Расчет и конструирование фундамента под промежуточную опору моста

ОАО «Российские  железные дороги»

Российский  Государственный Открытый

Технический университет Путей сообщения

Факультет: «Транспортные  сооружения и здания»

Кафедра: «Здания  и сооружения на транспорте»

Специальность: «Строительство железных дорог путь и путевое хозяйство»

КУРСОВАЯ  РАБОТА

по дисциплине «ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ» 
тема: «Расчет и конструирование фундамента под промежуточную опору

• моста»

 

Выполнила студентка 
шифр

город

курс

группа 

Пашкова Ю.В. 
 
02-С-34660''

Тула

IV

С-1

 

Руководитель

 

к защите 

дата, роспись преподавателя

 

 

 

// 

Москва, 2007 г.

 

Содержание

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ    3
2. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ РАЙОНА СТРОИТЕЛЬСТВА 4

 

1. Физико-механические свойства грунта 4
2. Определение расчетных показателей грунтов 5

3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТА МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ НА ЕСТЕСТВЕННОМ 
ОСНОВАНИИ 6

1. Определение глубины заложения подошвы фундамента 6
2. Определение площади подошвы и размеров уступов фундамента ... 6
3. Проверка напряжений под подошвой фундамента (по I группе предельных состояний) 7
4. Расчет на устойчивость положения фундамента 10
5. Расчет осадки фундамента (по II группе предельных состояний - по деформации) 14

4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СВАЙНОГО ФУНДАМЕНТА 15

1. Определение глубины заложения и предварительное назначение размеров ростверка.. 15
2. Определение расчетной несущей способности сваи 15
3. Определение числа свай, их размещение и уточнение размеров ростверка 16
4. Проверочный расчет свайного фундамента по несущей способности (по I предельному 
   состоянию) 17
5. Расчет свайного фундамента, как условно массивного 1°
6. Расчет осадки фундамента (по II группе предельных состояний - по деформации) 20

 

5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ СРАВНЕНИЕ ВАРИАНТОВ ФУНДАМЕНТА 23
6. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 24
 

1. Исходные данные

Номер геологического разреза - О

Глубина размыва  грунта h_p, м - 0,8

Расчетный пролет 1_Р, м - 33,0

Высота опоры h₀, м - 7,0

Вес опоры  Р₀, МН - 4,70

Вес пролетных  строений Р_п, МН - 1,06

Сила воздействия  от временной вертикальной подвижной  нагрузки Р_к, МН -

5,10

Горизонтальная  тормозная сила Т, МН - 0,51

Коэффициент надежности временной подвижной нагрузки γ_f - 1,14

Коэффициент М_τ для расчета глубины промерзания грунта - 40

Данные о  грунтах представлены в табл. 1.1.

Таблица 1.1. Данные о грунтах

Номер слоя	Глубина подошвы слоя от поверхности, м	Мощность слоя, м	Абсолютная отметка подошвы слоя, м	Уровень подземных вод WL,m	Наименование грунта	Удельный вес твердых частиц грунта, γs, кН/м3	Удельный вес грунта, γ,кН/м3	Природная влажность, w	Граница текучести, wp	Граница раскатывания, ωр	Удельное сцепление С, кПа	Угол внутреннего трения, φo	Модуль деформации Е,МПа
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
Отметка поверхности  природного рельефа- 104,8 м
1	1,6	1,6	103,2		Вода	-	10,0	-	-	-	-	-	-
2	2,8	7,2	96,0			Песок мелкий	26,4	19,4	0,25	-	-	2	33	25
4	Не установлена					Суглинок	27,0	20,0	0,20	0,28	0,14	30	22	22

 

 

2. Инженерно-геологические условия района 
строительства

На основе данных о  грунтах (табл.  1.1.) определяем физико-механические 
свойства грунтов каждого слоя основания. Результаты приведены в табл. 2.1.

2.1. Физико-механические свойства грунта

Таблица 2.1. Физико-механические свойства грунта

Показатели	Обозначения	Номер геологического  слоя				Формула для  расчета
			1-й	2-й			3-й
1	2	3	4		5	7
1. Удельный вес твердых частиц  грунта	ys, кН/м3	-	26,4		27,0	Из задания
2. Удельный вес грунта  (нормативное значение)	у, кН/м3	10	19,4		20,0	Из задания
3. Влажность грунта	w, ДОЛИ единицы	-	0,25		0,20	Из задания
4. Удельный вес скелета грунта	yd, кН/м3	10	15,52		16,67
5. Коэффициент  пористости	е	-	0,7		0,62
6. Удельный вес грунта во  взвешенном состоянии  γw=10кН/м3)	ysb, кН/м3	-	9,65		10,49
7. Степень влажности	Sr, доли  единицы	-	0,94		0,87
8. Граница раскатывания	Wp, доли  единицы	-	-		0,14	Из задания
9. Граница текучести	WL, доли  единицы	-	-		0,28	Из задания
10. Число пластичности	Iр, ДОЛИ единицы	-	-		0,14
11. Показатель текучести	IL, доли  единицы	-	-		0,43
Нормативные значения:
12. Модуль деформации	Е, МПа	-		25	22	Из задания
13. Угол внутреннего  трения	φ, º/С, МПа	-		33	22	Из задания
14. Сцепление	С,кПа  Ro, кПа	-		2  0,15	30  0,17	Из задания
Песок мелкий средней плотности насыщенный водой  е=0,7,   Ro =0,15 5  -
Суглинок  тугопластичный е=0,62, Ip=0,14, Il=0,43, Ro=0,17

