2130
.pdf
ПРОЕКТИРОВАНИЕ
ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТА
ВОДОПРОПУСКНОЙ ТРУБЫ
Омск 2010
0
Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО «Сибирская государственная автомобильно-дорожная
академия (СибАДИ)»
Кафедра инженерной геологии, оснований и фундаментов
ПРОЕКТИРОВАНИЕ
ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТА
ВОДОПРОПУСКНОЙ ТРУБЫ
Методические указания к выполнению курсовой работы
по дисциплине «Основания и фундаменты»
Составители: В.А. Гриценко, В.Н. Шестаков
Омск
СибАДИ
2010
1
УДК 624.15 ББК 38.58
Рецензент канд. техн. наук, профессор А.Г. Малофеев (СибАДИ)
Работа одобрена научно-методичсеким советом специальностей 270205 «Автомобильные дороги и аэродромы», 080502 «Экономика и управление на предприятии» в качестве методических указаний.
Проектирование основания и фундамента водопропускной трубы:
методические указания к курсовой работе по дисциплине «Основания и фундаменты» / сост.: В.А. Гриценко, В.Н. Шестаков. – Омск: СибАДИ, 2010. – 44 с.
На базе заданных исходных инженерно-геологических данных, параметров земляного полотна и круглой сборной железобетонной водопропускной трубы изложена методика проектирования её основания и сборного ленточного фундамента в условиях сезонного промерзания грунта. Обеспечение эксплуатационной надежности водопропускной трубы достигается устройством в её основании грунтовой подушки, параметры которой обосновываются соответствующими расчетами.
.
Табл. 8 . Ил. 8. Библиогр.: 9 назв.
ГОУ «СибАДИ», 2010
2
Введение
Водопропускные трубы – это искусственные сооружения, предназначенные для пропуска под насыпями дорог небольших постоянных или периодически действующих водотоков. Они не изменяют условий движения автомобилей, поскольку их можно располагать при любых сочетаниях плана и профиля дороги, не стесняют проезжую часть и обочины, а также не требуют изменения типа дорожного покрытия.
Водопропускные трубы являются наиболее распространенным видом искусственных сооружений на дорогах. В среднем на каждые 1,35 км дороги приходится водопропускная труба.
Целью курсовой работы является приобретение студентами практических навыков по дисциплине «Основания и фундаменты» на примере проектирования основания и фундамента круглой сборной железобетонной водопропускной трубы под насыпью автомобильной дороги в районах сезонного промерзания грунтов.
Сущность курсовой работы состоит в привязке типового проектного решения сборного железобетонного фундамента трубы к заданным грунтово-гидрологическим условиям, в которых грунтовое природное основание является слабым. Из известных способов создания искусственных оснований предлагается рассмотреть вариант замены слабого грунта природного основания на грунтовую подушку.
Проверка обеспечения устойчивости насыпи и её основания как основного мероприятия, предотвращающего продольную растяжку трубы, гидравлический расчет водопропускной трубы рассматриваются в курсах дисциплин «Проектирование дорог» и «Механика грунтов».
Выполнять курсовую работу необходимо в последовательности, изложенной в методических указаниях.
Курсовая работа оформляется в соответствии с действующими правилами (прил.13) в виде:
пояснительной записки, включающей расчетные схемы с соответствующими расчетами;
чертежа формата А3, макет которого приведен в прил.10. Общая трудоёмкость работы 50 часов, а ориентировочная трудо-
ёмкость выполнения её этапов следующая:
3
№ |
|
Трудоём- |
% |
раз- |
Наименование раздела |
кость, час |
|
дела |
|
|
|
2.1 |
Оценка грунтов основания |
3 |
6 |
2.2 |
Конструирование трубы |
3 |
6 |
2.3 |
Оценка несущей способности и сжимаемости |
|
|
|
грунтов основания |
3 |
6 |
2.4 |
Определение нагрузок, действующих на основание |
6 |
|
|
фундамента трубы |
12 |
|
2.5 |
Обеспечение морозоустойчивости водопропускной |
|
|
|
трубы |
3 |
6 |
2.6 |
Проверки достаточности ширины подошвы фундамента |
|
|
|
по прочности основания и несущей способности под- |
|
|
|
стилающего слоя |
6 |
12 |
2.7 |
Расчет параметров грунтовой подушки |
6 |
12 |
2.8 |
Расчет осадки фундамента. Назначение строительного |
|
|
|
подъёма лотка трубы |
6 |
12 |
3 |
Обобщение проектных решений |
4 |
8 |
4 |
Технологические соображения по строительству трубы |
4 |
8 |
5 |
Оформление пояснительной записки и чертежа |
6 |
12 |
1.ВАРИАНТЫ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Вкаждом варианте задано трехслойное основание. Мощность третьего слоя следует считать неограниченной.
