m1009
.pdf
624.13/15
С512
СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
Ю.П. СМОЛИН, В.В. БЕССОНОВ
СПЕЦИАЛЬНЫЕ ФУНДАМЕНТЫ: ОПУСКНЫЕ КОЛОДЦЫ
Методические указания к выполнению курсовой работы
Новосибирск
2014
УДК 624.131 С512
С м о л и н Ю.П., Б е с с о н о в В.В. Специальные фундаменты:
опускные колодцы: Метод. указ. к выполнению курсовой работы. – Новосибирск: Изд-во СГУПСа, 2014. – 24 с.
Содержат исходные данные и рекомендации по проектированию фундамента глубокого заложения – опускного колодца. При составлении методических указаний учтены действующие строительные нормы и правила, государственные стандарты и технические условия.
Предназначены для бакалавров очной и заочной форм обучения направления подготовки 270800.62 «Строительство».
Рассмотрены и рекомендованы к изданию на заседании кафедры «Геология, основания и фундаменты».
О т в е т с т в е н н ы й р е д а к т о р д-р техн. наук, проф. А.М. Караулов
Р е ц е н з е н т канд. техн. наук, доц. кафедры «Здания, строительные конструкции
и материалы» А.Я. Неустроев
© Сибирский государственный университет путей сообщения, 2014
© Смолин Ю.П., Бессонов В.В., 2014
2
Введение
Учебным планом направления подготовки 270800.62 «Строительство» для транспортных вузов предусмотрено выполнение студентами курсовой работы по дисциплине «Специальные фундаменты».
Цель курсовой работы – закрепить теоретические знания по разделу дисциплины «Опускные колодцы».
Опускные колодцы относятся к массивным фундаментам глубокого заложения. Их применяют тогда, когда прочные грунты залегают глубоко над мощным слоем слабых грунтов, а также для заглубленных помещений, таких как подземные части насосных станций, водозаборные сооружения, резервуары и др.
Опускной колодец – это пустотелая конструкция, в нижней части которой оборудовано заострение со стальной облицовкой его режущей кромки. При возведении опускного колодца внутри него производят выемку грунта до уровня ножевой части, и конструкция погружается в грунт под собственным весом. В процессе погружения колодец наращивается сверху. После его погружения до проектной отметки в нижней части колодца устраивается днище из бетона, а сверху укладывается железобетонная плита, на которой возводится надфундаментная конструкция. Таким образом, внутреннюю полость опускного колодца можно использовать для эксплуатации в качестве подземного помещения. Если внутренняя полость не приспосабливается для эксплуатации, то ее полностью или частично заполняют бетоном, камнем или песком.
3
В рамках курсовой работы студенты выполняют проект опускного колодца насосной станции, для чего производят расчет на действие строительных и эксплуатационных нагрузок по двум группам предельных состояний:
•по первой группе – по несущей способности, включающей проверку прочности грунта под подошвой и по боковой поверхности опускного колодца;
•по второй группе – по осадке.
1. Порядок выбора исходных данных
Студенты дневного отделения выполняют расчеты по индивидуальному заданию, в котором указаны:
–основные размеры опускного колодца;
–нагрузки от надстройки над колодцем, от веса колодца и от технологического оборудования внутри колодца;
–геологическое и гидрологическое строение строительной площадки (табл. П1).
Студенты заочного отделения принимают исходные данные по вариантам в соответствии с двумя последними цифрами номера зачетной книжки: номер геологического разреза принимается по последней цифре из табл. П2, а вариант геометрических размеров колодца и действующие нагрузки на основание от веса опускного колодца – по предпоследней цифре из табл. П3.
Конструктивная схема насосной станции представлена на рис. 1.1.
4
500 500
) |
I |
позаданию) |
|
|
|
по( |
|
0( |
|
0 |
|
Н |
|
H |
|
1 500
+3,000
G1 |
+ 0,000 |
|
|
G2 |
-0,500 |
|
|
|
WL (по заданию) |
I
Слой 1
G3
NL w
h
Слой 2
G4 |
FL |
|
G5
Сечен ие I I
7 000
6 000
Рис. 1.1. Конструктивная схема насосной станции: WL – уровень грунтовых вод; NL – подошва первого слоя
5
2. Анализ инженерно-геологических условий строительной площадки
В пояснительной записке для указанных в табл. П1 и П2 исходных данных в соответствии с физико-механическими характеристиками грунтов площадки строительства необходимо определить их дополнительные характеристики по табл. 2.1.
