошвы фундамента.
3.1 Схема конструкции опоры железнодорожного моста
где FV0 – вес опоры;
FV1 – вес пролетных строений;
FV2 – сила воздействия от временной вертикальной подвижной нагрузки;
Fh – горизонтальная тормозная сила.
Рисунок 3.1 – схема конструкции опоры железнодорожного моста
Размеры обреза фундамента в плане принимают больше размеров надфундаментной части опоры на величину с = 0,2 м в каждую сторону для компенсации возможных отклонений положения и размеров фундамента при разбивке и производстве работ.
Минимальная площадь подошвы фундамента
Аmin=(b0+2c)∙(l0+2c) (3.1)
где: b0 ,l0 – размеры надфундаментной части l0 =9,8м, b0=2,6м.
Аmin=(2,6+2∙0,2)∙(9,8+2∙0,2)=30,6м
Максимальная площадь подошвы фундамента определяется, исходя из нормированного условия обеспечения жесткости фундамента. Оно заключается в том, что линия уступов или наклон граней фундамента, как правило, не ложны отклоняться от вертикали на угол α более 300.
Отсюда:
Аmax=(b0+2hф∙tg300)∙(l0+2hф∙tg300) (3.2)
С учетом того, что tg300 = 0.577, получим
Аmax=(b0+1,16hф)∙(l0+1,16hф) (3.3)
где hф – высота фундамента (расстояние от обреза фундамента до его подошвы); hф = 7м.
Аmax=(2,6+1,16∙7)∙(9,8+1,16∙7)=192,1м2
Требуемая площадь подошвы фундамента в первом приближении может быть определена по формуле:
η∙ΣFV
А = −−−−−−−−−−−−−− (3.4)
R-1.1∙ γср∙ hф + γw∙ hw
ΣFV =1,1∙(FV0 +FV1)+ γf ∙ FV2 (3.5)
где ΣFV – расчетная вертикальная сила по обрезу фундамента (без учета веса фундамента и грунта на его уступах), МН;
R – расчетное сопротивление грунта основания, МПа. В первом приближении R можно подсчитать по формуле (3.6) при b=3,0м, l = 10,4м.
γср – средний удельный вес кладки фундамента и грунта на его уступах, в работе можно принять γср =20 кН/м3;
γf – коэффициент надежности временной подвижной нагрузки;
η – коэффициент, учитывающий действие момента, η = 1,2;
γw – удельный вес воды, γw = 10кН/м3;
hw – расстояние от уровня подземных вод или уровня меженных вод до подошвы фундамента.
В формуле (3.4) значение γw∙ hw следует учитывать, если подошва фундамента расположена в водопроницаемом слое, при расположении подошвы фундамента в водонепроницаемом слое γw∙ hw=0. Водонепроницаемыми грунтами следует считать суглинки и глины при
ΣFV =1,1∙(5,6 +1,06) + 1,14 ∙5,10 = 13,924 МН
Расчетное сопротивление нескального грунта под подошвой фундамента определяется по формуле:
R=1,7∙{R0∙[1+K1∙(b-2)]+K2∙γ∙(d-3)}, (3.6)
где R0 – условное сопротивление грунта, МПа;
b – ширина подошвы фундамента, м. при с=0,2м, b=3м;
d – глубина заложения фундамента, м принимая от поверхности грунта или дна водотока после размыва до подошвы фундамента;
γ – осредненное по слоям значение удельного веса грунта, расположенного выше подошвы фундамента, вычисленное без учета взвешивающего действия воды, МН/м3., рассчитывается по формуле:
Σγi ∙hi
γ = −−−−−−− (3.7)
Σhi
К1,К2 –коэффициенты, в зависимости от грунта соответственно равны 0,04 и 3,0.
R =1,7∙{0,20∙[1+0,10∙(3-2)]+3,0∙0,019∙(7-3)}=0,762 МПа
19 + 85,26 + 198
γ = −−−−−−−−−−−−−− = 18,8 МН/м3
16,1
1,2∙13,924∙1000
А = −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− = 24,5 м 2
762-1,1∙20∙7+10∙7,3
Из расчета получили:
Аmin = 30,6 м2
Аmax = 192,1 м2
А = 24,5 м2
Если полученная площадь А< Аmin за расчетную площадь принимается Аmin по формуле (3.5), т.е. фундамент устраивается с вертикальными гранями без уступов.