Втабл.1 указаны варианты отметок слоёв инженерногеологических элементов (ИГЭ) грунтового основания по оси трубы. За нулевую отметку принята отметка лотка трубы по оси насыпи
(рис.1).
|
|
|
Таблица 1 |
|
|
Отметки слоёв грунтового основания (см. рис.1) |
|||
№ |
Дневная поверх- |
Подошва |
Подошва |
|
варианта |
ность грунта, м |
ИГЭ-1, м |
ИГЭ-2, м |
|
1 |
0,0 |
-2,5 |
-6,8 |
|
2 |
+0,2 |
-1,5 |
-4,0 |
|
3 |
0,08 |
-2,2 |
-6,6 |
|
4 |
0,0 |
-1,8 |
-4,8 |
|
5 |
-0,16 |
-1,6 |
-6,4 |
|
6 |
-0,2 |
-2,6 |
-7,2 |
|
7 |
+0,18 |
-2,1 |
-6,1 |
|
8 |
0,0 |
-1,9 |
-5,7 |
|
9 |
0,06 |
-2,0 |
-6,8 |
|
10 |
0,04 |
-2,4 |
-6,4 |
|
11 |
0,22 |
-2,3 |
-5,8 |
|
12 |
-0,2 |
-2,7 |
-6,7 |
|
|
|
4 |
|
|
Физические и механические характеристики инженерногеологических элементов (ИГЭ) основания приведены в табл. 2.
Таблица 2
Варианты физических и механических характеристик грунтов слоев основания
варианта№ |
ИГЭ |
основания |
|
частицПлотность грунта |
влажностьПриродная W |
границенаВлажность раскатыванияW |
границенаВлажность текучестиW |
деформацииМодуль МПаE, |
внутреннегоУгол трения |
сцеплениеУдельное с |
|
|
|
|
м |
|
P |
|
|
град |
|
|
|
|
|
|
|
L |
|
|
||
|
|
|
Разновидности |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
s,т/ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
грунтов |
|
|
|
|
I |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кПа |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
Супесь |
2,66 |
0,19 |
0,17 |
0,21 |
7 |
18 |
9 |
1 |
2 |
|
Суглинок |
2,68 |
0,23 |
0,17 |
0,30 |
11,0 |
19 |
18 |
|
3 |
|
Глина |
2,73 |
0,31 |
0,24 |
0,45 |
15,0 |
16 |
43 |
|
1 |
|
Суглинок |
2,68 |
0,22 |
0,17 |
0,27 |
6 |
16 |
14 |
2 |
2 |
|
Супесь |
2,66 |
0,20 |
0,18 |
0,23 |
7,5 |
23 |
12 |
|
3 |
|
Суглинок |
2,68 |
0,21 |
0,19 |
0,31 |
18 |
16 |
45 |
|
1 |
|
Суглинок |
2,66 |
0,24 |
0,19 |
0,29 |
8,0 |
16 |
18 |
3 |
2 |
|
Супесь |
2,68 |
0,19 |
016 |
0,22 |
12,0 |
24 |
12 |
|
3 |
|
Глина |
2,73 |
0,31 |
0,25 |
0.46 |
16.0 |
15 |
40 |
|
1 |
|
Суглинок |
2,68 |
0,23 |
0,17 |
0,29 |
5 |
14 |
14 |
4 |
2 |
|
Глина |
2,73 |
0,32 |
0,23 |
0,44 |
7,0 |
7,0 |
29 |
|
3 |
|
Песок |
2,65 |
0,19 |
- |
- |
20,0 |
32 |
- |
|
1 |
|
Суглинок |
2,69 |
0,22 |
0,14 |
0,28 |
7 |
16 |
18 |
5 |
2 |
|
Песок |
2,71 |
0,26 |
- |
- |
18 |
30 |
- |
|
3 |
|
Глина |
2,73 |
0,25 |
0,24 |
0,50 |
18 |
16 |
36 |
|
1 |
|
Супесь |
2,66 |
0,19 |
0,15 |
0,21 |
6,5 |
21 |
8 |
6 |
2 |
|
Супесь |
2,66 |
0,18 |
0,16 |
0,22 |
9 |
24 |
10 |
|
3 |
|
Суглинок |
2,68 |
0,25 |
0,22 |
0,30 |
14 |
18 |
20 |
|
1 |
|
Супесь |
2,66 |
0,19 |
0,17 |
0,21 |
6 |
22 |
12 |
7 |
2 |
|
Суглинок |
2,68 |
0,21 |
0,15 |
0,27 |
10 |
20 |
18 |
|
3 |
|
Глина |
2,73 |
0,31 |
0,26 |
0,50 |
18 |
16 |
37 |
|
1 |
|
Суглинок |
2,68 |
0,26 |
0,20 |
0,32 |
10 |
17 |
24 |
8 |