Таблица 2.1
Сводная таблица физико-механических свойств грунтов строительной площадки
Показатель
1.Удельный вес частиц γs, кН/м3
2.Удельный вес γ, кН/м3
3.Влажность w
4.Удельный вес сухого грунта γd, кН/м3
5.Удельный вес грунта с учетом взвешивающего действия поровой воды γsb, кН/м3
6.Коэффициент пористости e
7.Степень влажности Sr
8.Влажность на границе пластичности wp
9.Влажность на границе текучести wL
10.Число пластичности Ip
11.Показатель текучести IL
12.Угол внутреннего трения
φ, град
13.Удельное сцепление с, кПа
14.Модуль деформации Е, кПа
15.Условное расчетное сопротивление R0
Значения показате- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
лей в геологических |
Определение |
|||||||||
|
слоях |
показателей |
||||||||
1 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Из задания |
|
|||||||
|
|
Из задания |
|
|||||||
|
|
Из задания |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
1 w |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
s |
|
w |
, |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
sb |
|
|
|
1 |
e |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
где γw – удельный вес воды, кН/м3, γw = 10
e |
|
s |
1 |
||
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d |
|
|
|
|
|
|
|
|
S |
|
|
|
w |
|
|
|
s |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
r |
|
e |
||
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
w |
Из задания
Из задания
I p (wL wp )100
|
|
|
w w |
|
|
I |
|
|
|
p |
|
L |
w |
w |
|
||
|
|
|
|||
|
|
|
p |
||
|
|
|
L |
|
|
Из задания
Из задания
Из задания
По таблицам СНиП
6
В соответствии с определенными показателями устанавливается полное наименование грунтов каждого слоя основания по [1, 4]. Для песчаного грунта плотность сложения устанавливается в зависимости от коэффициента пористости e по табл. Б12 [1], табл. 1.5 [4], а разновидность – от коэффициента водонасыщения Sr по табл. Б11 [1], табл. 1.6 [4]. Тип глинистого грунта характеризуется по числу пластичности Ip (табл. Б16 [1], табл. 1.7 [4]), а разновидность – по показателю текучести IL (табл. Б17 [1], табл. 1.8 [4]).
3. Расчет опускного колодца на эксплуатационные нагрузки
3.1. Проверка давлений под подошвой опускного колодца
Проверка давлений под подошвой опускного колодца p, кПа, производится по формуле
p |
NII |
|
A |
||
|
где А – площадь подошвы колодца
R ,
в основании, м2;
(3.1)
NII –
нагрузка на подошву фундамента,
|
N |
II |
G G |
|
|
1 |
2 |
||
определяемая как
G3 G4 G5 Nw ,
(3.2)
где G1–G5 – вес элементов колодца (см. табл. П2), кН; Nw – взвешивающее действие воды на подошву фундамента, определяемое по формуле
Nw = Аhwγw, |
(3.3) |
где hw – высота столба воды от отметки уровня грунтовых вод до подошвы колодца, м; γw – удельный вес воды, γw = 10 кН/м3; R – сопротивление грунта осевому сжатию под подошвой опускного колодца, кПа, определяемое по формуле (2.1) прил. 2 [2]:
R 1,7{R0[1 k1(b 2)] k2 (d 3)}, |
(3.4) |
где R0 – условное сопротивление грунта, кПа, принимаемое по табл. 2.1, 2.2 [2]; k1, k2 – коэффициенты, принимаемые по табл. 3.1; b – меньшая сторона подошвы опускного колодца, м; γ – удельный веса грунта, залегающего выше подошвы фундамента, в курсовой работе можно принять γ = 20 кН/м3; d – глубина заложения опускного колодца от планировочной отметки до подошвы колодца, м.
7
|
|
Таблица 3.1 |
|
Коэффициенты k1, k2, м–1 |
|
|
|
Грунт |
k1 |
|
k2 |
Песок крупный и средней крупности |
0,10 |
|
3,0 |
Песок мелкий |
0,08 |
|
2,5 |
Песок пылеватый, супесь |
0,06 |
|
2,0 |
Суглинок и глина твердые и полутвердые |
0,04 |
|
2,0 |
Суглинок и глина тугопластичные и мягкопластичные |
0,20 |
|
1,5 |
Если условие (3.1) не выполняется, то необходимо увеличить размеры колодца в плане.
