варианты КП_ОФ_ДС_2014

2

Учебно-методическое пособие предназначено для студентов профиля 270800 «Автомобильные дороги и аэродромы» по направле-

нию «Строительство» всех форм обучения.

Учебно-методическое пособие посвящено вопросам проектирования фундаментов мелкого заложения и свайных на основе оценки инженерногеологических условий строительной площадки и разработано для выполнения курсового проекта «Фундамент опоры моста», который выполняется студентами в процессе изучения дисциплины «Основания и фундаменты».

Учебно-методическое пособие может быть использовано в дипломном проектировании при расчете оснований и фундаментов.

Составители: Урманшина Н.Э. – доц., канд. техн. наук, Галимнурова О.В – доц., канд. техн. наук,

Уфимский государственный нефтяной технический университет, 2013

3

ВВЕДЕНИЕ

Опора моста, как инженерное сооружение, состоит из надземной части и фундамента, расположенного ниже уровня воды в реке или поверхности земли. Основное назначение фундамента – передать массиву грунта (основанию) давление от собственного веса сооружения и действующих на него нагрузок.

Фундаменты мостовых опор возводят в сложных гидрогеологических условиях, что обуславливает применение конструкций и способов устройства, как правило, во многом отличающихся от фундаментов промышленных зданий.

Задачи повышения экономической эффективности транспортного строительства должны решаться в неразрывной связи с повышением качества и надежности фундаментов строящихся объектов.

Для проектирования фундаментов необходимо знать достоверные исходные данные, позволяющие выполнить расчет по несущей способности, устойчивости и деформациям грунтов, на которые они опираются.

В рамках курсового проекта изучаются вопросы проектирования и сооружения фундаментов мостов с целью обеспечения их требуемой надежности и долговечности при минимальных затратах материалов, труда и средств.

Для того чтобы для проектируемой опоры моста найти наиболее целесообразное и обоснование решение фундамента, необходимо комплексное рассмотрение вопросов геологии строительной площадки, поведения грунта при нагрузке и способов производства работ по его возведению. В этой связи необходимо применять вариантное проектирование и принимать наиболее экономически целесообразное и конструктивно обоснованное решение фундамента опоры моста.

При выполнении курсового проекта рассматриваются 2 варианта фундаментов. Это, как правило, вариант фундамента мелкого заложения и свайный. Расчет вариантов фундаментов производится по двум группам предельных состояний – по несущей способности и по деформациям.

1 ВАРИАНТЫ КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Вариант задания выдается в виде числа КГ, где:

К – номер данных о конструкции опоры и величинах нагрузок (см. приложение А, таблица А.1 и рисунок 1.1.); Г – номер инженерно-геологического разреза и данные о физико-механических

характеристиках грунтов (см. приложение А, таблица А.2).

2 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

2.1 ОЦЕНКА ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ПЛОЩАДКИ СТРОИТЕЛЬСТВА

Для предварительной оценки пригодности грунтов как оснований сооружений необходимо определить их физико-механические свойства и полное наименование. Рекомендуется составить сводную ведомость физико-

4

механических свойств грунтов (таблица 2.1), в которую выписываются по каждому слою известные характеристики из исходных данных. При этом по наличию в характеристиках слоя грунта влажности на границе текучести WL и влажности на границе раскатывания Wр грунт относится к глинистым, если же они отсутствуют – к песчаным.

При определении физико-механических характеристик грунтов следует помнить, что число пластичности Ip и показатель текучести IL определяются для глинистых грунтов.

Таблица 2.1 – Cводная ведомость физико-механических свойств грунтов

5

Условное расчетное сопротивление R0 , кПа

Примечание - Удельный вес воды - γω=10 кН/м3; ускорение свободного падения g=10 м/с2.

Определение модуля линейной деформации грунта Е:

модуль деформации определяется по данным компрессионных испытаний

где μ – коэффициент бокового расширения

2.2 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО ДАННЫМ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО РАЗРЕЗА ПЛОЩАДКИ СТРОИТЕЛЬСТВА И ВЫБОР ВОЗМОЖНЫХ ВАРИАНТОВ ФУНДАМЕНТОВ

Полное наименование глинистого грунта определяется по числу пластичности Ip и показателю текучести IL 1, таблица Б.16, Б.19 :

1 По числу пластичности Ip:

Супесь, если 0,01 Ip 0,07; суглинок, если 0,07 Ip 0,17; глина, если Ip 0,17.

2По показателю текучести IL: Супеси:

твердые IL 0; пластичные 0 IL 1,0; текучие IL 1,0. Суглинки и глины:

твердые IL 0; полутвердые 0 IL 0,25; тугопластичные 0,25 IL 0,5; мягкопластичные 0,5 IL 0,75; текучепластичные 0,75 IL 1,0; текучие IL 1,0.

Полное наименование песчаного грунта определяется:

1) по гранулометрическому составу (таблица 2.2) [1, таблица Б.9];

6

2)по плотности сложения (по коэффициенту пористости е) (таблица 2.3) [1, таблица Б.12];

3)по степени влажности в зависимости от значения коэффициента водонасыщения Sr (таблица 2.4) [1, таблица Б.11];

Таблица 2.2 – Наименование песчаных грунтов по крупности

П р и м е ч а н и е – Для установления наименования грунта последовательно суммируются проценты содержания частиц исследуемого грунта: сначала крупнее 1,0 мм, затем крупнее 0,5 мм и т.д. Наименование принимается по первому удовлетворяющему показателю в порядке расположения наименований в таблице.

Таблица 2.3 – Наименование песчаных грунтов по плотности сложения

Условное расчетное сопротивление R0 грунтов определяется по приложению 24, таблица 1,2 [2]. Величину условного расчетного сопротивления R0 для твердых супесей, суглинков и глин (IL<0) следует принимать: для супесей – не более 981 кПа; для суглинков – 1962 кПа; для глин – 2943 кПа.