 

2.2. Определение расчетных показателей  грунтов

Определяем  расчетные характеристики грунтов  каждого слоя:

где    Х_п - нормативные характеристики грунтов 
γ_q - коэффициенты надежности по грунту

Для расчета  по I предельному состоянию γ_q=l,04 для определения γ₁ и γ_q= 1,17 
для определения C1 и ф₁

Для расчета по I I предельному состоянию γ_q= 1,026 для определения γ11 и 
γ_q=l,096 для определения С11 и φ11.

Расчетные характеристики грунтов по двум группам предельных состояний 
приведены в табл. 2.2.

Таблица 2.2. Расчетные характеристики грунтов

Номер слоя	Cl	С11	φ 1	φ п	γi	γ11
2. Песок	1,71	1,82	28,21	30,11	18,65	18,91
3. Суглинок	25,64	27,37	18,80	20,07	19,23	19,49

 

 

3. Проектирование фундамента мелкого заложения на 
естественном основании

3.1. Определение глубины заложения подошвы фундамента

Подошва фундамента располагается на 2,5 м ниже глубины  размыва, h_p=0,8 м. 
Т.о. высота фундамента составляет hф=2,5+0,8=3,3 м.

Обрез фундамента должен располагаться на 0,5 м ниже уровня меженных вод 
WL=1,8 м. Т. о. Высота фундамента =3,3+(1,8-0,5)=3,3+1,3=4,6 м. Заглубляем 
фундамент еще на 1,5 м и получаем hф =4,6+1,5=6,1 м.

3.2. Определение площади подошвы и размеров уступов фундамента

Размеры обреза фундамента в плане принимаем больше размеров 
фундаментальной части опоры на величину обреза с=0,2 м в каждую сторону для 
компенсации возможный отклонений положения и размеров фундамента при 
разбивке и производстве работ.

Минимальная площадь подошвы фундамента:

A_min=(bo+2*c)*(l₀+2*c)= 33,3 м²

Максимальная площадь  подошвы фундамента при заданной его высоте 
Ьф=6,1 м определяется исходя из нормированного условия обеспечения жесткости 
фундамента. Оно заключается в том, что линия уступов или наклон граней 
фундамента, как правило, не должны отклоняться от вертикали на угол α более 30°.

A_max=(b +1,16* hф )*(1 +1,16* hф )= =(3,2+1,16*6,1)*(10,4+1,16*6,1)=179,58 м²

Размеры фундамента определяем методом последовательных приближений. 
Требуемая площадь подошвы фундамента в первом приближении определяем 
по формуле:

  (3.1)

  (3.2)

где    R - расчетное сопротивление грунта основания, МПа;

γcp - средний удельный вес кладки фундамента и грунта на его уступах, 
принимаем равным 0,02 МН/м³;

γf- коэффициент надежности временной подвижной нагрузки, γf =14; 
η| - коэффициент, учитывающий действие момента, η=1,2;

 

Р₀=4,7 МН - вес опоры;

Р_п=1,06 МН - вес пролетных строений;

Р_к=5,10 МН - сила воздействия от временной вертикальной подвижной

нагрузки;

Ro=0,15 МПа - условное сопротивление грунта;

b=3,2 м - ширина подошвы фундамента;

d=5 м - глубина заложения фундамента от дна водотока после размыва

до подошвы  фундамента;

γ1m⁼0,02 МН/м³ - осредненное по слоям расчетное значение удельного

веса грунта, расположенного выше подошвы фундамента, вычисленного

без учета  взвешивающего действия воды;

к1=0,08, к₂=2,5 - коэффициенты для мелкого песка;

Таким образом

R=l,7*{0,15*[l+0,08*(3,2-2)]+2,5*0,02*(5-3)}=0,44MПa

 

 

 

Задавая А=10,57 м²,1=10,4 м; получаем Ь=А/1=10,57/10,4=1,02 м. 
Задавая b=1,02 м, 1=10,4 м, получаем А=1*Ь=1,02* 10,4=10,61 м²;

3.3. Проверка напряжений под подошвой фундамента (по I группе 
предельных состояний)

 

Расчет необходим  для определения средних, максимальных и минимальных 
напряжений (давлений) на основание по подошве фундамента и сравнения их с 
расчетным сопротивлением грунта.