2 |
|
Песок |
2,65 |
0,20 |
- |
- |
12 |
25 |
- |
|
3 |
|
Глина |
2,73 |
0,34 |
0,24 |
0,45 |
18 |
17 |
49 |
|
1 |
|
Супесь |
2,66 |
0,19 |
0,17 |
0,22 |
6,2 |
18 |
9 |
9 |
2 |
|
Суглинок |
2,68 |
0,21 |
0,15 |
0,28 |
7,5 |
20 |
16 |
|
3 |
|
Глина |
2,73 |
0,31 |
0,26 |
0,49 |
18 |
16 |
43 |
|
1 |
|
Супесь |
2,66 |
0,18 |
0,16 |
0,20 |
6,8 |
21 |
10 |
10 |
2 |
|
Глина |
2,73 |
0,26 |
0,25 |
0,44 |
9,0 |
10 |
33 |
|
3 |
|
Песок |
2,68 |
0,21 |
- |
- |
18 |
30 |
- |
|
1 |
|
Суглинок |
2,68 |
0,20 |
0,13 |
0,27 |
5,8 |
14 |
16 |
11 |
2 |
|
Суглинок |
2,68 |
0,19 |
0,14 |
0,28 |
8,2 |
19 |
20 |
|
3 |
|
Глина |
2,73 |
0,31 |
0,20 |
0,48 |
15 |
14 |
42 |
|
1 |
|
Суглинок |
2,68 |
0,24 |
0,20 |
0,28 |
4,8 |
12 |
15 |
12 |
2 |
|
Супесь |
2,66 |
0,19 |
0,16 |
0,21 |
10 |
21 |
11 |
|
3 |
|
Песок |
2,65 |
0,22 |
- |
- |
12 |
28 |
- |
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
Район строительства, категория дороги, высота насыпи, уклон лотка трубы и диаметр трубы приведены в бланке, индивидуального задания.
Грунты основания условно следует считать двухфазными со степенью влажности Sr = 1. Отметка уровня воды (УВ) в трубе условно принимается по верху её внутреннего диаметра.
B |
|
|
|
|
1 |
|
|
УВ |
: |
|
|
|
m |
Hн |
|
1 |
|
|
|
ИГЭ 1 |
|
|
|
2 |
|
|
|
ИГЭ 2 |
|
|
|
3
ИГЭ 3
Рис.1. Графическое оформление исходных данных: 1, 2, 3 – отметки грунтового основания соответственно: дневной поверхности, подошвы несущего слоя (ИГЭ-1) и подошвы подстилающего слоя (ИГЭ-2); УВ – уровень воды в трубе
В результате подготовки исходных данных для последующего проектирования следует вычертить схему (см. рис.1) в числовых значениях.
2.ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТА
2.1.Оценка грунтов основания
По исходным физическим характеристикам грунтов основания (табл.2) рассчитываются их производные характеристики.
Для глинистого грунта вычисляют:коэффициент пористости
6
е s W / w , |
(1) |
где w – плотность воды, принимаемая равной 1 т/м3;
|
плотность грунта, т/м3, |
|
||||||
|
|
(1 W ) s |
; |
|
|
(2) |
||
|
|
|
|
|||||
|
|
1 e |
|
|||||
|
удельный вес грунта, кН/м3, |
|
||||||
|
|
g , |
(3) |
|||||
где g= 9,81 м/с2 – ускорение свободного падения; |
|
|||||||
удельный вес частиц грунта, кН/м3, |
|
|||||||
|
|
s s g ; |
(4) |
|||||
|
плотность грунта во взвешенном состоянии, т/м3, |
|
||||||
|
в |
( s w ) |
; |
(5) |
||||
|
|
|
||||||
|
|
|
1 e |
|
||||
удельный вес грунта во взвешенном состоянии, кН/м3, |
(6) |
|||||||
|
|
в в g ; |
||||||
|
число пластичности |
|
||||||
|
|
Jp WL Wp ; |
(7) |
|||||
|
показатель текучести |
|
||||||
|
|
JL |
W Wp |
. |
(8) |
|||
|
|
|
||||||
|
|
|
|
Jp |
|
|||
На основании ГОСТ 25100 [2] по значениям Jp и JL уточняют разновидность глинистого грунта (табл. П.1.1), (табл. П.1.2).