Таким образом, каждому слою инженерно-геологической толщи дается наименование на основании определенных физико-механических характеристик, получаемых лабораторным и расчетным путем. Например:

7

Слой № 2: песок крупный рыхлый насыщенный водой – толщина слоя 4 м.

Удельный вес γ = 18,2 кН/м3, угол внутреннего трения = 19°, модуль деформации Е=4,8 МПа; условное расчетное сопротивление Rо не нормируется [2, приложение 24, таблица 2]:

крупный – содержание частиц диаметром больше 0,5 мм больше 50% по массе [1, таблица Б.9];

рыхлый – e=0,875>0,75 [1, таблица Б.12];

насыщенный водой – Sr=0,87>0,8 [1, таблица Б.11];

очень сильно деформируемый – Е=4,8 ≤ 5 МПа [1, таблица В.4];

Слой № 3: глина полутвѐрдая – толщина слоя 5 м. Удельный вес γ = 19,2

кН/м3, угол внутреннего трения = 22°, удельное сцепление с=77 кПа, модуль деформации Е=28,91 МПа; условное расчетное сопротивление Rо=368,9 кПа [2, приложение 24, таблица 1]:

глина – Ip = 0,254 > 0,17 [1, таблица Б.16];

полутвердое состояние – 0 < IL=0,224 < 0,25 [1, таблица Б.19]; среднедеформируемый – 10 < Е=28,91 ≤ 10 МПа [1, таблица В.4];

Заключение по данным геологического разреза: природный рельеф площадки спокойный с практически горизонтальным залеганием пластов грунта. Отметка поверхности природного рельефа 215,3 м. 1 и 3 слои грунтов могут служить основанием для фундамента, т.к. обладают достаточной несущей способностью. УПВ на отметке: 214,8 м.

Выбор возможных вариантов фундаментов: в качестве возможных ва-

риантов фундамента принимаем (:

фундамент мелкого заложения;

свайный фундамент на забивных призматических сваях;

свайный фундамент на полых круглых сваях;

буронабивные сваи.

2.3 СБОР НАГРУЗОК, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА ФУНДАМЕНТ

При определении нагрузок, действующих на фундамент, следует руководствоваться требованиями [2]. В соответствии с [2, п. 2.1*] установлено 18 видов постоянных и временных нагрузок, которые могут действовать на конструкции мостов и, следовательно, передаваться на опору. На рисунке 1.1 показаны следующие основные нагрузки:

вертикальные нагрузки – масса пролетных строений РП, являющаяся суммарной равнодействующей сил

РП/2, соответствующих давлению от примыкающих к данной опоре двух пролетных строений; сила воздействия на опору Ртр от временной подвижной вертикальной нагрузки,

являющаяся равнодействующей сил Ртр/2, полученных от загрузки примыкающих к опоре пролетов; масса опоры Ро – собственная масса надфундаментной части опоры.

горизонтальная нагрузка –

8

горизонтальная составляющая Т силы воздействия на опору Ртр от временной подвижной вертикальной нагрузки.

В курсовом проекте в целях уменьшения трудоемкости заданы только четыре вида нагрузок, что позволяет в основном усвоить методику расчетов оснований и фундаментов на различные сочетания нагрузок.

Рисунок 2.1 – Опора моста с действующими нагрузками

10

оне; d0 – глубина промерзания (см), зависящая от вида грунта, принимается равной: для суглинков и глин 23 см; супесей, песков мелких и пылеватых - 28 см; песков гравелистых, крупных и средней крупности – 30 см; крупнообломочных грунтов – 34 см.

При строительстве на суходоле минимальная глубина заложения подошвы фундамента dmin=dfn+0,25 м, но не менее 1 м. При возможности размыва грунта фундаменты мостовых опор должны быть заглублены не менее чем на 2,5 м от дна водотока после его размыва расчѐтным паводком.

Глубина заложения подошвы фундамента окончательно назначается при определении площади подошвы и проверке напряжений под подошвой фундамента.

Нормативную глубину сезонного промерзания также можно определить по схематической карте, где даны изолинии нормативных глубин промерзания для суглинков, т.е. при d0 = 0,23 м.

Расчетная глубина сезонного промерзания грунта определяется по фор-

муле

(3.2)

где kh – коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения и принимаемый для отапливаемых зданий в зависимости от конструкций полов и температуры внутри помещений, а для наружных и внутренних фундаментов, неотапливаемых зданий kh = 1.1.

В скальных, крупнообломочных с песчаным заполнителем грунтах, песках гравелистых, крупных и средней крупности глубина заложения фундаментов не зависит от глубины сезонного промерзания грунтов, так как в этих грунтах при замерзании не возникает сил морозного пучения.

Фундаменты будут испытывать деформации подъема при следующих условиях:

а) если фундамент заложен выше расчетной глубины сезонного промерзания в глинистом грунте текучей консистенции и пылеватом водонасыщенном песке, а расстояние между подошвой фундамента и уровнем грунтовой воды менее двух метров; б) если касательные силы морозного пучения, возникающие на боковой по-

верхности фундамента, будут больше нагрузок от веса фундамента и надземных конструкций.

3.1.2Выбор отметки обреза фундамента

Для фундамента опоры моста отметку плоскости обреза назначают обычно на 0,5 м ниже горизонта самых низких вод (в курсовой работе ниже горизонта меженных вод ГМВ). На реках со значительным ледоходом отметку обреза

Межень - ежегодно повторяющееся сезонное состояние низких (меженных) уровней воды в реках. В умеренных и высоких широтах различают летнюю и зимнюю межень.