(3.3) 
(3.4) 
(3.5) 
(3.6)

 

где    P_m, P_max, P_min, - соответственно среднее, максимальное и минимальное 
давление подошвы фундамента на основание, МПа; 
NI   -   расчетная   вертикальная   нагрузка   на   основание   с   учетом 
гидростатического давления массы воды, если оно имеет место, МН; 
М_u    -    расчетный    опрокидывающий    момент    относительно    оси, 
проходящей через центр тяжести подошвы фундамента, МН*м; 
А - площадь подошвы, м²;

W - момент сопротивления по подошве фундамента, м³; 
1 - длина подошвы фундамента, м; 
b - ширина подошвы фундамента, м;

R - расчетное сопротивление грунта под подошвой фундамента, 
определяемое по формуле (3.2) с учетом принятой ширины b и глубины 
его заложения d;

γ_с - коэффициент условной работы, принимается равным 1,2; 
γ_п - коэффициент надежности по назначению сооружения, принимается 
равным 1,4;

В курсовой работе в целях уменьшения трудоемкости разрешается провести 
расчеты на нагрузку Ni и момент М_u:

(3.7)

  (3.8)

где P_f и P_g - соответственно нагрузки от веса фундамента и грунта на его 
уступах (с учетом взвешивающего действия воды, если оно имеет 
место), МН;

P_w - нагрузка  от  веса воды,  действующей на уступы  фундамента 
(учитывается, если фундамент врезан в водонепроницаемый грунт), МН; 
hф - высота фундамента, м; 
γ_ср=0,02 МН/м³; 
Расчетные величины Р₀, Р_п, Р_к> Т, γ_f и h₀ даны в п. 1.

Вычисляя  значения параметров проверки, получаем:

_N1=(4,7 + 1,06 +10,57* 6,1* 0,02) _{=0,4 MH}

33,3

г:

1,7{0,15[1 + 0,08(3,2 - 2)]+ 2,5 * 0,02(5 - 3)  _=0,1 
М_и= 1,4

 

 

 

Будем  рассматривать   фундамент  с   А=46   м    у   которого   Ь=4,5м;   1=10,4м; 
h_ф=6,1 м

Рассмотрим  выполнение первого условия:

_R= 1,7{0,15[1 + 0,08(4,5-2)]+ 2,5*0,02(5-3) }_=_0,29

1,4

Условие не выполнено, в  связи с этим увеличим ширину фундамента до 8 м - 
b=8 м; А=83,2 м²

           4,7+ 1,06+ 83,2* 6,1* 0,02+ 1,14* 5,1   

—• Rm= = 0,26

83,2

_R= 1,7(0,15[l + 0,08(8 - 2)]+ 2,5 * 0,02 * 2 _{= 0, 31} 
1,4

Pm≤ R–первое условие выполнено.

Рассмотрим  выполнение второго условия

М_и=1.1Т(1.1+hо+b_ф)= 1,1*0,51(1,1+1,1+6,1)=4,66

Так как условие  не выполнено возьмем ширину b=10м; А=104 м .

р m =_ 4,7 +1,06 +104 * 6,1 * 0,02 +1,14 * 5,1 =  0,23

104 

_{R =} l,7{0,15[l + 0,08(10-2)]+2,5*0,02*2 _{=   0,52}

1,4

         6

 

 

Второе  условие выполнено.

Рассмотрим  выполнение третьего условия

Р_min = 0,23 — 0,03 = 0,20 ≥ 0 - проверка выполняется;

Выполняем проверки:

Pп ⁼ 0,26 < К = 0,31 - проверка выполняется;

Pmах = 0,26 ≤ 0,46 - проверка выполняется;

P_min = 0,20 ≥ 0 - проверка выполняется;

Основные  условия,  которые  необходимо  удовлетворять  при  определении 
размеров подошвы фундамента, выполнены.

3.4. Расчет на устойчивость положения  фундамента

В   курсовой   работе   с   методологической   целью   выполняем   расчет   на 
опрокидывание и сдвиг по подошве.

Расчет на устойчивость против опрокидывания  производится по формуле (3.9):

 

(3.9)

 

где    М_u - определяется по формуле (3.8);

M_z - предельный удерживающий момент, МН*м;

γ_с - коэффициент условий работы, принимаемый равным 0,8;

γ_п - коэффициент надежности по назначению сооружения, принимаемый

равным 1;

0,9     -     коэффициент     перегрузки,     уменьшающий     воздействие

сопротивляющихся  опрокидыванию сил.

 

М_z=(10/2)*[0,9*(4,7+1,06+104*6,1*0,02)+1,14*510]=8817МН*м

  условие выполняется. 
Расчет на устойчивость против сдвига производится по формуле (3.11):