Для песчаного грунта вычисляют: коэффициент пористости е по выражению (1); плотность грунта по выражению (2); удельный вес грунта по выражению (3); удельный вес частиц грунта s по выражению (4); удельный вес грунта во взвешенном состоянии в по выражению (6).
7
Разновидность песков по степени плотности устанавливается в зависимости от его коэффициента пористости е по ГОСТ 25100 [2] (табл. П.1.3).
Результаты расчетов необходимо свести в табл. 3.
Физические характеристики грунтов основания
№ИГЭ |
пористостиКоэффициенте |
грунтаПлотность, т/м |
грунтавесУдельный, кН/м |
3 |
вогрунтаПлотностьвзвешенном состоянии |
грунтавесУдельныйво взвешенном состоянии |
пластичностиЧислоJ |
текучестиПоказательJ |
частицвесУдельныйгрунта |
||||||||
|
|
|
|
м / кН , |
|
|
|
|
|
|
|
|
s |
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
L |
|
|
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
|
|
|
3 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
кН/м |
|
|
|
|
|
|
|
|
, т/м |
|
|
|
|
|
|
|
|
в |
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
в |
|
|
1
2
3
Таблица 3
Разновидность грунта
Для глин и суглинков в твердом и полутвердом состоянии удельный вес грунта во взвешенном состоянии в не определяют, т.к. эти грунты считаются водонепроницаемыми.
2.2. Конструирование трубы
Для выбора типовых конструктивных элементов трубы в соответствии с табл. П.8.1 назначают номера блоков. По табл. П.8.2 – П.8.4 назначают геометрические размеры звеньев, лекальных блоков фундамента, портальных стенок, откосных крыльев. Объём и масса выбранных элементов трубы приведены в табл. П.8.5.
Параметры выбранных типовых конструкций элементов трубы необходимо свести в табл. 4.
8
|
|
|
|
|
Параметры элементов трубы |
|
|
|
Таблица 4 |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Лекальный блок фундамента |
|
|
|
Цилиндрическое звено |
|
|
|
||||||||||||
под цилиндрическое звено |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Номер |
|
|
|
|
Объём |
|
|
Номер |
|
|
|
|
|
|
|
Объём |
|
||
lлб, |
|
|
bлб , |
1м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1м |
|
||||
лекального |
|
|
|
цилиндрического |
lзв, |
|
do, |
|
|
|
|
||||||||
|
|
блока |
|
|
зв, |
|
звена |
|
|||||||||||
блока |
см |
|
|
см |
Vлб м3 |
|
|
звена |
см |
|
см |
см |
|
Vзв м3 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Лекальный блок фундамента |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
под коническое оголовочное |
|
|
|
Коническое оголовочное звено |
|
||||||||||||||
|
звено |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Номер |
|
|
|
|
Объём |
|
|
Номер |
|
|
|
|
|
|
|
Объём |
|
||
lлбОГ, |
bлбОГ, |
1м |
|
|
lОГ, |
|
DОГ, |
|
|
|
1м |
|
|||||||
лекального |
|
оголовочного |
|
ОГ, |
|
|
|||||||||||||
блока |
|
|
|
звена |
|
||||||||||||||
блока |
см |
|
|
см |
VлбОГ м3 |
|
|
звена |
см |
|
см |
см |
|
VОГ м3 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
132 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
132 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Откосные крылья |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Объём |
|
|
Номер |
|
lок , см |
|
|
bок ,см |
|
Рок ,см |
|
|
mок ,см |
|
|
|
1м |
|
||||
откосного |
|
|
|
|
|
|
|
откосного |
|
||||||||||
крыла |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
крыла |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Vок м3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Исходя из заданной категории дороги, высоты насыпи и диаметра трубы, определяют минимальную длину средней части трубы по лотку lтрmin по формуле
lтрmin=В+2m(Нн-d0- ), |
(9) |
где B – ширина земляного полотна, м, принимаемая |
по СНиП |
2.05.02–85 [5] в зависимости от категории дороги (прил. 5); m – коэффициент заложения откоса, назначаемый по СНиП 2.05.02–85 [5] (прил. 6); Нн - высота насыпи, м; d0 – отверстие трубы, м; – толщина стенки, м (табл. 4).
Длину средней части трубы lтрср с учетом выбранных конструктивных элементов (табл. 4) и стыковых омоноличиваемых швов, ис-
ходя из условия lтрср lтрmin :
lтрср=nlзв+2lОГ+(nш·hш), (10)
где n – количество звеньев средней части трубы; lзв – длина звена средней части трубы, м;
lОГ – длина конического звена входного оголовка = 1,32 м; nш – количество стыковых омоноличиваемых швов,
включая звенья конических оголовков;
9