3.2. Расчет осадки насосной станции
Осадка условного фундамента насосной станции в виде опускного колодца определяется как осадка фундамента мелкого заложения. Границы условного фундамента определяются по рис. 3.1.
Нормальная составляющая давления условного фундамента на грунт основания, кН, определяется с учетом веса грунтового массива вместе с заключенным в нем опускным колодцем по формуле
|
(3.5) |
NII NII Gгр , |
|
где Gгр – вес грунта, который равен: |
|
Gгр = (V – Vкол) |
(3.6) |
где V – общий объем грунта с колодцем, м3; Vкол – объем колодца, м3; |
|
– усредненный удельный вес грунта, = 20 кН/м3. |
|
V = bус d, |
(3.7) |
где bус и d – условная ширина и высота опускного колодца соответственно, м.
Средневзвешенное значение угла внутреннего трения в грунтах, прорезаемых опускным колодцем, определяется по формуле
|
IIср |
IIh1 |
IIh2 , |
(3.8) |
|
h1 |
h2 |
|
|
|
|
|
где φΙΙ, hi – угол внутреннего трения грунта, град, и высота каждого слоя, м, соответственно.
При расчете осадки должно быть выполнено условие |
|
S ≤ Su, |
(3.9) |
8
где S – величина ожидаемой осадки, см; Su – предельно допустимая величина осадки (для опускного колодца принимается равной
20 см).
Ожидаемая осадка S рассчитывается методом послойного суммирования, описанным в п. 5.6 [3] и в [4]. Схема для расчета осадки приведена на рис. 3.1.
d
zg,0
zi
|
|
|
|
WL |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
h |
|
|
IIср |
|
IIср |
Слой 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
NL |
2 |
Слой 2 |
h |
|
b |
|
bус |
zp,0 |
|
|
h |
H |
|
i |
c |
zg |
|
|
|
|
|
|
zp |
|
zg
z
Рис. 3.1. Схема к определению осадки опускного колодца
В расчетах вес колодца и грунта определяется с учетом взвешивающего действия воды.
9
3.3. Проверка прочности несущего подстилающего слоя грунта
Проверку несущей способности подстилающего слоя грунта следует производить в том случае, если условное расчетное сопротивление R0 несущего слоя больше, чем R0 подстилающего слоя. Проверка производится исходя из условия
(d z) ( p d )
Rzn
,
(3.10)
где γ – среднее (по слоям) значение расчетного удельного веса грунта, расположенного над кровлей проверяемого подстилающего слоя грунта, кН/м3, допускается принимать γ = 20; d – заглубление подошвы колодца от поверхности грунта, м; z – расстояние от подошвы колодца до поверхности проверяемого подстилающего слоя грунта, м; α – коэффициент, принимаемый по табл. 2.7 [4]; p – среднее давление на грунт, действующее под подошвой условного фундамента мелкого заложения, кПа; γn – коэффициент надежности по назначению сооружения, принимаемый равным 1,4; Rz – расчетное сопротивление слабого подстилающего слоя грунта, кПа, определяемое по формуле
Rz
1,7{R [1 k (b |
||
0 |
1 |
z |
2)] k |
(d |
2 |
|
z
3)}
,
(3.11)
где R0 – условное сопротивление слабого грунта, кПа, принимаемое по табл. 2.1 и 2.2 [2]; k1, k2 – коэффициенты, принимаемые по табл. 3.1; bz – условная ширина опускного колодца, м (рис. 3.2); z – расстояние от подошвы колодца до границы слабого слоя, м.
где Az NII / zp
(
bz
NII
|
A a2 |
a, |
(3.12) |
|
z |
|
|
– сумма нагрузок на основание от ко-
лодца, кН; σzp – дополнительное напряжение на глубине z на уровне кровли слабого подстилающего слоя); а – среднее значение между длиной и шириной колодца, определяемое по формуле a (l b) / 2 ,
где l и b – длина и ширина колодца соответственно, м.
10